[发明专利]在线式电力变压器故障监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电力工程技术领域的在线监测系统，具体涉及一套在线式电力变压器故障监测系统。

背景技术

近年来，电力行业积极应用在线监测技术，开展状态维修，加强设备的常规测试和综合分析，及时消除了一些设备隐患，使全国电网2001年的供电可靠率高达99.99％，但这与发达国家的供电可靠率相比仍有很大差距。电气设备故障，尤其是电力变压器故障，一直是危害电网稳定安全运行的主要因素。因此，对电力变压器的运行状态进行实时在线监测显得尤为重要。

充油式电力变压器的内部主要绝缘材料有变压器油，纸和纸板等A级绝缘材料，在长期运行过程中，当发生局部放电，火花放电和油过热等故障时，就会导致变压器油，纸等发生裂解，从而产生一些特征气体如CH₄，C₂H₄，H₂，CO，CO₂，C₂H₂等，而这些气体之后又溶解于绝缘油中。因此，分析油中溶解的故障气体的成分和比例，可以及时判断潜伏性故障的类型，程度及发展趋势。经过调研得知，目前变电站，发电厂等电力部门，主要采用的变压器故障诊断方法都是基于实验室油中溶解气的色谱分析，技术相对比较成熟，然而，随着科技的发展，以及智能化水平的提高，电力部门也对电气设备的智能诊断和监测提出了更高要求。因此，越来越多的基于油中溶解气体色谱分析的在线监测设备已经面世，尽管取得了一定程度的效果，但仍然存在许多问题。

经过对现有技术的文献检索发现，孙才新等所著的《电气设备油中气体在线监测与故障诊断》一书(科学出版社，2003年第一版，北京)提到，目前，为了实现变压器油中溶解气体的实时或定时监测以及时发现故障，近十几年来，国内外都致力于在线监测及诊断设备的研制，相继研制出了一些具有实用价值的油中溶解气体在线监测及诊断装置。主要包括：以半导体传感器作为检测器的在线监测仪器，以催化燃烧型传感器为检测器的在线监测系统，以燃烧电池型传感器的在线监测系统，以光敏气体传感器为检测器的在线监测系统，采用色谱分析的在线监测系统，基于傅立叶红外光谱技术在线监测系统等等。目前应用最为广泛的基于色谱技术的电力变压器故障在线监测系统的结构按照功能单元分有：(1)载气系统。包括气源、气体净化、气体流速控制和测量；(2)进样系统。包括进样器、脱气室——通过高分子透气膜进行油气分离和取气；(3)色谱柱。包括恒温控制装置——将多组分样品分离为单个独立的组分；(4)检测系统。包括检测器，控温装置；(5)记录系统。包括放大器、记录仪、有的仪器还有数据处理装置，为便于准确快速检测，GC-MS，GC-FTIR也是常用的联合检测组成。但是，上述在线监测系统均有其致命弱点。基于传感器的在线监测系统具有线性度差，且对气体的选择性不够理想，而基于色谱分析的在线监测设备，由于仪器中采用色谱柱等易耗器件，且大部分仪器还采用透气膜取气的方式进行油气分离，同时监测过程中还要使用载气，导致整套仪器体积笨重，成本昂贵，并且需要频繁维护更新元件，给电力工作人员带来很多操作上的麻烦。而基于傅立叶红外光谱技术的在线监测设备却不能检测重要的特征气H₂，同时当气体浓度过低时透射穿过样品的红外光强度与气体浓度仍然具有非线性的问题，而且由于光的散射，反射所造成的误差较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术上的不足，提出了一套在线式电力变压器故障光声光谱监测系统，使其基于光声光谱技术，通过从运行中的变压器提取少量油样，然后经过超声和真空配合脱气，接着对所脱出来的气体进行红外激发，此时各种气体就会在经过适当频率调制后的红外光照射下产生周期性的振动，并发射出微弱的声波，再通过微音器就可检测到该声波信号，从而获取变压器油中故障气体的成分，进一步对变压器运行状态进行相应的诊断。