CN115469247A - 一种气体采集***及自动控制分析方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种气体采集***及自动控制分析方法，包括：继电器内设有第一传感器，集气盒盒体的上部一侧通过介质接入管与继电器连通，介质接入管上设有介质接入阀门，集气盒盒体的上部另一侧设有排气管，排气管上设有排气阀门，集气盒盒体下部设有排油管，排油管上设有排油阀门；集气盒盒体还包括液***置检测传感器，液***置检测传感器被配置为根据集气盒盒体内部的油液位向控制中心发送检测气体信号；控制中心被配置为接收到采集气体信号时控制所述介质接入阀门和所述排油阀门开启，接收到所述检测气体信号时控制所述介质接入阀门关闭，并控制所述排气阀门开启，采集完成后，自动开展所采集气体的分析及故障判断。

Description

一种气体采集***及自动控制分析方法

技术领域

本申请实施例涉及变压器非电量保护及自动化控制技术领域，特别涉及一种气体采集***及自动控制分析方法。

背景技术

目前随着国内特高压变压器投运和在运数量越来越多，不同设备厂家、不同使用年限、不同运行环境下的变压器会有不同的状态差异，对变压器的安全运行，检修维护工作的要求也越来越高。瓦斯继电器(又称气体继电器)是变压器所用的一种保护装置，装在变压器的储油柜和油箱之间的管道内，利用变压器内部故障而使油分解产生气体或造成油流涌动时，使气体继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号告警(轻瓦斯)或启动保护元件自动切除变压器(重瓦斯)。

瓦斯继电器是变压器安全运行的重要保护组件，在变压器内部发生故障，如绕组断线、铁芯接地、套管引线故障、匝间和层间短路及绝缘劣化、导线焊接不良或分接开关接触不良、油面下降或漏油等，变压器内部会产生故障气体或造成油流涌动，从而触发继电器动作告警或跳闸，保护变压器设备安全。瓦斯继电器通常安装在变压器顶部和油枕之间的连通管上，为避免气体在管路内流动过程中发生窝气，瓦斯继电器的安装位置应设置有2％～4％的安装坡度。

当变压器内部发生严重故障(如匝间和层间短路故障)时，故障点处会产生高温电弧，变压器油迅速分解并产生大量的气体，这些气体具有一定的压力并向油枕处运动。而变压器油是具有黏滞性的，气体运动过程中会形成油流并冲击挡板。挡板翻转带动磁铁触发磁簧管接通保护跳闸回路，跳开变压器各侧开关并发出重瓦斯动作信号。而且油中气体监测装置的采集原理需带有故障气体的变压器油流经监测装置的位置，而特高压变压器通常体积都较大，内部故障位置不一定就在监测装置附近，因此不能保障任何位置的故障所产生的气体都能够被快速有效监测到，特别是发展较迅速的故障，气体会以气泡形式快速发展，而常规油中气体监测装置采集的是油中溶解气体，反应速度受限。

发明内容

本申请提供了一种气体采集***及自动控制分析方法，以解决现有技术中，油中气体监测装置的采集需带有故障气体的变压器油流经监测装置的位置，而特高压变压器通常体积都较大，内部故障位置不一定就在监测装置附近，因此不能保障任何位置的故障所产生的气体都能够被快速有效监测到，特别是发展较迅速的故障，气体会以气泡形式快速发展，而常规油中气体监测装置采集的是油中溶解气体，反应速度受限。

第一方面，本申请提供了一种气体采集***，包括：继电器，集气盒盒体，控制中心；

所述继电器内设有第一传感器，所述第一传感器被配置为当检测到氢气或乙炔时向控制中心反馈采集气体信号；

所述集气盒盒体的上部一侧通过介质接入管与所述继电器连通，所述介质接入管上设有介质接入阀门，所述集气盒盒体的上部另一侧设有排气管，所述排气管上设有排气阀门，所述集气盒盒体下部设有排油管，所述排油管上设有排油阀门；

所述集气盒盒体内设有第二传感器，所述第二传感器被配置为对所述集气盒盒体内部的气体进行检测，并向所述控制中心反馈气体检测结果，所述集气盒盒体还包括液***置检测传感器，所述液***置检测传感器被配置为根据所述集气盒盒体内部的油液位向所述控制中心发送检测气体信号；

所述控制中心被配置为接收到采集气体信号时控制所述介质接入阀门和所述排油阀门开启，接收到所述检测气体信号时控制所述介质接入阀门关闭，并控制所述排气阀门开启。

进一步的，所述集气盒盒体上还设置有观察窗，所述观察窗嵌入所述集气盒盒体的侧面。

进一步的，所述排气管的上方连通设有储气室，所述储气室与所述排气阀门通过管道连接，所述储气室的上部设有排气口，所述储气室内设有与所述控制中心通信连接的第三传感器。

进一步的，所述第三传感器为乙炔气体传感器，氢气传感器，泄露监测传感器中的一种。

进一步的，所述介质接入阀门、所述排气阀门和所述排油阀门均为电磁阀门。

进一步的，所述液***置检测传感器与所述介质接入管设置在所述集气盒盒体的同一侧。

第二方面，本申请提供了一种自动控制方法，所述方法还包括：

获取第一传感器反馈的采集气体信号，判断所述采集气体信号中是否有气体产生或者有轻瓦斯、重瓦斯动作信号；

若是，生成用于控制介质接入阀门和排油阀门开启的控制指令并发送至介质接入阀门和排油阀门；

获取第二传感器反馈的检测气体信号；所述检测气体信号包括气体类型及含量；

将获取的气体类型及含量进行信号转换处理，生成气体成分和含量的变化情况；将所述气体成分和含量的变化情况于显示设备中显示。

进一步的，将获取的气体类型及含量进行信号转换处理的步骤包括：

将所述气体类型及含量进行信号放大处理，生成第一气体类型及含量；

将所述第一气体类型及含量进行信号传输与编码处理，生成第二气体类型及含量；

将所述第二气体类型及含量进行信号解码处理，生成所述气体成分和含量的变化情况。

进一步的，判断所述采集气体信号中是否有气体产生或者有轻瓦斯、重瓦斯动作信号的步骤包括：

若否，生成报错提示；

将所述报错提示于显示设备中显示。

进一步的，所述检测气体信号包括气体类型及含量的步骤包括：

根据所述气体类型及含量判断设备状态；

所述设备状态包括：油纸电弧放电、油纸过热、油纸中局部放电或油中火花放电。

本申请增设了多个传感器，以实现自动放油、取气、实时监测气体中的乙炔浓度的智能监测装置，并能实现采集数据的有线或无线远传，最终实现自动设备装填初步判断，并将检测结果实时显示，实时掌握其运行状况，降低了人为操作的误操作可能及安全风险，进一步完善了目前变压器油中气体在线监测装置的配置方案，提升了变压器的智能化程度和监测安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的获得其他的附图。

图1为本申请一种气体采集***的结构示意图；

图2为本申请一种气体采集***的观察窗结构示意图；

图3为本申请一种气体采集***的另一种实施例下的示意图；

图4为本申请一种自动控制方法的流程图。

附图标记：

1-继电器，11-第一传感器，2-集气盒盒体，21-介质接入管，22-介质接入阀门，23-排气管，24-排气阀门，25-排油管，26-排油阀门，27-观察窗，28-储气室，281-排气口，282-第三传感器，29-液***置检测传感器，3-控制中心。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

变压器内部故障的有效监测手段通常有绕组温度监测、油中气体含量监测分析、铁心接地电流监测、局部放电监测等，其中应用最普遍的就是油中气体含量监测，这种技术又分为单组份氢气浓度监测，全组份(CO、CO2、H2、O2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6)油中气体色谱监测以及全组份油中气体光谱监测。当变压器内部发生故障时，油中产生的气体可被监测出来作为内部故障的诊断依据，IEC已有成熟的诊断标准，如大卫三角、三比值、立方体法等。但这三种油中气体的监测方法在实际应用中还存在一些问题。

油中气体监测装置的采集分为油气分离模组和监测模组，其结构复杂，化学及物理部件较多，需要定期调校，导致成本较高和维护工作量较大。且由于监测前需进行脱气步骤，最快要40分钟完成脱气，因此这类监测装置的气体浓度采集时间通常都超过1小时(其中脱气时间40～50分钟，检测时间10～15分钟)，为保障机械部件寿命，一般采集间隔最短设定在4小时。

油中气体监测装置的采集需带有故障气体的变压器油流经监测装置的位置，而特高压变压器通常体积都较大，内部故障位置不一定就在监测装置附近，因此不能保障任何位置的故障所产生的气体都能够被快速有效监测到，特别是发展较迅速的故障，气体会以气泡形式快速发展，而常规油中气体监测装置采集的是油中溶解气体，反应速度受限。

总体上，对于常规变压器的早期内部故障中发展较慢的故障类型，油中气体监测装置的应用是比较有效的，但对近年新发现的特高压变压器的部分快速发展的故障类别，现有油中气体含量监测技术就有些力不从心。由于变压器内部快速发展的故障通常会产生大量气体，这些故障气体已游离出变压器油、浓度较大，且会较快聚集到套管升高座顶部以及瓦斯继电器内。如能利用集气盒本身的直接取气功能，省去油气分离模组及脱气时间直接对聚集的气体进行成分检测，可实现一种比常规油中气体监测装置更简单快速的测量气体组分的智能监测装置。这种装置可帮助用户更有效的应用瓦斯继电器，保护变压器的运行安全。综上所述，急需要研制一种气体采集***及自动控制分析方法。

现有技术中，油中气体监测装置的采集需带有故障气体的变压器油流经监测装置的位置，而特高压变压器通常体积都较大，内部故障位置不一定就在监测装置附近，因此不能保障任何位置的故障所产生的气体都能够被快速有效监测到，特别是发展较迅速的故障，气体会以气泡形式快速发展，而常规油中气体监测装置采集的是油中溶解气体，反应速度受限，为了解决以上技术问题，本申请提供了一种气体采集***及自动控制分析方法。

参见图1，为本申请一种气体采集***的结构示意图。

第一方面，由图1可知，本申请提供了一种气体采集***，包括：继电器1，集气盒盒体2，控制中心3。

所述继电器1内设有第一传感器11，其中第一传感器11用于检测继电器1内是否产生氢气、乙炔或其他烃类气体，所述第一传感器11被配置为当检测到氢气或乙炔时向控制中心3反馈采集气体信号；当第一传感器11识别到氢气、乙炔或其他烃类气体时，第一传感器11会生成采集气体信号，并将该信号发送至控制中心3。

所述集气盒盒体2的上部一侧通过介质接入管21与所述继电器1连通，其中介质接入管21可以进油或者进气，所述介质接入管21上设有介质接入阀门22，介质接入阀门22通过开关来控制集气盒盒体2中进油或者进气的量，所述集气盒盒体2的上部另一侧设有排气管23，排气管23用于排放集气盒盒体2中的气体，所述排气管23上设有排气阀门24，所述集气盒盒体2下部设有排油管25，排油管25用于将集气盒盒体2中的油排出，便于气体进入进行检测，所述排油管25上设有排油阀门26。

所述集气盒盒体2内设有第二传感器，第二传感器用于检测集气盒盒体2中的气体是否存在氢气、乙炔或其他烃类气体，所述第二传感器被配置为对所述集气盒盒体2内部的气体进行检测，并向所述控制中心3反馈气体检测结果，第二传感器生成检测结果并将检测结果反馈至控制中心3，所述集气盒盒体2还包括液***置检测传感器29，所述液***置检测传感器29被配置为根据所述集气盒盒体2内部的油液位向所述控制中心3发送检测气体信号；液***置检测传感器29用于检测当前集气盒盒体2内的油液位是否达到标准，若已达到标准则生成检测气体信号，并将其发送至控制中心3。

所述控制中心3被配置为接收到采集气体信号时控制所述介质接入阀门22和所述排油阀门26开启，当控制中心3接收到采集气体信号时表示第一传感器11检测到继电器1内是产生了氢气、乙炔或其他烃类气体，此时需要将继电器1内的气体传输到集气盒盒体2中进行检测，则需要控制中心3控制介质接入阀门22和排油阀门26开启，让集气盒盒体2排油的同时输入气体，接收到所述检测气体信号时控制所述介质接入阀门22关闭，并控制所述排气阀门24开启。当接收到所述检测气体信号时说明气体已经完全进入集气盒盒体2中，可以开始检测，此时控制中心3需要控制介质接入阀门22关闭，并控制排气阀门24开启，则可以进行取气。

在本实施例中，集气盒盒体2中先充满油，当继电器1中的第一传感器11检测到继电器1内的气体存在氢气、乙炔或其他烃类气体时，为了判断继电器内部是否发生故障，需要对继电器内的气体做进一步的检测，此时第一传感器11生成采集气体信号并反馈给控制中心3，控制中心3根据接收到的信号类型来控制阀门的开关，由于接受到的信号类型为采集气体信号，那么就需要控制介质接入阀门22和排油阀门26开启，使集气盒盒体2排油的同时进气。当集气盒盒体2中的液***置检测传感器29检测油液位达到固定值后，此时可以停止进气并对集气盒盒体2中的气体进行检测，那么液***置检测传感器29需要生成检测气体信号并反馈给控制中心3，控制中心3接收到检测气体信号后控制介质接入阀门关闭，此时不再输入气体，并控制排气阀门开启，此时可以检测气体。

参见图2，为本申请一种气体采集***的观察窗结构示意图。

由图2可知，所述集气盒盒体2上还设置有观察窗27，所述观察窗27嵌入所述集气盒盒体2的侧面。在本实施例中，可以通过观察窗27查看集气盒盒体2内部的油液位。其中，观察窗27的中部透明，实现了集气盒盒体2内部油液位可视化，外侧与集气盒盒体2通过螺接、焊接、卡接、或其他方式连接，只需能够使观察窗27与集气盒盒体2的连接处密封即可，在此不做限定。

参见图3，为本申请一种气体采集***的另一种实施例下的示意图。

由图3可知，所述排气管23的上方连通设有储气室28，所述储气室28与所述排气阀门24通过管道连接，所述储气室28的上部设有排气口281，所述储气室28内设有与所述控制中心3通信连接的第三传感器282。在本实施例中，在排气管23的上方增设了储气室28，可以将待检测的气体保存起来，随检随取，其中，储气室28的数量根据所需存储的气体数量决定，在此不做限定，在储气室28内设有第三传感器282，用以对储气室28内的气体进行检测，检测结果更准确。在储气室28上方设有排气口281，若本次检测完成，下次检测之前，为了不影响下次检测，需要将储气室28内的气体通过排气口281排出。

所述第三传感器282为乙炔气体传感器，氢气传感器，泄露监测传感器中的一种。在本实施例中，继电器1在变压器内部发生故障时收集到的气体成分主要是氢气、乙炔以及少量其它烃类气体，根据变电站运行规程，优选氢气、乙炔气体作为监测对象。目前的气体传感器技术主要有：电化学传感器：容易中毒，寿命较短；半导体式气体传感器：需要控温，非线性，寿命长，主要用于在线油色谱；热导式气体传感器：也属于半导体式，线性度较好，应用范围较窄；催化燃烧式气体传感器：精度高，寿命长，需要氢火焰，主要用于离线色谱仪；光学传感器：包括光声光谱，红外光谱等，成本较高，在户外环境下监测精度会有漂移。由于所有的气体传感器都不能接触油，且除了光学传感器都无法单独测量乙炔，如需测量需用载气和色谱柱进行组份分离，体积大，维护工作量也大。根据维护和可靠性需求，选择采用红外光谱作为乙炔气体传感器方案。而且增设泄漏传感器进行实时泄露监测，发现漏油关闭入口的介质接入阀门并报警。

所述介质接入阀门22、所述排气阀门24和所述排油阀门26均为电磁阀门。在本实施例中通过电磁阀控制实现油路和气路控制，并采用PID算法控制电磁阀，确保不超调，还可以实现自动取气、监测、排气、排油流程。

所述液***置检测传感器29与所述介质接入管21设置在所述集气盒盒体2的同一侧。在本实施例中，将液***置检测传感器29与所述介质接入管21设置在所述集气盒盒体2的同一侧是为了通过液***置检测传感器29检测集气盒盒体2内部的油液位。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种气体采集***，包括：继电器1，集气盒盒体2，控制中心3；所述继电器1内设有第一传感器11，所述第一传感器11被配置为当检测到氢气或乙炔时向控制中心3反馈采集气体信号；所述集气盒盒体2的上部一侧通过介质接入管21与所述继电器1连通，所述介质接入管21上设有介质接入阀门22，所述集气盒盒体2的上部另一侧设有排气管23，所述排气管23上设有排气阀门24，所述集气盒盒体2下部设有排油管25，所述排油管25上设有排油阀门26；所述集气盒盒体2内设有第二传感器，所述第二传感器被配置为对所述集气盒盒体2内部的气体进行检测，并向所述控制中心3反馈气体检测结果，所述集气盒盒体2还包括液***置检测传感器29，所述液***置检测传感器29被配置为根据所述集气盒盒体2内部的油液位向所述控制中心3发送检测气体信号；所述控制中心3被配置为接收到采集气体信号时控制所述介质接入阀门22和所述排油阀门26开启，接收到所述检测气体信号时控制所述介质接入阀门22关闭，并控制所述排气阀门24开启。

本申请通过增设多个传感器，以实现自动放油、取气、实时监测气体中的乙炔浓度的智能监测装置，并能实现采集数据的有线或无线远传，最终实现自动设备装填初步判断，并将检测结果实时显示，实时掌握其运行状况，降低了人为操作的误操作可能及安全风险，进一步完善了目前变压器油中气体在线监测装置的配置方案，提升了变压器的智能化程度和监测安全性。

第二方面，如图4所示，本申请提供了一种自动控制方法，包括以下步骤：

S100，获取第一传感器反馈的采集气体信号；

S200，判断所述采集气体信号中是否有气体产生或者有轻瓦斯、重瓦斯动作信号；

S300，若是，生成用于控制介质接入阀门和排油阀门开启的控制指令并发送至介质接入阀门和排油阀门；

S400，获取第二传感器反馈的检测气体信号；所述检测气体信号包括气体类型及含量；

在步骤S400中，所述检测气体信号包括气体类型及含量的步骤包括：根据所述气体类型及含量判断设备状态；其中，所述设备状态包括但不限于：油纸电弧放电、油纸过热、油纸中局部放电或油中火花放电。

S500，将获取的气体类型及含量进行信号转换处理，生成气体成分和含量的变化情况；将所述气体成分和含量的变化情况于显示设备中显示。

在步骤S500中，将获取的气体类型及含量进行信号转换处理的步骤还包括：

将所述气体类型及含量进行信号放大处理，生成第一气体类型及含量；将所述第一气体类型及含量进行信号传输与编码处理，生成第二气体类型及含量；将所述第二气体类型及含量进行信号解码处理，生成所述气体成分和含量的变化情况。将气体类型及含量通过信号的转换处理、放大、传输与编码，解码后，完成在显示设备中的实时展示，能够及时发现气体成分和含量的变化情况。

S600，若否，生成报错提示；将所述报错提示于显示设备中显示。

上述方法中在应用前述***时的作用效果可参见前述***实施例中的说明，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体采集***，其特征在于，包括：继电器(1)，集气盒盒体(2)，控制中心(3)；

所述继电器(1)内设有第一传感器(11)，所述第一传感器(11)被配置为当检测到氢气、一氧化碳或乙炔时向控制中心(3)反馈采集气体信号；

所述集气盒盒体(2)的上部一侧通过介质接入管(21)与所述继电器(1)连通，所述介质接入管(21)上设有介质接入阀门(22)，所述集气盒盒体(2)的上部另一侧设有排气管(23)，所述排气管(23)上设有排气阀门(24)，所述集气盒盒体(2)下部设有排油管(25)，所述排油管(25)上设有排油阀门(26)；

所述集气盒盒体(2)内设有第二传感器，所述第二传感器被配置为对所述集气盒盒体(2)内部的气体进行检测，并向所述控制中心(3)反馈气体检测结果，所述集气盒盒体(2)还包括液***置检测传感器(29)，所述液***置检测传感器(29)被配置为根据所述集气盒盒体(2)内部的油液位向所述控制中心(3)发送检测气体信号；

所述控制中心(3)被配置为接收到采集气体信号时控制所述介质接入阀门(22)和所述排油阀门(26)开启，接收到所述检测气体信号时控制所述介质接入阀门(22)关闭，并控制所述排气阀门(24)开启。

2.根据权利要求1所述的一种气体采集***，其特征在于，所述集气盒盒体(2)上还设置有观察窗(27)，所述观察窗(27)嵌入所述集气盒盒体(2)的侧面。

3.根据权利要求1所述的一种气体采集***，其特征在于，所述排气管(23)的上方连通设有储气室(28)，所述储气室(28)与所述排气阀门(24)通过管道连接，所述储气室(28)的上部设有排气口(281)，所述储气室(28)内设有与所述控制中心(3)通信连接的第三传感器(282)。

4.根据权利要求3所述的一种气体采集***，其特征在于，所述第三传感器(282)为乙炔气体传感器、氢气传感器或泄露监测传感器中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种气体采集***，其特征在于，所述介质接入阀门(22)、所述排气阀门(24)和所述排油阀门(26)均为电磁阀门。

6.根据权利要求1所述的一种气体采集***，其特征在于，所述液***置检测传感器(29)与所述介质接入管(21)设置在所述集气盒盒体(2)的同一侧。

7.一种自动控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-6中任意一项所述的气体采集***，包括以下步骤：

获取第一传感器反馈的采集气体信号；

判断所述采集气体信号中是否有气体产生或者有轻瓦斯、重瓦斯动作信号；

若是，生成用于控制介质接入阀门和排油阀门开启的控制指令并发送至介质接入阀门和排油阀门；

获取第二传感器反馈的检测气体信号；所述检测气体信号包括气体类型及含量；

将获取的气体类型及含量进行信号转换处理，生成气体成分和含量的变化情况；将所述气体成分和含量的变化情况于显示设备中显示。

8.根据权利要求7所述的一种自动控制分析方法，其特征在于，将获取的气体类型及含量进行信号转换处理的步骤还包括：

将所述气体类型及含量进行信号放大处理，生成第一气体类型及含量；

将所述第一气体类型及含量进行信号传输与编码处理，生成第二气体类型及含量；

将所述第二气体类型及含量进行信号解码处理，生成所述气体成分和含量的变化情况。

9.根据权利要求7所述的一种自动控制方法，其特征在于，判断所述采集气体信号中是否有气体产生或者有轻瓦斯、重瓦斯动作信号的步骤包括：

若否，生成报错提示；

将所述报错提示于显示设备中显示。

10.根据权利要求7所述的一种自动控制方法，其特征在于，所述检测气体信号包括气体类型及含量的步骤包括：

根据所述气体类型及含量判断设备状态；

所述设备状态包括：油纸电弧放电、油纸过热、油纸中局部放电或油中火花放电。

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