CN102713605A - 用于推导电绝缘油中所溶解气体的浓度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于推导溶解于电绝缘油（2）中的气体浓度的方法，包括如下步骤：准备气体可透过的薄膜（5），该薄膜（5）置于油（2）的容器（7）和通过薄膜（5）接收一部分气体的测量腔（4）之间；测量该测量腔（4）中的气体浓度值；根据所测得的值推导油（2）中气体浓度的估值，测量步骤包括在连续的测量瞬间在测量腔（4）中进行气体浓度值的多次测量；推导步骤包括根据在从所述测量瞬间选择出的瞬间和在所选择的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间测得的值的非线性函数，计算在所选择的测量瞬间的油（2）中气体浓度的估值。

Description

用于推导电绝缘油中所溶解气体的浓度的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于推导电绝缘油中所溶解气体的浓度的方法和设备。

更一般地，本发明涉及用于评估电装置中的绝缘油的绝缘状况的诊断方法和装置。

本发明因此涉及诸如变压器或电缆之类的油绝缘的电装置的诊断评估的领域。

背景技术

特别是在中压或高压变压器的领域中，基于下述理由，油被经常用于绝缘变压器。

部分放电是经受中压或高压的电装置中的众所周知的现象。

部分放电是局限于电***的绝缘部分的放电，且因此不导致***的即时故障，而是更一般地导致***逐渐劣化。因此，本质上部分放电一般被限制为绝缘***中的缺陷。

鉴于此，使用诸如油之类的液体绝缘体具有允许在油中的对流移动的优势，且由于特定化学处理，这种类型的绝缘至少部分地自我恢复，即，能至少部分地补偿在变压器的操作过程中其所经受的劣化。

已知的是发生在油中的部分放电导致气体形成。

气体逸出中的另一个因素是油到达非常高的温度。

为此，基于油中的气体浓度的评估的诊断***有时被用来评估油绝缘的变压器的绝缘状况。

在本领域中，最先进的解决方案涉及使用气体可透过的薄膜，该薄膜被置于油容器和仅包含气体的测量腔之间。测量腔通过该薄膜接收油中存在的一部分气体。

这样，通过将测量腔与油分开，有可能将传感器放置在测量腔中来测得测量腔中的气体浓度值。该传感器是特别可靠的，因为它从不与油接触。

然而，此类型的配置使得有必要根据测量腔中测得的值来估算油中的气体浓度值。实际上，直接测得的并不是感兴趣的量，即油中的气体浓度，而是与之间接关联的量，即测量腔内部的气体的浓度。

此估值是使用实现公式的合适处理装置推导的，这些公式反映了油中的气体浓度和测量腔中的气体浓度之间的平衡状况。

然而，应该注意到的是这些公式没有考虑气体从油穿过薄膜到测量腔这一现象的动力学原理。

因此，前述技术方案具有特定缺点。

首先，存在对油中的气体浓度估算的值显著不同于实际值的风险。通常，风险在于值被低估，从而导致在解释估值时引起严重的诊断评估误差。

另外，还存在这样的风险：油中的气体浓度值的估算完全不允许标识特别强烈的部分放电现象或以不可接受的延迟进行标识。这使得这样的测量***对于诊断目的而言是有些不可靠的。

最后，上述现有技术***在检查和调节（设置）设备本身的步骤过程中并不是非常精确和可靠的，其中产生了油中的气体浓度变化的特别快的瞬变。

实际上，应该注意到，一些现有技术***构想校准过程来考虑气体从油穿过薄膜至测量腔这一现象的动力学原理。

这些校准过程涉及设置油中气体浓度的第一预定值并测量在测量腔中的气体浓度的相应值，然后设置油中气体浓度的第二预定值（大于第一值）并测量在测量腔中的气体浓度的相应值，依次类推。

这提供了测量腔中的气体浓度的多个实验值，每一个实验值对应于油中的气体浓度的已知值。

然后这些实验点***补来推导出比例系数，即，校准系数。

然而，这些校准过程仍然具有缺点，因为它们是高度费时的，且在任何情况下涉及程度较重的近似，结果使得油中气体浓度值的估算相对不准确。

还应该注意到的是，涉及测量通过薄膜与油分隔的测量腔中的气体浓度的***具有由于测量腔中可能的气体饱和引起的进一步的缺点。

实际上，如果在测量腔中所要测量的气体浓度达到饱和，则传感器所测得的值并不可靠。

为了避免饱和，有必要使测量腔中存在的气体的至少一部分放电。然而，这导致与气体通过薄膜的转移相关联的瞬变，因此进一步增加了估算油中气体浓度值的误差风险，如上所述。

发明内容

本发明目的在于提供用于推导溶解于变压器的电绝缘油中的气体的浓度的方法和设备，且该方法和设备克服了现有技术中的上述缺点。

更具体地，本发明的目的在于提供能以特别准确和可靠的方法推导溶解于变压器的电绝缘油中的气体浓度的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供用于在不需要先验校准的情况下推导溶解于变压器的电绝缘油中的气体浓度的方法和设备。

根据本发明的方法包括如下步骤：

-准备气体可透过的薄膜，该薄膜置于油的容器和测量腔之间，该测量腔通过薄膜接收一部分气体；

-测量该测量腔中的气体浓度值；

-根据所测得的值推导油中气体浓度的估值，

根据本发明的设备包括：

-气体可透过的薄膜，该薄膜置于油的容器和测量腔之间，该测量腔通过薄膜接收一部分气体；

-安装于测量腔中以测量该测量腔中的气体浓度值的传感器；

-处理装置，其连接至传感器以根据测量腔中测得的值来推导油中气体浓度的估值。

这些目的通过在所附权利要求中所表征的本发明的方法完全实现，并且更具体地，其中：

-测量包括在连续的测量瞬间进行对测量腔中的气体浓度值的多次测量；

-推导包括在所述测量瞬间中选择出的瞬间，根据在所选择的测量瞬间和在该所选择的一个瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数，计算油中气体浓度的估值。

根据本发明的设备的特征在于，该处理装置被设计为在连续的测量瞬间，进行测量腔中的气体浓度值的多次测量，并且，在所述测量瞬间中选择出的瞬间，根据在所选择的测量瞬间和在该所选择的一个瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数，计算油中气体浓度的估值。

应该注意到的是，优选地，在所述测量瞬间中选择出的瞬间的油中气体浓度的估值，是根据在所选择的测量瞬间和在该所选择的一个瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数计算的。

附图简述

参考相应附图，本发明的这些和其他特征从本发明的优选、非限制性实施例的下述描述中将变得更明显，在附图中：

-图1示意性地图示根据本发明的设备；

-图2示意性地图示根据本发明的方法。

本发明的优选实施例的详细描述

图1中的附图标记表示根据本发明的设备。

设备1是用于推导溶解于绝缘油2中的气体浓度的设备。

更具体地，设备1是用于推导溶解于电装置3（通常是变压器，不过也可能是电缆或其他油绝缘的电装置）的绝缘油2中的气体浓度的设备。

这种类型的推导初步分析了溶解于油2中的气体，被称为DGA（溶解气体分析）。

如已知的，这种类型的分析（DGA）被用于诊断目的，用于推导与电装置3的绝缘状况相关的信息。

实际上，溶解于油2中的气体由油中所发生的部分放电（或者发生在电装置3经受电场并与油2接触的部分中）或由油2的过热而产生。这两种状况构成错误的可能原因，或者在任何情况下是电装置3的操作性风险的标志。

电装置3包括被设计为容纳油2的容器，且在下文中被称为油容器7。

油2的容器7还包括仅含气体（例如，空气）的测量腔4。

测量腔4被设计为从油容器7接收因部分放电或油过热而逸出的气体。

设备1包括气体可透过的薄膜5，其置于测量腔4和油2的容器7之间。

薄膜5允许气体从油2的容器7穿过薄膜5到测量腔4，但阻止油2从油的容器7穿过薄膜5到测量腔4。

设备1包括安装在测量腔4中以测量测量腔4中的一种或多种气体的浓度的传感器6。

优选地，传感器6可测量一种或多种预定类型气体的浓度，但并不限于下述：

-一氧化碳，下文标记为CO；

-氢气，下文标记为H₂；

-二氧化碳，下文标记为CO₂；

-乙炔，下文标记为C₂H₂；

-乙烯，下文标记为C₂H₄；

-甲烷，下文标记为CH₄；

可选地，替代单个传感器，设备1可包括多个传感器，每一个被设计为测量预定类型气体的浓度。

设备1包括控制单元8（或处理器或任何其它处理装置），该控制单元8电连接到传感器6以从后者接收在测量腔室4中测得的预定类型的气体的浓度值所对应的信号。

控制单元8较佳地包括（但不限制本发明的范围）记忆模块（未示出）和处理模块（也未示出），该处理模块功能性地连接到该记忆模块。

控制单元8定义处理装置9，该处理装置9被配置成根据在测量腔室4中测得的相应的气体浓度值来推导在油2中的气体浓度的估计值。

较佳地，设备1也包括定时器，该定时器连接到控制单元8并且被设计成产生一信号，该信号可以被控制单元8的处理模块使用以产生（并记忆）由传感器6接连得到的测量结果所对应的测量瞬间。定时器被连接到控制单元8，从而也允许在预定的测量瞬间接连地得到多个测量结果（测量腔室4中的气体浓度的值的测量结果）。

控制单元8的记忆模块被设计成记忆由传感器6所采集的气体浓度值。

根据已知的技术，控制单元8将时间信息项与测量腔室4中的气体浓度的每一个采集值关联起来，例如，每一个采集值通过定时器获得并且涉及采集气体浓度值的采集瞬间。

例如，对于测量腔室4中所测得的每一个气体浓度值，控制单元8可以将与采集该值的瞬间有关的时间信息项直接记忆在上述记忆模块中；和/或可以根据预定的顺序对测量腔室4中的气体浓度的采集值进行分选并且使用预定的采样步长。

在下文中，将使用下列标号：

-t_j表示时间瞬间；

-X_i表示在时间瞬间t_i由传感器6测得的测量腔室4内的预定气体的浓度值；

-Y_j表示由控制单元8计算的油中的气体浓度的估计值；

-表示预定的时间间隔；

-

表示较佳地在预定的时间间隔

中测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔；

-K表示(在不小于

的测量时间间隔中)得到的测量结果。

下文将明确地引用测量腔室4内的一般气体类型的浓度的测量结果。

因此，所提出的方法可被用于测量该测量腔室4内的任何气体(或多种气体)的浓度并且相应地估计其在油2中的浓度。

电子控制单元8在预定的时间间隔T(T不小于)中从传感器6采集测量腔室4内的一种预定类型气体的浓度的多个值(X₁，X₂，...，X_k)。

较佳地，预定的时间间隔约为24小时。

较佳地，在测量腔室4内测得的浓度值(X₁，X₂，...，X_k)是在预定的时间间隔处采集的。

更具体地讲，较佳地，但不限制本发明的范围，在测量腔室4内测得的气体浓度值(X₁，X₂，...，X_k)是按恒定的时间间隔而分隔开的，即，这些浓度值(X₁，X₂，...，X_k)较佳地是由控制单元8以恒定的采样步长来采集的。

这有利地简化了由控制单元8对测得的浓度值进行的后续处理。

在测量腔室4内测得的浓度值(X₁，X₂，...，X_k)较佳地是按15-25分钟的时间间隔而分隔开的，大约20分钟则更佳。

然而，根据本发明，在测量腔室4内测得的浓度值(X₁，X₂，...，X_k)也可以是按非恒定的时间间隔而分隔开的，即，这些浓度值(X₁,X₂，...,X_k)可能是由控制单元8以非恒定的采样步长来采集的。

在测量腔室4中每一次采集浓度值X_i时，控制单元8检查是否

即，从第一个样本X₁被采集的那一刻起是否已过去了预定的时间间隔

正如图2的示意图中的框A所示的那样。

因此，应该观察到，等于t_k-t₁的采集时间间隔T不小于预定的时间间隔

较佳地，但不限定本发明的范围，将在周期

之后采集的第一值X_k与所采集的第一值X₁进行比较。

或者，可以将在预定的时间间隔

之后采集的第一值X_k与一个或多个之前采集的值X₁÷X_k-1进行比较。

这种比较是阈值类型的比较，即，将差值(X_k-X₁)与测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔

进行比较。

如果差值(X_k-X₁)大于测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔则通过值X_k以及先前在测量腔室4中测得的气体浓度值(X₁,X₂，...,X_k-1)的非线性函数（即，通过Y_k=f(X₁,X₂，......X_k)类型的非线性函数）来推导与值X_k相对应的油中的气体浓度的估值Y_k。

应该注意到，这种检查也可以针对第一个(X₁)之后采集的任何其它值X_i进行，正如上文所描述的那样。

实际上，超过测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔表明了电装置3的油2中的气体浓度正在发生或多或少的突然变化，因此，就表明了透过膜5的气体转移的瞬变现象正在进行中。

在这些条件下，因为气体从油2透过膜5到达测量腔室4这一现象的动力学原理，油2中的气体浓度与测量腔室4内的气体浓度之间很有可能尚未达到平衡。

（在发现差值(X_i-X₁)大于预定值之后）这种非线性函数也被用于针对上述第一值之后测量的所有浓度值(X₁,X₂，....)来估计油中的气体浓度。

较佳地，该非线性函数（将腔室4中所测得的预定气体浓度链接到容器7中的油2中的同一气体的相应浓度）是下文作为示例示出的函数，该函数关于对应于所选测量瞬间t_k在测量腔室4中所采集的气体浓度值X_k。

$\mathrm{Yk}=\frac{(X_k-X_1{e}^{-R_d{t}_k})}{R_d\mathrm{\λ}(T_g,P)\mathrm{erfc}\left(\frac{d}{\sqrt{{4D}_i{t}_k}}\right)}-\frac{e^{-R_d{t}_k{\∫}_1^{t_{k-1}}{\mathrm{dt}}^{\′}}X\left(t^{\′}\right)\mathrm{erfc}\left(\frac{d}{\sqrt{{4D}_i{t}^{\′}}}\right)e^{R_d{t}^{\′}}}{\mathrm{erfc}\left(\frac{d}{\sqrt{{4D}_i{t}_i}}\right)}$

其中：

-λ(T_g，P)是奥斯特瓦尔德溶解度系数，该系数是温度与压力的函数，

-

是补余误差函数，并且

-Rd和Di是基于构成该膜的聚合物而计算出的试验常数。

油中的气体浓度的估值Y_k是由控制单元8计算的，更具体地讲，是由处理模块计算的。

有利的是，前述非线性函数考虑了：

-气体透过膜5扩散的过程的动力学原理，这种扩散过程是相对缓慢的；

-气体透过膜5的吸收与释放的过程。

因此，上述非线性函数考虑到了在预定的时间间隔

中气体透过膜5进行渗透的瞬变现象。

由此，设备1有利地可能以很高的精度来推导油2中的气体浓度的值；更具体地讲，设备1可能获得油2中的气体浓度的良好估计，甚至对于相对缓慢的气-油***瞬变现象也如此。

此外，有利的是，设备1并不需要复杂的校准来将测量腔室4内的气体浓度的值X_k(即，任何测得的值X_i)与油中的气体浓度值关联起来，而现有技术的设备都需要复杂的校准。

这减少了设备1的设置时间，并且也降低了低估油中的气体浓度值的风险，特别是当气-油***远未达到其热动力平衡时。

此外，如果在测量腔室4内气体达到了饱和状况，则它们可以至少部分地放电而不降低由设备1执行的气体浓度测量的可靠性。

实际上，即使气体的放电触发了气体透过膜5进行转移的瞬变现象，设备1也能够通过非线性函数来正确地估计油中的气体浓度值。

用于推导溶解在油中的气体的浓度的方法较佳地构想到：当控制单元8检测到(X_k-X₁)小于测量腔室4中的气体浓度的预定变化值或间隔

(即，当X_i-X₁小于

时，针对2与k之间的每一个i)时，通过浓度值X_i的简化线性方程，即，通过Y_i=f(X_i)类型的线性方程，来推导与值X_i相对应的油中的气体浓度的估值。

实际上，不超过测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔

就表明了电装置3中的油2中的气体浓度的小变化的情形，这转而表明了气-油***的大致平衡的状况。

由此，当该浓度的预定变化值或间隔

未被超过时，设备1使用该线性函数有利地减小了控制单元8的计算负荷并且简化了油中气体浓度的估值的计算。

下面示出了较佳地被用于根据测量腔室4中的气体浓度的测量值X_i来计算油中的气体浓度的估值Y_i的线性函数。

Y_i＝λ(T_g，P)*X_i

其中：

-λ(T_g，P)是奥斯特瓦尔德溶解度系数。

参照框C，用于推导溶解在油中的气体的浓度的方法较佳地用FIFO逻辑（即，首先进入的数据项是该框的首先输出的数据项）来实现，正如图2所示。

实际上，由控制单元使用线性或非线性函数计算出的油中的气体浓度的第一估值Y₁较佳地对应于在测量腔室4中采集的气体浓度的第一值X₁，并且对于其余的值也如此。

由此，上文的描述定义了一种用于推导在电设备的电绝缘油2中所溶解的气体的浓度的方法，包括下列步骤：

-准备气体可透过的膜5，该膜5***放在油2的容器7与测量腔室4之间，测量腔室4接收穿透该膜5的气体的一部分；

-测量在测量腔室4中的气体浓度的值；

-根据测得的值来推导在油2中的气体的浓度的估值；

其特征在于，

-测量包括在连续的测量瞬间对测量腔室4中的气体浓度值进行多次测量；

-推导包括在从所述测量瞬间中选出的瞬间根据在所选的测量瞬间以及在所选的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数来计算在油2中的气体浓度的估值。

较佳地，以预定的测量时间间隔在连续的测量瞬间进行多次测量，在所述预定的测量时间间隔中可以从第一次测量到最后一次测量按顺序地安排这些测量。

该方法较佳地包括：在第一次测量后的至少一次测量之后，将测得的值与先前多次测量的值中的至少一个值进行比较。

推导与上述测量相对应的油2中的气体浓度的估计值的步骤是以一种模式来执行的，该模式是根据所述比较步骤从下列备选中选出的：

-根据在所选的测量瞬间以及所选的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数而进行的计算，或

-根据在所选的测量瞬间所测得的值的线性函数而进行的简化计算。

根据本发明，诊断装置11还包括：测量模块10，用于测量与部分放电（下文中也称为PD，即术语“部分放电”的缩写）有关的电脉冲，部分放电发生在装置3中（更具体地讲，发生在变压器3中）；以及处理单元12。

应该注意到，控制单元8和处理单元12可以被集成在单个处理单元中；在任何情况下，控制单元8和处理单元12定义了处理装置9。

更具体地，但并非必然地，用于测量电脉冲的测量模块10是电学类型的（或者，它可能是光学或声学类型的）；测量模块10被配置成测量变压器3的电流脉冲，这些电流脉冲穿过与电***相耦合的测量电路。

处理单元12被连接到设备1以及测量模块10以便测量上述部分放电。处理单元12（集成在控制单元8中或与之相连接）被设计成推导：至少一个浓度参数，该浓度参数与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联；以及至少一个放电参数，该放电参数与同一采集时间间隔同时测得的部分放电相关联。

特别是，关于“同时”二字，应该注意下列内容。

“同时”这一表述被用于意指与放电参数相关联的放电可能是在测量气体浓度的同一采集时间间隔中测量的、或者是紧挨着该时间间隔之前或之后测量的，即，这些放电并非必然是在采集气体浓度的同一时间间隔中采集的，而是也可以是在该时间间隔之前或之后采集的，只要上述气体与PD测量时间总是足够接近以确保与气体浓度和PD信号有关的测得数据都与相同的源有关就行。

实际上，应该观察到，一般来讲，装置3的绝缘中的缺陷立刻就成了气体的源以及部分放电的源（通常，发生在油或纸绝缘中的放电自身产生气体）。

处理单元12包括可连接到数据库的标识模块（未示出），该数据库包含预定指示符的参考值，这些预定指示符与至少包含浓度和放电参数的数据集有关。

该数据库中所包含的预定指示符的这些参考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定类型源的特征值。

该标识模块被编程为比较由处理单元12推导出的浓度与放电参数的值所构成的数据集以及上述数据库中的数据，以便将该数据集分配给产生部分放电和/或溶解在油中的气体的那些预定源类别中的一个或多个。

较佳地，装置11也包括例如显示单元的显示装置（未示出），其被连接到处理单元12并且被设计成显示与标识出的部分放电和/或溶解在油中的气体的源有关的诊断指示。

下文描述诊断装置11的操作。

设备1（以上文所描述的方式）测量在电装置3的绝缘油中所溶解的至少一种气体的浓度。

更具体地讲，设备1在预定的时间间隔中测量油中的一氧化碳和氢气的浓度，并且将这些浓度发送给处理单元12。

处理单元12根据溶解在油中的至少一种气体的测得浓度来推导至少一个浓度参数。

较佳地，处理单元12推导下列两个浓度参数：

-油中的一氧化碳浓度的值；

-油中的氢气浓度的值。

测量模块10测量与部分放电有关的电脉冲，所述部分放电发生在油中并且产生了脉冲。

更具体地讲，假定变压器经受交流电压；考虑到这一点，有可能将相位参数的值归结于所测量的每一个电脉冲（部分放电），所述相位参数的值是在测量该脉冲的瞬时施加到变压器（或施加到电装置3）的电压的相位（或值）所给出的。

较佳地，对于每一个所测量的脉冲，处理单元12提取与该脉冲的波形相关联的参数的值。

更具体地讲，对于每一个所测量的脉冲，处理单元12推导下列：

-与所测量的脉冲的振幅相关联的振幅参数的值；

-相位参数的值，该相位参数表示在测量所述脉冲的瞬时施加到电设备的交流电压的值；

-与该脉冲的频率内容相关联的第一形状参数W的值；

-与该脉冲的持续时间相关联的第二形状参数T的值。

应该注意到，为了推导出上述形状参数T和W，处理单元12较佳地被编程为如下进行操作：

-第一形状参数W作为在频域中处理的部分放电脉冲的标准差而被推导出来；

-第二形状参数T作为在时域中处理的部分放电脉冲的标准差而被推导出来。

因此，处理单元创建一数据集，对于每一个所测量的脉冲该数据集包括：上述形状参数T和W的值；与所测量的脉冲的振幅相关联的振幅参数的值；以及相位参数的值，表示在测量这些脉冲的瞬时施加到该电设备的交流电压的值。

较佳地，处理单元12处理该数据集以便将与该数据集有关的部分放电的活动归结于与部分放电的源的本性相关联的一个或多个类别，这些类别较佳地是从下列类别中选出的：

-内部，

-表面，

-电晕。

特别规定，“与部分放电的源的本性相关联”这一表述意指上述类别代表了在发生PD的（产生部分放电的缺陷的）空间区域内的电场的分布。实际上，应该观察到，部分放电活动（即，在参考时间间隔中按顺序发生的部分放电的大小、相位和时间顺序）与发生放电的区域中的电场的分布密切相关。

“内部”这一类别涉及到在介电表面或介电固体与金属电极所限定的空气间隙中发生的部分放电的活动，并且这种部分放电在垂直于上述表面（固定的间隙）的方向上具有显著大的电场分量。

“表面”这一类别涉及到包括固体和/或液体绝缘材料的表面的部分放电的活动，并且这种部分放电在与放电表面相切的方向上具有显著大的电场分量。

“电晕”这一类别涉及到从尖端元件开始在空气中发生的部分放电的活动。

较佳地，处理单元12比较包括测得脉冲的振幅和相位参数的数据集中的数据与参考数据，该参考数据被包含在数据库中且涉及到产生部分放电的上述类别（即，内部、表面和电晕）源的振幅与相位参数所采用的参考值。

应该观察到，通过处理与所测量的放电的相位与振幅有关的数据，将所测量的放电活动归结于（即，将测得的数据集归结于）上述内部/表面/电晕等类别。较佳地，这种处理包括评估与该数据集相关联的相位-振幅图案。更具体地讲，这种评估较佳地是使用模糊推理引擎来执行的。

被分配到上述类别的部分放电源的所测量脉冲的相位与振幅参数所构成的数据集构成了一种放电参数。

较佳地，处理单元12推导出下列放电参数：

-在装置3中（即，在变压器中）有或没有部分放电的指示；

-在装置3中（即，在变压器中）存在间歇的部分放电的指示；

-将所测量的部分放电（即，与所测量的多个PD有关的数据集）归结于内部、表面和电晕等类别。

因此，处理单元12定义了标识模块，该标识模块标识了产生部分放电和/或溶解在油中的气体的设备绝缘缺陷类型。

处理单元12的标识模块比较由浓度和放电参数的值所构成的数据集以及预定的指示符（这些指示符涉及到数据库中所包含的浓度与放电参数）的参考值，以便将该数据集归结于部分放电和/或气体的那些预定源类别中的一个或多个。

较佳地，那允许从部分放电和/或气体的一个或多个预定类别中标识出产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。

更具体地讲，下面将参照装置3由变压器构成的情形。

诊断装置11被配置成从下列源类别中标识出产生部分放电和/或溶解在变压器中的油中的气体的源（或一个或多个源）：

-变压器的过热；

-变压器的芯中的电弧；

-变压器的纸绝缘中的缺陷；

-由变压器的高压电极在油中产生的放电；

-在变压器内的浸渍不足的区域中的放电；

-油泡；

-沿变压器绝缘的外表面产生的放电。

如果油中的一氧化碳浓度的值大于数据库中存在的相应参考值并且在变压器中没有部分放电，则处理单元12将推导出的浓度与放电参数数据集归结于“变压器的过热”这一类别。

一氧化碳浓度的预定数据库参考值考虑到了在变压器的最佳工作条件下（即，当变压器没有过热时）油中的一氧化碳浓度。

较佳地，一氧化碳浓度的预定数据库参考值是1500ppm。

更佳地，一氧化碳浓度的预定数据库参考值是400ppm。

如果油中氢气浓度的值大于相应的第一参考值（对应于氢气的“高”浓度）并且没有部分放电，则处理单元12将推导出的浓度与放电参数数据集归结于“变压器的芯中的电弧”这一类别。

较佳地，氢气浓度的相应的第一参考值（对应于氢气的“高”浓度）是10000ppm。

较佳地，上述相应的第一参考值涉及到油中氢气的“高”浓度。

如果油中的氢气浓度值大于相应的第一参考值（对应于氢气的“高”浓度）并且存在被归结于电晕类别的部分放电活动，则处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“由变压器的高压电极在油中产生的放电”这一类别。

较佳地，氢气浓度的相应第一参考值（对应于“高”浓度）是10000ppm。

处理单元12也可以使用T和W形状参数作为进一步的放电参数，以将该数据集归结于“由高压电极在油中产生的放电”这一类别，以便以更高的可靠度推导出诊断指示。

实际上，当部分放电和/或气体的源是由高压电极在油中所产生的放电时，上述推导出的T和W形状参数具有分别大于预定参考值（T“高”）的值以及小于另一个预定参考值（W“低”）的值。

较佳地，T的预定参考值是5mS，而W的预定参考值是1Mhz。

T和W的上述参考值（5mS和1Mhz）在涉及电脉冲的信号是在典型的电容性耦合器的通带中被携载时适用。

如果油中氢气浓度的值大于相应参考值（涉及到油中氢气的“低”浓度）并且存在间歇的部分放电，则处理单元12将推导出的浓度与放电参数数据集归结于“变压器的纸绝缘中的缺陷”这一类别。

较佳地，与H₂的“低”浓度相对应的H₂浓度的参考值是200ppm。

如果油中的H₂浓度的值大于涉及H₂的“高”浓度的相应参考值且存在归结于内部和/或表面放电类别的部分放电活动，则处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“在变压器内的浸渍不足的区域中的放电”这一类别。

处理单元12也可以使用T和W形状参数作为进一步的放电参数，以将该数据集归结于“在变压器内的浸渍不足的区域中的放电”这一类别，以便以更高的可靠度推导出诊断指示。

实际上，当部分放电和/或气体的源是由变压器内的浸渍不足的区域中的放电时，上述推导出的T和W形状参数具有分别大于预定参考值的值以及小于另一个预定参考值的值。

较佳地，T的预定参考值是5mS，而W的预定参考值是1Mhz。

T和W的上述参考值（5mS和1Mhz）在涉及电脉冲的信号是在典型的电容性耦合器的通带中被携载时适用。

如果油中的H₂浓度的值小于涉及油中的H₂的“低”浓度的相应参考值，且存在归结于内部和/或表面放电类别的部分放电活动，则处理单元12将所导出的浓度和放电参数数据集归结于变压器中的“油泡”这一类别。

较佳地，与H₂的“低”浓度相对应的H₂浓度的参考值是200ppm。

此外，当处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“油泡”这一类别时，包括放电参数的数据集属于与部分放电源的本质相关联的类别（内部、表面、电晕）的归属程度对于“内部”类别是最高的。

如果油中的H₂浓度的值小于涉及油中H₂的“高”浓度的第一对应参考值且大于涉及油中H₂的“低”浓度的第二对应参考值，并且存在归结于内部和/或表面类别的部分放电活动，则处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“沿变压器绝缘的外表面产生的放电”这一类别。

较佳地，对应于H₂的“高”浓度的H₂浓度的第一参考值为10000ppm，且对应于H₂“低”浓度的H₂浓度的第二参考值为200ppm。

此外，当处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“沿变压器绝缘的外表面产生的放电”这一类别时，包括放电参数的数据集属于与部分放电源的本质相关联的类别（内部、表面、电晕）的归属程度对于“表面”这一类别是最高的。

下面的表格1示出了使用本发明的诊断方法和诊断装置来根据浓度参数的值以及放电参数的值对部分放电和/或气体的源进行归结。

表格1

处理单元12可进一步包括过滤模块，即，过滤器，其可配置成仅选择涉及在采集时间间隔中测得的部分放电的电脉冲的一部分，从而仅在部分放电的所选择的部分上推导出放电参数。

例如，过滤器允许处理单元12推导出与部分放电（排除由于预定类型的噪声而产生的放电）相关联的一个或多个放电参数，从而有利地推导出可靠且不受噪声影响的放电参数。

诊断装置11有利地使得有可能获得关于电设备（特定是变压器）的绝缘状态的高度可靠的诊断指示。

实际上，诊断装置11通过组合DGA和PDA来推导出关于电设备的绝缘状况的诊断指示。

因此，关于DGA和PDA，所提出的装置11在所测得数据的不确定性方面是特别稳定的。

实际上，根据本发明，为了执行可靠的诊断（具有良好的识别能力来区分缺陷的类型），测量具有最高浓度的气体（CO和H₂）（且因此特别简单和可靠地进行测量）且从中推导出关于PD源的本质的指示是足够的。

与基于DGA的现有技术的诊断装置相比，这种诊断装置通过测量少量气体在油中的浓度就可以提供更多的诊断指示，在诊断装置的成本和操作可靠性方面具有明显的优势。

此外，与现有技术的DGA解决方案不一样，估计在油中的一种或多种气体的浓度时的任何误差并不会显著地降低由装置11推导出的诊断指示的可靠性；实际上，该诊断信息是使用由DGA获得的至少一个浓度参数以及由PDA获得的至少一个放电参数来推导出的。

因此，有利地，在诊断装置11中用来测量油中的气体浓度的传感器可能与现有技术的基于DGA的装置的传感器相比不那么精确和准确，但是在成本方面有明显的优势。

本发明的另一个优势在于，其提供了诊断装置11，该诊断装置11可以用高度识别力来在变压器中标识产生部分放电和/或溶解在油中的气体的多个源以区别这些源而不会使得该装置复杂化。

另外，本发明的诊断装置使用模糊推理引擎，该模糊推理引擎对浓度和放电参数进行操作以推导出上述诊断指示。

使用应用于浓度和（多个）放电参数的预定规则，该模糊推理引擎使得有可能将包括浓度和放电参数的值的数据集归结于产生部分放电和/或溶解在油中的气体的一种或多种源类别。

这有利地允许获得甚至更准确的诊断指示，包括关于所提供指示的确定性（或不确定性）（一般用术语“可能性”来指代）的指示。

在诊断装置的其他实施例中，有关变压器的绝缘状况的其他诊断指示是基于来自上述的一个或多个浓度参数和一个或多个放电参数的组合所构成的数据集推导出的。

在任何情况下，包括至少一个浓度参数和一个放电参数的数据集必须包括浓度和放电参数的组合，从这组合中上述放电和/或气体的源中的至少一个必须是可标识的。

另外，与上述相比，装置11可进一步推导浓度和放电参数来改进从中推导出的诊断指示的可靠性。

上面的描述还定义了用于评估用油2使其绝缘的电装置3的绝缘状况的诊断方法，包括如下步骤：

-测量在电装置3中的绝缘油2中所溶解的至少一种气体的浓度；

-推导出与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数；

-测量与部分放电有关的电脉冲，该部分放电发生在电装置3中并且产生所述脉冲；

-推导出与该部分放电相关的至少一个放电参数，该部分放电与上述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；

-根据推导出的浓度参数的值以及放电参数的值的组合，来推导关于电装置3的绝缘状况的诊断指示。

较佳地，在本方法中，推导诊断指示的步骤包括如下步骤：

-准备包含预定指示符的参考值的数据库，这些预定指示符与至少包括所述浓度和放电参数的数据集有关，所述参考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征；

-将推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集与数据库中的数据进行比较，从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个，藉此标识产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。

在诊断方法的另一个实施例中，将推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集与数据库中的数据进行比较从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个的步骤被执行，从而提供与电装置3的绝缘状况有关的信号。

该信号可包括与绝缘状态有关的信息（例如，如果绝缘状况良好，则信号灯是绿的，而如果绝缘不是很好且电设备需要人注意，则信号灯是红的），或该信号可包括与将要在变压器上进行的操作相关的信息。

此外，在诊断方法的又一个实施例中，推导诊断指示的步骤包括：使用模糊推理引擎对至少一个浓度参数和至少一个放电参数进行操作以便推导出所述诊断指示。

可理解的是，此处描述的本发明可受到工业应用的影响且在藉此不背离本发明概念的范围的情况下可以数种方式修改和改变。此外，本发明的所有细节可以被技术上等价的元件替代。

Claims (12)

1.一种用于推导溶解于电装置的电绝缘油（2）中的气体浓度的方法，包括如下步骤：

-准备气体可透过的薄膜（5），所述薄膜（5）置于所述油（2）的容器（7）和通过所述薄膜（5）接收一部分气体的测量腔（4）之间；

-测量所述测量腔（4）中的气体浓度值；

-根据所测得的值推导油（2）中气体浓度的估值，

其特征在于：

-测量包括在连续的测量瞬间在所述测量腔（4）中进行气体浓度值的多次测量；

-推导包括根据在从所述测量瞬间选择出的瞬间和在所选择的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间测得的值的非线性函数，计算在所选择的测量瞬间的油（2）中气体浓度的估值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在连续测量瞬间的多次测量在预定测量时间间隔中进行，且在所述测量时间间隔中，所述测量可从第一次测量到最后一次测量依次排序。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连续测量瞬间以预定时间间隔分隔开。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在第一次测量后的至少一次测量之后，将测得的值与先前多次测量的值中的至少一个值进行比较的步骤，以一种模式来执行的推导与所述测量相对应的油2中的气体浓度的估值的步骤，所述模式是根据所述比较步骤从下列备选中选出的：

-根据在所选的测量瞬间以及所选的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数而进行的计算，或

-根据在所选的测量瞬间所测得的值的线性函数而进行的简化计算。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括，根据所述比较，根据在所述对应的测量瞬间以及在之前的测量瞬间测得的值的非线性函数计算第一次测量之后的所有测量的估值。

6.如前述权利要求中任一个所述的方法，其特征在于，所述计算考虑了在预定时间间隔中通过所述薄膜的气体渗透的瞬变。

7.一种用于评估电绝缘油（2）的绝缘状况的诊断方法，包括如下步骤：

-使用上述权利要求中的任一项所述的方法，测量溶解于油（2）中的气体浓度；

-测量有关发生在油（2）中的部分放电的电脉冲，且所述部分放电产生所述脉冲；

-推导与在所述预定采集时间间隔中测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数；

-推导基本与所述预定采集时间间隔同时地测量的部分放电相关联的至少一个放电参数；

-根据组合的浓度和放电参数的推导值，推导与电装置（3）的绝缘状况有关的诊断指示。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述推导诊断指示的步骤包括如下步骤：

-准备包含与包括至少所述浓度和放电参数的数据集相关的预定指示符的参考值的数据库，所述参考值具有产生部分放电和/或溶解于油中的气体的预定源类别的特征；

-将包括浓度和放电参数的推导值的数据集和数据库中的数据相比较，以将所述数据集归结于所述源类别中的一个或多个，藉此标识产生所述部分放电和/或溶解于油中的气体的源的类型。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电装置是变压器且产生所述部分放电和/或溶解于油中的气体的预定源类别包括来自下述列表中的一个或多个类别：

-所述变压器的过热；

-所述变压器的芯中的电弧；

-所述变压器的纸绝缘中的缺陷；

-由所述变压器的高压电极在油中产生的放电；

-在所述变压器内的浸渍不足区域中的放电；

-油泡；

-沿所述变压器绝缘的外表面产生的放电。

10.一种用于推导溶解于电绝缘油（2）中的气体浓度的设备，包括：

-气体可透过的薄膜（5），所述薄膜（5）置于所述油的容器（7）和通过所述薄膜（5）接收一部分气体的测量腔（4）之间；

-安装在所述测量腔（4）中以测量所述测量腔（4）中的气体浓度值的传感器（6）；

-连接至所述传感器（6）以根据在所述测量腔（4）中测得的值推导所述油（2）中的气体浓度的估值的处理装置（9），

其特征在于，所述处理装置（9）被设计为

在连续的测量瞬间，在所述测量腔中进行气体浓度值的多次测量，且

根据在从所述测量瞬间选择出的瞬间和在所选择的一个测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间测得的值的非线性函数，计算在所选择的测量瞬间的油（2）中气体浓度的估值。

11.如权利要求10所述的设备，包括定时器，所述处理装置（9）被连接至所述定时器，用于以预定测量时间间隔在连续测量瞬间进行多次测量，在所述预定测量间隔中所述测量从第一测量到最后依次测量地依次排序。

12.一种用于评估电绝缘油的绝缘状况的诊断装置（11），包括

-根据权利要求10或11的用于测量溶解于所述油（2）中的气体浓度的设备（1）；

-用于测量有关发生在油（2）中的部分放电的电脉冲的模块（10），且所述部分放电产生所述脉冲；

-连接至所述设备（1）和用于测量所述部分放电的所述模块（10）的处理单元（12），所述处理单元（12）被设计为推导与在预定采集时间间隔中测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数、以及与在同一个采集时间间隔中测得的部分放电相关联的至少一个放电参数，并根据组合的浓度和放电参数的推导值来推导与所述电装置的所述绝缘状况相关的诊断指示。

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