本發(fā)明涉及電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器故障類型的狀態(tài)診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

變壓器多是充油式變壓器，以絕緣油作為絕緣和散熱的介質(zhì)。在實(shí)際運(yùn)行中，變壓器絕緣油和固體絕緣材料在電和熱的作用下，會(huì)逐漸老化、分解、產(chǎn)生溶解在油中的特征氣體，當(dāng)存在潛伏性缺陷時(shí)，這些氣體的產(chǎn)生速度和溶解在絕緣油中的數(shù)量都會(huì)增加，而故障氣體的組成和含量與設(shè)備故障類型及嚴(yán)重程度有著密切關(guān)系。因此，監(jiān)測(cè)變壓器絕緣油的溶解氣體情況是監(jiān)視變壓器運(yùn)行的重要手段之一，能夠有助于及早發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部早期的絕緣缺陷，并通過(guò)及時(shí)的故障診斷與狀態(tài)評(píng)價(jià)，以采取具體處理措施，避免其惡性發(fā)展。但由于設(shè)備實(shí)際故障與運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、故障類型判別知識(shí)不完備、故障關(guān)鍵信息模糊等難題，導(dǎo)致現(xiàn)有變壓器絕緣油中溶解氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置主要是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)絕緣油油中特征氣體，尚不具備故障類型診斷的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種變壓器故障類型的狀態(tài)診斷系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下：

一種變壓器故障類型的狀態(tài)診斷系統(tǒng)包括油樣采集模塊、油氣分離模塊、氣體分離模塊、氣體檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述油樣采集模塊用于采集變壓器本體中的絕緣油并將采集到的變壓器本體中的絕緣油輸入至油氣分離模塊；油氣分離模塊用于分離油樣采集模塊采集的變壓器本體中的絕緣油與絕緣油中溶解的混合氣體并將分離出來(lái)的混合氣體輸入至氣體分離模塊；氣體分離模塊用于分離從油氣分離模塊中分離出來(lái)的混合氣體的各個(gè)氣體組分并將分離出來(lái)的各個(gè)氣體組分輸入至氣體檢測(cè)模塊；氣體檢測(cè)模塊用于檢測(cè)從氣體分離模塊輸入的各個(gè)氣體組分的濃度并將各個(gè)氣體組分的濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊用于采集氣體檢測(cè)模塊檢測(cè)出來(lái)的各個(gè)氣體組分濃度的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，診斷變壓器故障類型，將各個(gè)氣體組分濃度數(shù)據(jù)和變壓器故障類型診斷結(jié)果輸入至數(shù)據(jù)傳輸模塊；數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將數(shù)據(jù)處理模塊輸入的各個(gè)氣體組分濃度數(shù)據(jù)和變壓器識(shí)故障類型診斷結(jié)果上傳至狀態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心；所述油樣采集模塊、油氣分離模塊、氣體分離模塊、氣體檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊依次連接。

進(jìn)一步，所述油樣采集模塊包括進(jìn)油管、回油管、2個(gè)油閥、空氣增壓泵；所述進(jìn)油管的一端與變壓器的注油閥連接，進(jìn)油管上設(shè)置油閥，進(jìn)油管的另一端與空氣增壓泵連接；回油管的一端與變壓器的排油閥連接，回油管上設(shè)置油閥，回油管的另一端與空氣增壓泵連接。

進(jìn)一步，所述油氣分離模塊包括變徑活塞泵。

進(jìn)一步，所述氣體分離模塊包括復(fù)合氣相色譜柱，所述復(fù)合氣相色譜柱設(shè)置2根。

進(jìn)一步，氣體檢測(cè)模塊包括電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括a/d轉(zhuǎn)換芯片、微控制器。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括通信板卡。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用樣例檢索算法診斷變壓器故障類型，包括以下步驟：

（1）建立故障樣例庫(kù)

收集500個(gè)以上變壓器真實(shí)故障時(shí)變壓器絕緣油中溶解的故障樣例，并在訓(xùn)練后建立故障樣例庫(kù)；設(shè)訓(xùn)練后有n種故障類型；以變壓器真實(shí)故障時(shí)變壓器絕緣油中溶解的全部混合氣體為特征氣體，設(shè)故障樣例庫(kù)中的全部特征氣體為w個(gè)；x為故障樣例矩陣，則故障樣例矩陣；

（2）變量聚類分析

計(jì)算實(shí)測(cè)變壓器絕緣油中溶解的混合氣體中的特征氣體與故障樣例庫(kù)中的故障樣例的類屬度以診斷變壓器最為匹配的故障類型；所述故障樣例庫(kù)中的故障樣例包括變壓器絕緣油過(guò)熱、變壓器絕緣油及絕緣紙過(guò)熱、變壓器絕緣油紙中局部放電、變壓器絕緣油中火花放電、變壓器絕緣油中高能放電、變壓器絕緣油和絕緣紙中高能放電；步驟包括：

1）計(jì)算特征氣體的歐氏距離

以實(shí)測(cè)的變壓器絕緣油中溶解的特征氣體為特征指標(biāo)，設(shè)特征指標(biāo)的個(gè)數(shù)為m，設(shè)實(shí)測(cè)特征指標(biāo)向量為y，則實(shí)測(cè)特征指標(biāo)向量，；以歐式距離分別描述實(shí)測(cè)特征指標(biāo)向量y與故障樣例矩陣x各行向量的距離，計(jì)算公式如下：

；

其中i為故障樣例矩陣x的行號(hào)，，j為特征氣體編號(hào)，；

2）計(jì)算類屬度

設(shè)為實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例庫(kù)中的各個(gè)故障類型的類屬度，則的計(jì)算公式如下：

；

比較實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例庫(kù)中的各個(gè)故障類型的類屬度大小，找到其中類屬度的最大值，則實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例矩陣x對(duì)應(yīng)的第i行的行向量表示的故障類型最匹配，從而診斷出實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例庫(kù)中最為匹配的故障類型。

進(jìn)一步，所述油閥為法蘭型油閥。

進(jìn)一步，所述進(jìn)油管的表面、回油管的表面分別覆蓋伴熱帶。

本發(fā)明成功實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出變壓器的絕緣油中溶解氣體成分與濃度，避免了變壓器運(yùn)維中欠缺長(zhǎng)期穩(wěn)定、精度可信監(jiān)測(cè)手段的弊端，提供了用于在線評(píng)估分析變壓器運(yùn)行狀態(tài)及剩余壽命的可靠數(shù)據(jù)。開(kāi)創(chuàng)性將基于歐式距離的樣例檢索算法引入故障類型識(shí)別，克服了絕緣油中溶解氣體數(shù)據(jù)模糊性和適用性問(wèn)題，提升了識(shí)別故障的準(zhǔn)確率和及時(shí)性，并達(dá)到了電力安全生產(chǎn)中風(fēng)險(xiǎn)、效能和成本綜合最優(yōu)的目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

一種變壓器故障類型的狀態(tài)診斷系統(tǒng)包括油樣采集模塊、油氣分離模塊、氣體分離模塊、氣體檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊；油樣采集模塊用于采集變壓器本體中的絕緣油并將采集到的變壓器本體中的絕緣油輸入至油氣分離模塊；油氣分離模塊用于分離油樣采集模塊采集的變壓器本體中的絕緣油與絕緣油中溶解的混合氣體并將分離出來(lái)的混合氣體輸入至氣體分離模塊；氣體分離模塊用于分離從油氣分離模塊中分離出來(lái)的混合氣體的各個(gè)氣體組分并將分離出來(lái)的各個(gè)氣體組分輸入至氣體檢測(cè)模塊；氣體檢測(cè)模塊用于檢測(cè)從氣體分離模塊輸入的各個(gè)氣體組分的濃度并將各個(gè)氣體組分的濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊用于采集氣體檢測(cè)模塊檢測(cè)出來(lái)的各個(gè)氣體組分濃度的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，診斷變壓器故障類型，將各個(gè)氣體組分濃度數(shù)據(jù)和變壓器故障類型診斷結(jié)果輸入至數(shù)據(jù)傳輸模塊；數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將數(shù)據(jù)處理模塊輸入的各個(gè)氣體組分濃度數(shù)據(jù)和變壓器識(shí)故障類型診斷結(jié)果上傳至狀態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心；油樣采集模塊、油氣分離模塊、氣體分離模塊、氣體檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊依次連接。

油樣采集模塊包括進(jìn)油管、回油管、2個(gè)油閥、空氣增壓泵；進(jìn)油管的一端與電力變壓器的注油閥連接，進(jìn)油管上設(shè)置油閥，進(jìn)油管的另一端與空氣增壓泵連接；回油管的一端與電力變壓器的排油閥連接，回油管上設(shè)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(jìn)油管、回油管采用直徑為8毫米、密度為8.96克每立方厘米的紫銅管，進(jìn)油管的表面、回油管的表面分別覆蓋伴熱帶，空氣增壓泵采用微型往復(fù)式空氣增壓泵，油流速度小于0.5m/s。

油氣分離模塊包括變徑活塞泵，油氣分離模塊采用抽真空脫氣法進(jìn)行油氣分離，通過(guò)采用采用變徑活塞泵上下反復(fù)移動(dòng)，多次擴(kuò)容脫氣、壓縮集氣，從而使絕緣油中溶解的氣體迅速析出，其脫氣效率為可在15分鐘內(nèi)分離油中95%以上的溶解氣體，其油氣室容積為350毫升。

氣體分離模塊包括復(fù)合氣相色譜柱，可以自動(dòng)分離混合氣體中的h2、co、co2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2等氣體組分，復(fù)合氣相色譜柱設(shè)置2根，符合氣相色譜柱采用gc系列的復(fù)合氣相色譜柱。

氣體檢測(cè)模塊包括電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器，其測(cè)量精度為當(dāng)絕緣油中溶解的氣體含量大于10微升每升時(shí)的重復(fù)性小于10%，絕緣油中溶解的氣體含量不大于10微升每升時(shí)的測(cè)量重復(fù)性小于20%。

數(shù)據(jù)處理模塊包括a/d轉(zhuǎn)換芯片、微控制器，a/d轉(zhuǎn)換芯片采用24位以上adc系列的tm7707雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片；微控制器采用m058s系列微控制器。

數(shù)據(jù)傳輸模塊包括通信板卡；通信板卡采用intel9301ct通信板卡。

數(shù)據(jù)處理模塊采用樣例檢索算法診斷變壓器故障類型，包括以下步驟：

收集500個(gè)以上變壓器真實(shí)故障時(shí)變壓器絕緣油中溶解的故障樣例，并在訓(xùn)練后建立故障樣例庫(kù)；設(shè)訓(xùn)練后有n種故障類型；以變壓器真實(shí)故障時(shí)變壓器絕緣油中溶解的全部混合氣體為特征氣體，設(shè)故障樣例庫(kù)中的全部特征氣體為w個(gè)；x為故障樣例矩陣，則故障樣例矩陣

；

例如，收集700個(gè)變壓器真實(shí)故障時(shí)變壓器絕緣油中溶解的混合氣體樣例，并在訓(xùn)練后建立故障樣例庫(kù)；其中383個(gè)變壓器故障樣例屬于變壓器過(guò)熱，317個(gè)變壓器故障樣例屬于變壓器放電，訓(xùn)練后有6種故障類型，如表1所示，以變壓器真實(shí)故障時(shí)變壓器絕緣油中溶解的全部混合氣體為特征氣體，特征氣體為h2、co、co2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2，故障樣例庫(kù)中的全部特征氣體為7個(gè)；x為故障樣例矩陣，則故障樣例矩陣

；

表1變壓器故障樣例庫(kù)

（2）變量聚類分析

計(jì)算實(shí)測(cè)變壓器絕緣油中溶解的混合氣體中的特征氣體與故障樣例庫(kù)中的故障樣例的類屬度以診斷變壓器最為匹配的故障類型；所述故障樣例庫(kù)中的故障樣例包括變壓器絕緣油過(guò)熱、變壓器絕緣油及絕緣紙過(guò)熱、變壓器絕緣油紙中局部放電、變壓器絕緣油中火花放電、變壓器絕緣油中高能放電、變壓器絕緣油和絕緣紙中高能放電；步驟包括：

1）計(jì)算特征氣體的歐氏距離

以實(shí)測(cè)的變壓器絕緣油中溶解的特征氣體為特征指標(biāo)，設(shè)特征指標(biāo)的個(gè)數(shù)為m，設(shè)實(shí)測(cè)特征指標(biāo)向量為y，則實(shí)測(cè)特征指標(biāo)向量，；以歐式距離分別描述實(shí)測(cè)特征指標(biāo)向量y與故障樣例矩陣x各行向量的距離，計(jì)算公式如下：

；

其中i為故障樣例矩陣x的行號(hào)，，j為特征氣體編號(hào)，；

2）計(jì)算類屬度

設(shè)為實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例庫(kù)中的各個(gè)故障類型的類屬度，則的計(jì)算公式如下：

；

比較實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例庫(kù)中的各個(gè)故障類型的類屬度大小，找到其中類屬度的最大值，則實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例矩陣x對(duì)應(yīng)的第i行的行向量表示的故障類型最匹配，從而診斷出實(shí)測(cè)變壓器故障與故障樣例庫(kù)中最為匹配的故障類型。

將油樣采集模塊的進(jìn)油管、回油管分別連接至變壓器的注油閥、排油閥，并將所采集到的變壓器絕緣油傳輸至油氣分離模塊中進(jìn)行脫氣。油氣分離模塊通過(guò)采用真空脫氣的方式脫離、收集變壓器絕緣油中溶解的混合氣體，并通過(guò)0.2兆帕以上的載氣將混合氣體輸入至氣體分離模塊分離。氣體分離模塊通過(guò)復(fù)合氣相色譜柱分離h2、co、co2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2等各個(gè)組分氣體，并將各個(gè)組分氣體送至氣體檢測(cè)模塊檢測(cè)。氣體檢測(cè)模塊通過(guò)電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器依次檢測(cè)被分離出的各個(gè)組分氣體，并將各個(gè)組分氣體的濃度信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)處理模塊轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理模塊轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)與各個(gè)組分氣體濃度成正比的數(shù)字信號(hào)，基于樣例檢索算法診斷變壓器故障類型，并將數(shù)字信號(hào)和診斷結(jié)果輸入至數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊采用intel9301ct通信板卡通過(guò)電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸數(shù)字信號(hào)和診斷結(jié)果至狀態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心供設(shè)備運(yùn)維人員監(jiān)視、分析、調(diào)用。通過(guò)分析變壓器的絕緣油中的溶解氣體，并分析確認(rèn)六種常見(jiàn)的設(shè)備故障類型：絕緣油過(guò)熱、絕緣油及絕緣紙過(guò)熱、絕緣油紙中局部放電、絕緣油中火花放電、絕緣油中高能放電、絕緣油和絕緣紙中高能放電，可判斷變壓器內(nèi)部狀態(tài)，跟蹤異常的嚴(yán)重程度和發(fā)展速度，并采取相應(yīng)的故障排查處理措施。通過(guò)分析變壓器的絕緣油中溶解的氣體可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行正常狀態(tài)下，由于在熱和電的作用下，變壓器絕緣油和固體絕緣材料將老化分解出少量的可燃性氣體，但產(chǎn)氣速率比較緩慢；當(dāng)出現(xiàn)潛伏性異常后，憑借絕緣油中特征氣體含量，可跟蹤判斷設(shè)備內(nèi)部異常的嚴(yán)重程度和發(fā)展速度，此時(shí)的氣體含量和產(chǎn)氣速率對(duì)于判斷故障有無(wú)、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)更為直觀。

本發(fā)明不局限于以上所述的具體實(shí)施方式，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。