基於光聲光譜技術的變壓器油中溶解氣體在線監測裝置的製作方法

2023-07-13 10:48:51

本實用新型涉及一種監測變壓器油中溶解氣體的裝置，具體地說是一種基於光聲光譜技術的變壓器油中溶解氣體在線監測裝置。

背景技術：

電力系統中，變壓器作為核心組成部分，其安全穩定運行對電力系統及國民經濟具有重大意義。變壓器長期運行中，在熱、電現象的作用下,內部絕緣油及其他有機絕緣材料會分解出一些對判斷故障類型甚至故障部位有價值的氣體，如H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2等。通過實時監測並分析油中溶解的這些氣體可以很好的判斷油浸電力變壓器早期潛伏性故障。目前市場上變壓器油中溶解氣體在線監測裝置中所用的氣體檢測方法主要有氣敏傳感器法、氣相色譜法、傅立葉紅外光譜法等。但這些方法在實現過程中都存在一些不足：氣敏傳感器法和氣相色譜法在裝置運行過程中對待測氣體和載氣具有一定的消耗，以致色譜柱和傳感器的性能在裝置使用過程中會出現逐漸變化等不穩定現象，為保證準確度，必須定期用標準氣體進行校準，因此長期穩定性不好。

技術實現要素：

針對現有技術中變壓器油中氣體的監測需定期用標準氣體進行校準導致穩定性不好等不足，本實用新型要解決的問題是提供一種可保證安全穩定運行的基於光聲光譜技術的變壓器油中溶解氣體在線監測裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是：

本實用新型基於光聲光譜技術的變壓器油中溶解氣體在線監測裝置，具有脫氣機電路、電磁閥切換電路、空心杯電機電路、步進電機電路、CPU電路、光源控制電路、微音器數據採集電路以及電源電路，其中CPU電路輸出端分別與脫氣機電路、電磁閥切換電路、空心杯電機電路、步進電機電路、微音器數據採集電路以及光源控制電路連接；CPU電路的輸入端接收電磁閥切換電路的狀態信號和經微音器數據採集電路處理後的採集數據；電源電路為裝置提供工作電源。

微音器數據採集電路中具有信號處理電路和AD採樣電路，信號處理電路包括運放處理器、第一電路保護二極體以及第二電路保護二極體，其中第一電路保護二極體和第二電路保護二極體的陰極連接在一起做為信號負端，第一電路保護二極體陽極接地；第二電路保護二極體的陽極作為信號正端；信號負端和信號正端經阻容濾波電路分別與運放處理器的負輸入管腳和正輸入管腳相連，運放處理器的輸出管腳經AD採樣電路送至CPU電路。

電磁閥切換電路控制電磁閥組將氣體由脫氣機送到光聲池，電磁閥組設於氣體脫氣機與光聲池之間的管路上。

空心杯電機電路控制斬波輪工作，斬波輪設於光源與光聲池之間。

步進電機控制濾波片工作，濾波片設於斬波輪與光聲池之間。

本實用新型還具有通信電路，其與CPU電路進行雙向通訊連接，通信電路包括無線通信電路和現場有線通信電路兩種方式，其中無線通信支持GPRS，或CDMA客戶根據實際需要對通信方式進行選取；有線通信電路支持IEC61850通信規約。

本實用新型還具有USB電路，其與CPU電路連接，對裝置監測數據進行拷貝存儲。

CPU電路通過串口與上位機進行通訊連接。

本實用新型具有以下有益效果及優點：

1.本實用新型採用純物理的光聲光譜的分析方法，無需標氣、載氣等耗材，可在一個採樣周期內一次性完成8種特徵氣體和微水含量的檢測。

2.本實用新型同時支持無線傳輸方式和現場有線傳輸，客戶可根據實際需求進行選擇；支持上位機通信功能，調試人員可以通過串口通信實現對裝置參數的設定和監測數據的讀取。

3.本實用新型支持USB拷貝功能，客戶可根據實際需求對監測數據進行拷貝存儲。

4.本實用新型具有重複性好，檢測範圍寬，精度高，採樣周期可設定等特點，功能強大、使用簡便，實現監測數據進行故障診斷分析；最小採樣周期可設為1小時。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖；

圖2為本實用新型中信號處理電路圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明作進一步闡述。

如圖1所示，本實用新型變壓器光聲光譜油中溶解氣體在線監測裝置，具有脫氣機電路、電磁閥切換電路、空心杯電機電路、步進電機電路、CPU電路、光源控制電路、微音器數據採集電路、通信電路以及電源電路，其中CPU電路輸出端分別與脫氣機電路、電磁閥切換電路、空心杯電機電路、步進電機電路、微音器數據採集電路連接以及光源控制電路連接；CPU電路的輸入端接收電磁閥切換電路的狀態信號和經微音器數據採集電路處理後的採集數據；電源電路為裝置提供工作電源。

電磁閥切換電路控制電磁閥組將氣體由脫氣機送到光聲池，電磁閥組設於氣體脫氣機與光聲池之間的管路上；空心杯電機電路控制斬波輪工作，斬波輪設於光源與光聲池之間；步進電機控制濾波片工作，濾波片設於斬波輪與光聲池之間。

本實用新型還具有通信電路，其與CPU電路進行雙向通訊連接，通信電路包括無線通信電路和現場有線通信電路兩種方式，其中無線通信支持GPRS，或CDMA客戶根據實際需要對通信方式進行選取；有線通信電路支持IEC61850通信規約，通過串口與上位機進行通訊連接。

本實用新型還具有USB電路，其與CPU電路連接，對裝置監測數據進行拷貝存儲。

如圖1所示，本實施例中，CPU電路5控制脫氣機電路1，對監測油樣進行脫氣處理，在完成脫氣處理後，控制電磁閥切換電路2將脫離後的氣體脫氣機送到光聲池，並在完成後切斷電磁閥。然後啟動空心杯電機電路3和步進電機電路4，空心杯電機電路3主要控制斬波輪對光源照射頻率進行調節，步進電機電路4根據相應設定頻率的光對濾波片進行選擇。CPU電路5採用ARM系列32位的Cortex-M4內核晶片，具備很強的數據計算和處理能力。然後啟動光源控制電路6，根據監測氣體種類對光源進行控制選取。微音器數據採集電路7對提取的監測氣體進行實時採集，並將採集數據進行放大處理後進行AD採樣處理，然後傳給CPU電路5對數據進行計算。通信電路8包括無線通信電路和現場有線通信電路兩種方式，無線通信支持GPRS或CDMA客戶可根據實際需要對通信方式進行選取，有線通信電路支持IEC61850通信規約,CPU電路5將採集數據進行封裝處理，然後根據選定的通信方式，將數據上傳到後臺伺服器，減少現場布線及維護工作。後臺伺服器對接收的數據進行解析處理,對故障數據進行預警。USB電路9可對裝置監測數據進行拷貝存儲，以保證數據存儲的安全性，在裝置通信出現故障時，可通過此功能對監測數據進行拷貝分析，確保監測的有效性。電源電路10主要給裝置提供正常工作電源，不同功能電源模塊電源採用隔離方式，確保不同單元電源獨立性，避免電源之間的相互幹擾，造成裝置工作的不穩定性。

如圖2所示，微音器數據採集電路中具有信號處理電路和AD採樣電路，信號處理電路包括運放處理器、第一電路保護二極體以及第二電路保護二極體，其中第一電路保護二極體和第二電路保護二極體的陰極連接在一起做為信號負端，第一電路保護二極體陽極接地；第二電路保護二極體的陽極作為信號正端；信號負端和信號正端經阻容濾波電路分別與運放處理器的負輸入管腳和正輸入管腳相連，運放處理器的輸出管腳經AD採樣電路送至CPU電路。

本實施例中，信號處理電路，實現對提取信號的讀取和處理。主要包括運放處理器即晶片U606實現對阻抗的匹配和信號的放大，第一、二電路保護二極體D609、D611選採用瞬態電壓抑制二極體，實現對信號和裝置的保護。信號負端S_1-分別接到第一電路保護二極體D609的陰極和第二電路保護二極體D611的陰極以及第一電阻R628的一端。第一電路保護二極體D609的陽極接信號地，第二電路保護二極體D611的陽極接信號S_1+的正端。第一電阻R628的另一端分別並聯接到電容C613和第二電阻R631的一端，然後接到U606的第2腳即負輸入管腳；第二電阻R631和電容C613另一端接到晶片U606的第3管腳，同時通過第三電阻R634接到信號S_1+正端。第二電阻R631還通過第四電阻RN605接到信號地上；晶片U606的第1管腳通過第五電阻R629與第8管腳連接。晶片U606第4管腳接到-12V電源，第5腳接到信號地，第7管腳接+12V電源，第6管腳是信號輸出腳，信號接到AD採樣電路的輸入端。

本實用新型結合純物理的光聲光譜的分析方法，無需標氣、載氣等耗材。運用最新的光聲光譜檢測技術，可在一個採樣周期內一次性完成8種特徵氣體和微水的檢測。在脫氣環節採用先進的負壓動態頂空平衡脫氣方法對油氣進行處理，以提高裝置檢測靈敏度。

裝置具有重複性好，檢測範圍寬，精度高，採樣周期可設定等特點。用戶可以通過USB對實時監測數據進行拷貝存儲。裝置設計友好人機界面，實現對裝置運行情況的顯示和控制。有權限的用戶還可以對裝置參數進行設置及調試，進而保證裝置的安全穩定運行。

本實用新型利用光聲光譜技術，實現對變壓器油中8種溶解氣體進行在線監測，具有選擇性好、靈敏度高、動態範圍大等優點。