一種高壓電抗器潛伏性缺陷的狀態監測系統的製作方法

2023-05-19 04:28:06

本發明涉及電力設備狀態監測與故障診斷技術領域，具體涉及一種高壓電抗器潛伏性缺陷的狀態監測系統。

背景技術：

高壓電抗器用於吸收長距離輸電線路無功功率，使輕負荷時線路中的無功功率儘可能就地平衡和防止無序潮流，同時也減輕了線路上的功率損失；此外，還可以改善和穩定長距離輸電線路上的電壓分布，使之輕空載或輕負荷線路上的電容效應，以降低工頻暫態過電壓。高壓電抗器是電力系統中的關鍵元件，其故障將導致電網安全事件，危及經濟發展和社會穩定。高壓電抗器異常原因主要在於設備製造、安裝過程中的質量和工藝問題；加之運行中高壓電抗器氣隙中電磁力大、振動和噪聲高，導致在長期運行後的部件鬆動、放電和過熱等缺陷。高壓電抗器絕緣油中溶解氣體分解物是反映設備絕緣性能的重要特徵參數之一，油中溶解氣體的變化趨勢是設備絕緣劣化的徵兆和表現形式。因此實時檢測絕緣油中溶解氣體能夠有助於及早發現其內部早期的絕緣缺陷，以採取具體處理措施，避免其惡性發展。目前，高壓電抗器的實時檢測方法主要是油中溶解氣體監測，其特點可以監測高壓電抗器油中的h2、co、co2、ch4、c2h4、c2h2、c2h6等分解物，適合於檢測和發現緩慢發展的潛伏性缺陷。

高壓電抗器絕緣油中溶解氣體分析診斷技術包括從高壓電抗器中取出絕緣油樣，再從絕緣油中解析出溶解氣體，用氣相色譜技術分析該氣體的成分和含量，判定設備內有無內部故障，診斷其故障類型，並推定故障點的溫度、故障能量等。然而，監測結果的離散性及穩定性難以控制等問題嚴重影響監測裝置的準確性及實用性。究其原因，除了監測裝置的自身缺陷外，更有可能是其在氣相色譜峰識別及計算過程中受現場工作環境、運行工況的幹擾所致。目前氣相色譜峰識別一般採用單參數進行真假峰的判斷。單參數識別法雖可初步減少由於幹擾信號引起的氣相色譜峰誤識別和漏識別情況，但在面對強幹擾（溫度、溼度、電磁場等）及較小的色譜氣體峰時，仍難以得到滿意的分析結果。上述情況將會造成對高壓電抗器運行監督的不到位，影響及時發現、處置高壓電抗器的潛伏性缺陷。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種高壓電抗器潛伏性缺陷的狀態監測系統，體技術方案如下：

一種高壓電抗器潛伏性缺陷的狀態監測系統包括油樣採集單元、油氣分離單元、氣體分離單元、氣體檢測單元、數據處理單元、數據傳輸單元；

所述油樣採集單元用於採集高壓並聯電抗器本體中的絕緣油並將採集到的高壓並聯電抗器本體中的絕緣油輸入至油氣分離單元；油氣分離單元用於分離油樣採集單元採集的高壓並聯電抗器本體中的絕緣油與絕緣油中溶解的混合氣體並將分離出來的混合氣體輸入至氣體分離單元；氣體分離單元用於分離從油氣分離單元中分離出來的混合氣體的各個氣體組分並將分離出來的各個氣體組分輸入至氣體檢測單元；氣體檢測單元用於檢測從氣體分離單元輸入的各個氣體組分的濃度並將各個氣體組分的濃度轉化為電信號輸入至數據處理單元；數據處理單元用於處理氣體檢測單元檢測出來的各個氣體組分濃度的數據並將各個氣體組分濃度的數據輸入至數據傳輸單元；數據傳輸單元用於將數據處理單元輸入的各個氣體組分濃度的數據上傳至設備狀態監測評價中心；所述油樣採集單元、油氣分離單元、氣體分離單元、氣體檢測單元、數據處理單元、數據傳輸單元依次連接。

進一步，所述油樣採集單元包括進油管、回油管、2個油閥、空氣增壓泵；所述進油管的一端與高壓並聯電抗器的下部取樣閥連接，進油管上設置油閥，進油管的另一端與空氣增壓泵連接；回油管的一端與高壓並聯電抗器的上部取樣閥連接，回油管上設置油閥，回油管的另一端與空氣增壓泵連接。

進一步，所述油氣分離單元包括脫氣室、載氣發生器。

進一步，所述氣體分離單元包括絕緣油氣相色譜柱。

進一步，氣體檢測單元包括氫焰檢測器。

進一步，所述數據處理單元包括a/d轉換晶片、微處理器。

進一步，所述數據傳輸單元包括工業乙太網交換機、工控機。

進一步，所述數據處理單元識別所檢測的高壓電抗器的絕緣油中氣相色譜峰真偽的方法是基於綜合判斷經驗值的判定，綜合判斷經驗值c通過加權計算氣相色譜圖中峰高、峰型、峰寬、峰位得到；計算方法如下：

式中：weh為氣相色譜圖中峰高的的權重係數、wer為氣相色譜圖中峰型的權重係數、wew為氣相色譜圖中半峰寬的權重係數、wed為氣相色譜圖中峰位的權重係數；ph為氣相色譜圖的峰高、pr為氣相色譜圖的峰型、pw為氣相色譜圖的半峰寬、pd為氣相色譜圖的峰位；

氣相色譜圖中的峰型pr、氣相色譜圖中的峰寬pw、氣相色譜圖中的峰位pd是在出廠檢驗標定的複合氣相色譜柱時得到；氣相色譜圖中的峰高ph是在現場調試的複合氣相色譜柱時得到；氣相色譜圖中的峰高ph權重最高；經統計先驗概率所得當綜合判斷經驗值c大於0.9時即認為氣相色譜峰為真；反之，即可認為氣相色譜峰為偽。

進一步，所述油閥為法蘭型油閥。

進一步，所述載氣發生器為氫氣發生器、氮氣發生器中的一種。

本發明成功實現了快速、準確、實時地檢測出高壓電抗器的油中溶解氣體成分與含量，避免了高壓電抗器運維中欠缺長期穩定、精度可信監測手段的弊端，提供了用於在線評估分析設備絕緣強度的可靠數據。開創性地實現了高壓電抗器絕緣油中溶解氣體色譜圖的識別方法，一舉克服因色譜圖曲線的基線抖動的導致氣相色譜峰誤識別和漏識別的關鍵難題，提高了高壓電抗器絕緣油中溶解氣體監測的可靠性，達到了電力安全生產中風險、效能和成本綜合最優的目標。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明：

一種高壓電抗器潛伏性缺陷的狀態監測系統包括油樣採集單元、油氣分離單元、氣體分離單元、氣體檢測單元、數據處理單元、數據傳輸單元；

油樣採集單元用於採集高壓並聯電抗器本體中的絕緣油並將採集到的高壓並聯電抗器本體中的絕緣油輸入至油氣分離單元；油氣分離單元用於分離油樣採集單元採集的高壓並聯電抗器本體中的絕緣油與絕緣油中溶解的混合氣體並將分離出來的混合氣體輸入至氣體分離單元；氣體分離單元用於分離從油氣分離單元中分離出來的混合氣體的各個氣體組分並將分離出來的各個氣體組分輸入至氣體檢測單元；氣體檢測單元用於檢測從氣體分離單元輸入的各個氣體組分的濃度並將各個氣體組分的濃度轉化為電信號輸入至數據處理單元；數據處理單元用於處理氣體檢測單元檢測出來的各個氣體組分濃度的數據並將各個氣體組分濃度的數據輸入至數據傳輸單元；數據傳輸單元用於將數據處理單元輸入的各個氣體組分濃度的數據上傳至設備狀態監測評價中心；油樣採集單元、油氣分離單元、氣體分離單元、氣體檢測單元、數據處理單元、數據傳輸單元依次連接。

油樣採集單元包括進油管、回油管、2個油閥、空氣增壓泵；進油管的一端與高壓並聯電抗器的下部取樣閥連接，進油管上設置油閥，進油管的另一端與空氣增壓泵連接；回油管的一端與高壓並聯電抗器的上部取樣閥連接，回油管上設置油閥，回油管的另一端與空氣增壓泵連接；油閥為法蘭型油閥，進油管、回油管採用直徑為8毫米、密度為8.96克每立方釐米的紫銅管。

油氣分離單元包括脫氣室、載氣發生器，脫氣室與空氣增壓泵連接，載氣發生器向脫氣室中的高壓並聯電抗器絕緣油中通氣，通過和高壓並聯電抗器絕緣油中溶解的氣體進行多次交換與平衡將高壓並聯電抗器絕緣油中溶解的氣體置換出來，並將置換出來的高壓並聯電抗器絕緣油中溶解的氣體輸入至氣體分離單元。載氣發生器為氫氣發生器、氮氣發生器中的一種。

氣體分離單元包括絕緣油氣相色譜柱，絕緣油氣相色譜柱採用se-30系列絕緣油氣相色譜柱。

氣體檢測單元包括氫焰檢測器，其正常工作電壓，即極化電壓範圍是100~350v，其正常工作溫度範圍是70~220攝氏度，其測量誤差應符合dl/t722導則中不同實驗室間針對同一油樣測量結果相差不應大於平均值30%的要求。

數據處理單元包括a/d轉換晶片、微處理器，a/d轉換晶片採用24位以上icl系列的a/d轉換晶片；微處理器採用cc2530系列的微處理器。

數據傳輸單元包括工業乙太網交換機、工控機，工業乙太網交換機採用eki-系列網管型工業乙太網交換機，工控機為安裝有rhel6.5作業系統的嵌入式工控機。

數據處理單元識別所檢測的高壓電抗器的絕緣油中氣相色譜峰真偽的方法是基於綜合判斷經驗值的判定，綜合判斷經驗值c通過加權計算氣相色譜圖中峰高、峰型、峰寬、峰位得到；計算方法如下：

式中：weh為氣相色譜圖中峰高的的權重係數、wer為氣相色譜圖中峰型的權重係數、wew為氣相色譜圖中半峰寬的權重係數、wed為氣相色譜圖中峰位的權重係數；ph為氣相色譜圖的峰高、pr為氣相色譜圖的峰型、pw為氣相色譜圖的半峰寬、pd為氣相色譜圖的峰位；

氣相色譜圖中的峰型pr、氣相色譜圖中的峰寬pw、氣相色譜圖中的峰位pd是在出廠檢驗標定的複合氣相色譜柱時得到；氣相色譜圖中的峰高ph是在現場調試的複合氣相色譜柱時得到；氣相色譜圖中的峰高ph權重最高；經統計先驗概率所得權重值weh為0.33、wer為0.23、wew為0.21、wed為0.23；經統計先驗概率所得當綜合判斷經驗值c大於0.9時即認為氣相色譜峰為真；反之，即可認為氣相色譜峰為偽。

油樣採集單元的進油管、回油管分別接至高壓並聯電抗器的下部取樣閥、上部取樣閥，並將所採集到的高壓並聯電抗器絕緣油傳輸入至油氣分離單元中脫氣。油氣分離單元採用載氣脫氣法，通過向脫氣室中的高壓並聯電抗器通氣置換高壓並聯電抗器絕緣油中溶解的混合氣體，並通過0.4兆帕以上的載氣將混合氣體輸入至氣體分離單元分離。氣體分離單元通過絕緣油氣相色譜柱分離氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯，並將各組分氣體送至氣體檢測單元檢測，此時氣體檢測單元4中包含三大類基礎氣體，分別是載氣及其攜帶的試樣氣體組分、可燃氣、助燃氣；氣體檢測單元通過氫焰檢測器依次檢測被分離出的各組分氣體，並將各組分氣體的濃度信號輸入至數據處理單元轉換、存儲。數據處理單元識別所檢測的高壓電抗器絕緣油中溶解氣體中的氣相色譜峰真偽後，轉換、存儲與各組分氣體真實值濃度成正比的數位訊號，並將信號傳輸至數據傳輸單元遠傳、監視。數據傳輸單元通過工控機現場展示監測數據、識別真偽後的監測數據、譜圖、曲線等高壓並聯電抗器的狀態信息，並通過電力綜合數據網將上述信息傳輸至設備狀態監測評價中心供設備運維人員監視、分析、調用。通過分析高壓並聯電抗器的絕緣油中溶解氣體可以發現在設備運行正常狀態下，由於在熱和電的作用下，高壓並聯電抗器絕緣油和固體絕緣材料因老化分解出少量的可燃性氣體，但產氣速率比較緩慢；當出現潛伏性異常後，憑藉絕緣油中特徵氣體濃度可跟蹤判斷設備內部異常的嚴重程度和發展速度，此時的氣體含量和產氣速率對於判斷故障有無、嚴重程度及發展趨勢更為直觀。

本發明不局限於以上所述的具體實施方式，以上所述僅為本發明的較佳實施案例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。