一种实时检测变压器故障的气体继电器及诊断方法

技术领域

本发明属于电力设备质量检测技术领域，更具体地，涉及一种实时检测变压器故障的气体继电器及诊断方法。

背景技术

气体继电器主要起着电力变压器内部的一种基本保护作用，气体继电器的应用表明，当变压器发生绝缘性快速分解或是变压器本体发生放电性故障时，气体继电器往往快速反映故障程度，并及时断开电源，有效减少变压器故障带来的损失，避免变压器事故扩大。然而，变压器进入空气、温度下降等原因，经常有气体继电器误动作(部分原因是空气混入气体继电器)导致报警或跳闸，而实际上变压器并没有故障，严重影响了变压器的可靠运行。

气体继电器聚集了一定气体后发出报警信号，一般需要运行人员去变电站进行变压器油试验和气体检测以进一步诊断变压器是否为故障气体或者是空气，传统方法是将变压器断电，安排人员从变压器气体继电器取气，送到实验室进行检测，从气体继电器聚集气体到诊断结果往往需要1-2天的时间，这种工作效率极为低下，变压器一旦有突发严重故障，来不及根据诊断结果采取措施，变压器就严重损坏甚至烧毁，造成了严重的事故。另外，运行人员在变压器带电情况下现场取气体也存在较大的安全风险，一旦变压器突发性故障，会严重威胁运行人员的人身安全，造成不可估量的后果。

现有的专利技术描述中，绝大多数仅局限于对气体继电器本身进行改进，无法对变压器是否为故障气体及故障的严重程度无法进行有效性的判断。代表性的专利有，一种变压器故障气体采集装置及方法(CN201811304616.2)，这种方法通过点燃的方法识别是否为故障气体，这种方法有效性和实时性差，有些故障气体成分并不一定可燃，现场操作危险性极高，且工作效率低无法及时判断故障情况，这种方法还需要变压器停电操作，严重影响供电可靠性。

发明内容

为解决现有技术中变压器气体继电器由于其他干扰而误动作导致报警、气体检测不及时和单一检测手段有效性差导致变压器损坏甚至烧毁等事故扩大问题，提高变压器安全运行可靠性，本发明的目的在于，提供一种实时检测和诊断变压器故障的气体继电器及识别和判断变压器故障的方法，快速检测聚集在气体继电器的气体是否为故障产生的气体还是非故障原因产生气体，通过检测气体的气味、成分、颜色综合研判变压器发生故障的严重程度，本发明的装置检测后通过云平台快速向变压器运行人员发送诊断信息，在变压器尚未发展为严重故障就可以诊断变压器运行状态，为变压器运行人员检修和维护赢得了宝贵的处理时间，防范因处理不及时导致变压器的损坏。

本发明采用如下的技术方案。一种实时检测变压器故障的气体继电器，包括：气体继电器本体、进油口、出油口、第一气管、待检瓶、气体继电器放气阀以及采集和发送单元，待检瓶一端通过第一气管与气体继电器本体相连接，另一端通过第二气管与气体继电器放气塞相连接；待检瓶中设置与采集和发送单元相连接的故障气体检测模块，用于检测待检瓶中是否含有烃类气体及其浓度、气体颜色以及是否含有刺激性气味气体；在第一气管靠近待检瓶的一端设置滤油网，在第一气管靠近气体继电器本体的一端设置压力传感器，在滤油网与压力传感器之间设置进气电磁阀，均与采集和发送单元相连接；若压力传感器检测到气体继电器本体内部的气体压力达到阈值K1，控制进气电磁阀开启，气体继电器本体内部的气体通过进气电磁阀和滤油网进入待检瓶；采集和发送单元设置在气体继电器本体上方，与故障气体检测模块相连接，用于生成变压器故障等级评估结果，并向后台发送警报信息。

优选地，阈值K1设置为0.1-2kpa，进一步优选地，进气电磁阀开启后若压力传感器检测到气体继电器本体内部的气体压力降低至阈值K1以下，控制进气电磁阀关闭。

优选地，故障气体检测模块包括：在待检瓶内部上侧的烃类检测传感器、设置在待检瓶内部侧面的色变传感器和电子鼻传感器，均与采集和发送单元相连接。

优选地，在待检瓶内部上侧设置排气电磁阀，用于控制待检瓶内部气体的排放，并与采集和发送单元相连接，待检瓶内部故障气体检测模块完成检测之后，开启排气控制电磁阀释放待检瓶内部气体，进一步优选地，排气控制电磁阀设置有逆止阀，控制外部的空气无法进入待检瓶，只把待检瓶内部的气体排出，排气控制电磁阀自动关闭。

优选地，采集和发送单元外部采用半封闭球金属壳外罩结构，外罩的边沿距离信号采集和发送单元最低端大于1cm，进一步优选地，这个距离设置为1-5cm，用于屏蔽周围带电体的干扰和防雨。

本发明还提供了一种使用所述实时检测变压器故障的气体继电器的诊断方法，包括以下步骤：

步骤1，变压器内部发生气体聚集后，若压力传感器检测到气体继电器本体内部的气体压力达到阈值K1，控制进气电磁阀开启，气体继电器本体内部的气体进入待检瓶；此后若压力传感器检测到气体继电器本体内部的气体压力降低至阈值K1以下，控制进气电磁阀关闭；

步骤2，待检瓶中的故障气体检测模块检测待检瓶中是否含有烃类气体及其浓度C

步骤3，使用步骤2生成的第一特征值Pq、第二特征值Ps和第三特征值Pd为底数，幂运算后相乘，获得变压器故障诊断评估系数P，以变压器故障诊断评估系数P划分变压器故障等级；

步骤4，采集和发送单元将故障等级评估结果发送至云端服务器，向变压器运行或管理用户APP发送分析结果，并预警；

步骤5，待检瓶内部各个传感器完成检测之后，开启排气控制电磁阀释放待检瓶内部气体，待检瓶内外相对压力为零时，控制排气控制电磁阀自动关闭。

优选地，步骤2中，以第一特征值Pq代表的烃类气体检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Pq表示第一特征值，

C

优选地，以第二特征值Ps代表气体颜色检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Ps表示第二特征值；

优选地，以第三特征值Pd代表刺激性气味气体检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Pd表示第三特征值。

优选地，步骤3，使用步骤2生成的第一特征值Pq、第二特征值Ps和第三特征值Pd综合分析诊断变压器故障，以如下公式表示，

式中：

P表示变压器故障诊断评估系数，

Pq表示第一特征值，

Ps表示第二特征值，

Pd表示第三特征值。

优选地，步骤3中，使用变压器故障诊断评估系数P判断变压器故障，以如下公式表示，

式中：

P表示变压器故障诊断评估系数。

优选地，步骤4中，若故障等级评估结果为一般故障、严重故障或危急故障中的任意一种，立即向变压器运行或管理用户APP访问分析结果，并及时预警；用户APP能实时访问、显示变压器的诊断数据及分析结果。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，当变压器气体继电器聚集气体，导致气体压力增大到K1时，通过设置K1大小，可以达到少量气体(不到100mL)就进入待检瓶，而传统气体继电器要达到300mL气体才报警，相比较本发明的灵敏度更高。通过烃类检测传感器、电子鼻传感器、色变传感器综合诊断检测的气体是变压器故障产生的特征气体还是空气，检测后通过云服务器快速向变压器运行或管理人员发送检测结果，并准确评估变压器故障的严重程度，为变压器运维检修赢得了极为宝贵的时间，免去了传统运行人员去变电站进行取气返回实验室进行检测。

本发明专利通过气体的成分、颜色、气味综合检测诊断，检测快速、诊断准确，有效性强。检测后实时发送结果到云端并进行计算分析，大大提高了工作效率，提升了变压器安全运行水平，保证了运行人员安全，本发明的实施对于提前发现变压器的潜伏性故障，保障变压器安全运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明提供的实时检测变压器故障的气体继电器结构示意图；

图2为本发明提供的实时检测变压器故障的气体继电器检测单元示意图；

图3为本发明采集和发送单元外罩示意图；

图4为本发明信号采集和发送单元流程图。

图中：

1-气体继电器本体；

2-观察窗；

3-进油口；

4-出油口；

5-第一气管；

6-待检瓶；

7-放气塞；

8-采集和发送单元；

9-探针；

10-烃类传感器；

11-色变传感器；

12-电子鼻传感器；

13-滤油网；

14-进气控制电磁阀；

15-压力传感器；

16-排气控制电磁阀；

17-采集和发送单元外罩。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

第一实施例：一种实时检测变压器故障的气体继电器

如图1所示，本发明提供了一种实时检测变压器故障的气体继电器，包括：气体继电器本体1、观察窗2、进油口3、出油口4、第一气管5、待检瓶6、气体继电器放气塞7、采集和发送单元8和探针9。

待检瓶6为透明容器，用于收集气体继电器本体1内部释放的气体，待检瓶6一端通过第一气管5与气体继电器本体1相连接，另一端通过第二气管与气体继电器放气塞7相连接。

如图2所示，待检瓶6中设置与采集和发送单元8相连接的故障气体检测模块，用于检测待检瓶6中是否含有烃类气体及其浓度、气体颜色以及是否含有刺激性气味气体。可以理解的是，所述领域技术人员可以根据现场实际任意配置故障气体检测模块中使用的传感器及其安装位置，这些传感器既可以是多个单功能的多个传感器，也可以是集成了多种功能的多功能传感器。

为了清楚地介绍本发明的实施方式，本发明的第一实施例中介绍一种优选但非限制性的配置方式，故障气体检测模块包括：烃类检测传感器10、色变传感器11和电子鼻传感器12。

烃类检测传感器10设置在待检瓶6内部上侧，与采集和发送单元8相连接，用于检测待检瓶6中是否含有烃类气体及其浓度C

式中：

Pq表示第一特征值，

C

色变传感器11设置在待检瓶6内部侧面，并与采集和发送单元8相连接，用于检测待检瓶6中的气体颜色。以第二特征值Ps代表气体颜色检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Ps表示第二特征值。

电子鼻传感器12设置在待检瓶6内部侧面，并与采集和发送单元8相连接，用于检测待检瓶6中是否含有刺激性气味气体。以第三特征值Pd代表刺激性气味气体检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Pd表示第三特征值。

滤油网13设置在第一气管5靠近待检瓶6的一端，压力传感器15设置在第一气管5靠近气体继电器本体1的一端，并与采集和发送单元8相连接。进气电磁阀14设置在滤油网13与压力传感器15之间，并与采集和发送单元8相连接。

若压力传感器15检测到气体继电器本体1内部的气体压力达到阈值K1，控制进气电磁阀14开启，气体继电器本体1内部的气体通过进气电磁阀14和滤油网13进入待检瓶6；此后若压力传感器15检测到气体继电器本体1内部的气体压力降低至阈值K1以下，控制进气电磁阀14关闭。可以理解的是，所述领域技术人员可以根据现场实际任意设定阈值K1，一个优选但非限制性的实施方式为，根据不同的灵敏度要求，将阈值K1设置为0.1-2kpa。

与现有技术相比，当变压器气体继电器聚集气体，导致气体压力增大到阈值K1时，通过设置阈值K1大小，可以达到少量气体就进入待检瓶，一个优选但非限制性的实施方式为，通过设置阈值使不到100mL就进入待检瓶，而传统气体继电器要达到300mL气体才报警，相比较本发明的灵敏度更高。

排气电磁阀16设置在待检瓶6内部上侧，用于控制待检瓶6内部气体的排放，并与采集和发送单元8相连接，待检瓶6内部各个传感器完成检测之后，开启排气控制电磁阀16释放待检瓶6内部气体，排气控制电磁阀16设置有逆止阀，控制外部的空气无法进入待检瓶，只把待检瓶内部的气体排出，待待检瓶6内外相对压力降至0时，排气控制电磁阀16自动关闭。

采集和发送单元8设置在气体继电器本体1上方，与故障气体检测模块相连接，用于及时向变压器运行人员发送变压器故障信息。可以理解的是，各个传感器和阀门都是在该采集和发送单元8的控制下工作，采集数据，并进行数据分析计算后，也是通过采集和发送单元8向用户发送故障信息。所述领域技术人员可以任意方式实现采集和发送单元8的数据处理与控制功能，包括但不限于，基于单片机的数据处理与控制模块等等。如图3所示，采集和发送单元8外部采用半封闭球金属壳外罩17结构，外罩的边沿A、B距离信号采集和发送单元最低端大于1cm，这个距离设置为1-5cm，这样既可以屏蔽周围带电体的影响，又能向外部发送采集信号和具备长期防雨的功能。

可以理解的是，本发明第一实施例中涉及设置在待检瓶6上或者内部的多个传感器和阀门的位置可以由所述领域技术人员根据现场实际任意设置，在不影响其功能和保证密封良好的情况下，各传感器和阀门在待检瓶6表面，均匀分布设置，设置在待检瓶6内部上侧、侧面或者低侧都属于可以实施本发明的技术手段。

第二实施例：一种实时检测变压器故障的诊断方法

如图4所示，本发明的第二实施例提供了一种使用上述实时检测变压器故障的气体继电器的诊断方法，包括以下步骤：

步骤1，变压器内部发生气体聚集，若压力传感器15检测到气体继电器本体1内部的气体压力达到阈值K1，控制进气电磁阀14开启，气体继电器本体1内部的气体通过进气电磁阀14和滤油网13进入待检瓶6；此后若压力传感器15检测到气体继电器本体1内部的气体压力降低至阈值K1以下，控制进气电磁阀14关闭。

步骤2，设置在待检瓶6内部的烃类检测传感器10检测待检瓶6中是否含有烃类气体及其浓度C

式中：

Pq表示第一特征值，

C

色变传感器11检测待检瓶6中的气体颜色，生成以第二特征值Ps代表气体颜色检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Ps表示第二特征值；

电子鼻传感器12检测待检瓶6中是否含有刺激性气味气体，生成以第三特征值Pd代表刺激性气味气体检测结果，以如下公式进行表示，

式中：

Pd表示第三特征值。

步骤3，使用步骤2生成的第一特征值Pq、第二特征值Ps和第三特征值Pd综合分析诊断变压器故障，以如下公式表示，

式中：

P表示变压器故障诊断评估系数，

Pq表示第一特征值，

Ps表示第二特征值，

Pd表示第三特征值；

使用变压器故障诊断评估系数P判断变压器故障，以如下公式表示，

式中：

P表示变压器故障诊断评估系数；

没有故障表明气体继电器本体1内部的气体为空气，变压器可以带电安全运行，故障等级为危急故障则需要紧急停电。

可以理解的是，本实施例使用的第一特征值Pq、第二特征值Ps和第三特征值Pd的赋值，以及计算故障诊断评估系数是使用的幂指数均是一种优选但非限制性的选择。例如，所述领域技术人员可以分数或者小数，更大或者更小的数值对第一特征值Pq、第二特征值Ps和第三特征值Pd赋值，也可以对第一特征值Pq、第二特征值Ps和第三特征值Pd使用其他的幂指数获得故障诊断评估系数，进而重新划分故障评估等级的区间。本发明给出的优选数值仅是为了清楚地介绍本发明的技术方案和有益效果，并不意味着本发明必须以这些参数进行实施。

与现有技术相比，通过烃类检测传感器、电子鼻传感器、色变传感器综合诊断检测的气体是变压器故障产生的特征气体还是空气，检测后通过云服务器快速向变压器运行或管理人员快速发送检测结果，并评估变压器故障的严重程度，为变压器运维检修赢得了极为宝贵的时间，免去了传统运行人员去变电站进行取气返回实验室进行检测。

步骤4，采集和发送单元8将故障等级评估结果发送至云端无服务器，若故障等级评估结果为一般故障、严重故障或危急故障中的任意一种，立即向变压器运行或管理用户APP访问分析结果，并及时预警。用户APP能实时访问、显示变压器的诊断数据及分析结果。

步骤5，待检瓶6内部各个传感器完成检测之后，开启排气控制电磁阀16释放待检瓶6内部气体，待待检瓶6内外相对压力降至0时，排气控制电磁阀16自动关闭。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，当变压器气体继电器聚集气体，导致气体压力增大到K1时，通过设置K1大小，可以达到少量气体(不到100mL)就进入待检瓶，而传统气体继电器要达到300mL气体才报警，相比较本发明的灵敏度更高。通过烃类检测传感器、电子鼻传感器、色变传感器综合诊断检测的气体是变压器故障产生的特征气体还是空气，检测后通过云服务器快速向变压器运行或管理人员快速发送检测结果，并评估变压器故障的严重程度，为变压器运维检修赢得了极为宝贵的时间，免去了传统运行人员去变电站进行取气返回实验室进行检测。

实例1，某变压器气体继电器聚集气体造成气体继电器发出报警信号，现场无法第一时间判断是变压器内部故障造成的气体还是空气。利用本发明技术，烃类传感器检测烃类气体为16.5ppm，Pq特征值为2。电子鼻传感器检测到刺激性气味，Pd特征值为2。色变传感器检测气体颜色为黄色，Ps特征值为2，通过综合检测诊断P为17.8，研判变压器内部有危急故障，及时提示变电站运行人员需要停电进行紧急处理。后经过及时停电，并进行检查发现变压器内部有严重的放电痕迹，通过及时停电并采取有效的措施，避免了变压器的进一步损坏和事故扩大。

本发明专利通过气体的成分、颜色、气味综合检测诊断，准确率高，有效性强。检测后实时发送结果到云端并进行计算分析，大大提高了工作效率，提升了变压器安全运行水平，保证了运行人员安全，本发明的实施对于提前发现变压器的故障，保障变压器安全运行具有重要意义。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。