專利名稱：牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力設(shè)備絕緣油中溶解氣體的檢測技術(shù)，特別涉及牽引變壓器絕緣油中溶解氣體的在線監(jiān)測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前大型的變壓器都采用油來絕緣和散熱，變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，油和固體絕緣材料會(huì)發(fā)生老化變質(zhì)，裂解產(chǎn)生低分子氣體(H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2和CO等)，并溶解在變壓器油中。同一類性質(zhì)的故障，其產(chǎn)生氣體量隨故障的嚴(yán)重程度而異，與絕緣油的種類無關(guān)，因此油中溶解的氣體和含量在一定程度上反映出變壓器絕緣老化或故障的程度，將油中溶解氣體作為特征量進(jìn)行監(jiān)測和分析可以判斷變壓器的運(yùn)行狀況。
牽引變壓器作為牽引供電系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備，與普通電力變壓器相比，運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，要承受經(jīng)常性的過負(fù)荷和短路沖擊(一般情況下，瞬時(shí)短路超過70次/年)，這種沖擊產(chǎn)生的“積累效應(yīng)”將會(huì)造成牽引變壓器的過熱、放電，使絕緣油發(fā)生裂解，產(chǎn)生故障氣體，并溶解于油中，由此可見牽引變壓器油中的低分子氣體的產(chǎn)生機(jī)理與電力電壓器有所不同。研究也表明牽引變壓器油中溶解的各種氣體之間的濃度差異比電力變壓器中的大，特別是CO的濃度較大。
近年來，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)在國內(nèi)外都是研究的熱點(diǎn)，監(jiān)測裝置的開發(fā)工作非?？?，其產(chǎn)品有氫氣監(jiān)測裝置(如加拿大電氣組件公司的HYDRAN系列監(jiān)測儀)，可燃性氣體總量監(jiān)測裝置(如日本三菱公司研制的TGG監(jiān)測裝置)和多組分氣體監(jiān)測裝置(如加拿大電氣組件公司的TNU裝置)三大類。其中多組分氣體監(jiān)測裝置是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷的在線檢測裝置。
目前采用半導(dǎo)體傳感器檢測油中氣體的在線檢測裝置用空氣作載氣，檢測氣體時(shí)不考慮前一種氣體對后一種氣體測試的影響，這種方法不適用于牽引變壓器的監(jiān)測因?yàn)闋恳儔浩饔椭腥芙獾母鞣N氣體之間的濃度差異比電力變壓器中的大，特別是CO的濃度較大，氣體分離柱先分離出來較高濃度的氣體(如CO)時(shí)，由于傳感器的恢復(fù)時(shí)間不夠，將會(huì)給后分離出來的氣體的檢測帶來偏差。同時(shí)，現(xiàn)有的檢測裝置中通常是以空氣作為載氣，而空氣中含氧量的改變會(huì)影響半導(dǎo)體傳感器的反應(yīng)，從而影響測量精度；并且空氣含氧量的多少直接影響傳感器反應(yīng)的靈敏性。另外高精度傳感器長期暴露于高濃度的可燃?xì)怏w中，其使用壽命、測量精度和重復(fù)性受到很大的影響。
國外對牽引變壓器的監(jiān)測主要采用高精度熱導(dǎo)檢測器、光聲光譜檢測等傳感技術(shù)，但其監(jiān)測成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法，該方法的測量精度高，重復(fù)性好，使用壽命長，檢測成本低。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法，包括的步驟有油氣分離及氣體定量采集，通過載氣將采集到的混合待測氣體送氣體分離柱先后分離出不同的待測氣體，再將分離出的待測氣體傳送到氣體傳感器陣列進(jìn)行濃度檢測，濃度檢測值由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置進(jìn)行處理，其特征在于所述的待測氣體傳送到氣體傳感器陣列進(jìn)行濃度檢測，檢測到的濃度值由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置進(jìn)行處理與控制的做法為先由高濃度氣體傳感器陣列對待測氣體進(jìn)行檢測得到一次檢測值，再由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置對一次檢測值進(jìn)行判定，若一次檢測值大于設(shè)定的所測氣體濃度的限度閾值，則數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置將一次檢測值作為檢測結(jié)果；否則，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制低濃度氣體傳感器陣列對相應(yīng)的待測氣體進(jìn)行二次檢測，二次檢測值作為檢測結(jié)果。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對牽引變壓器油中溶解的各種氣體濃度差異大的特點(diǎn)，對不同濃度的氣體成分采用不同的檢測方法濃度大于限度閾值的氣體成分由高濃度氣體傳感器陣列檢測而不傳送到低濃度氣體傳感器陣列，而濃度小于或等于限度閾值的氣體成分則由低濃度氣體傳感器陣列做進(jìn)一步檢測。從而了保證濃度大于限度閾值的氣體不與低濃度氣體傳感器陣列接觸，克服了檢測時(shí)前一種高濃度氣體對后一種低濃度氣體的濃度測量影響；而高精度的低濃度氣體傳感器陣列只在低濃度進(jìn)行檢測，既避免了高濃度氣體對高精度低濃度氣體傳感器陣列的不良影響，延長了半導(dǎo)體傳感器的使用壽命，同時(shí)也大大提高了檢測精度。從而使得檢測的穩(wěn)定性和檢測精度均得到了提高。
上述的高濃度氣體傳感器陣列檢測得到的一次檢測值和低濃度氣體傳感器陣列檢測得到的二次檢測值，按照如下方法計(jì)算得到計(jì)算出高濃度氣體傳感器陣列中多個(gè)傳感器同一時(shí)間得到的同種氣體的檢測值的平均值和均方差，或者低濃度氣體傳感器陣列中多個(gè)傳感器同一時(shí)間檢測出的同種氣體檢測值的平均值和均方差；若均方差與其平均值之比小于設(shè)定的失效閾值，則判定有效，其平均值作為高濃度氣體傳感器陣列的一次檢測值或低濃度氣體傳感器陣列的二次檢測值；否則，判定無效，對該種氣體的濃度不再進(jìn)行處理。
通過以上計(jì)算，可以對檢測值的有效性進(jìn)行判定，當(dāng)傳感器陣列中的多個(gè)氣體傳感器得出的檢測值差異小時(shí)，表明各個(gè)傳感器狀態(tài)正常，其檢測值準(zhǔn)確可靠；相反，當(dāng)多個(gè)氣體傳感器的檢測值差異過大時(shí)，表明有傳感器失效，對檢測值不再進(jìn)行處理，并提示更換傳感器陣列。避免了直接將多個(gè)傳感器檢測的平均值作為一次或二次檢測值可能帶來的誤檢，從而確保了本發(fā)明方法檢測出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。
本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置是一種實(shí)現(xiàn)牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法的裝置，其組成是氣體采集支路的組成為油氣分離裝置第一輸出口，1號電磁閥，電磁十通閥第一接口、第二接口，1號定量管，電磁十通閥第五接口、第六接口，2號定量管，電磁十通閥第九接口、第十接口，2號電磁閥，油氣分離裝置第2接口依次相接；高濃度氣體檢測支路的組成為1號定量管，電磁十通閥第五接口、第四接口，1號針閥，1號氣阻，1號氣相色譜分離柱，高濃度氣體傳感器陣列依次相接；低濃度氣體檢測支路的組成為2號定量管，電磁十通閥第六接口、第七接口，2號針閥，2號氣阻，2號氣相色譜分離柱，電磁四通閥第一接口、第三接口，低濃度氣體傳感器陣列依次相接；載氣支路的組成為載氣瓶，3號電磁閥，減壓閥，四通的進(jìn)氣口及第三出氣口，3號穩(wěn)壓閥，3號針閥，電磁四通閥第四接口、電磁四通閥第二接口、3號氣阻依次相接；
載氣支路中的四通的第一出氣口通過1號穩(wěn)壓閥與電磁十通閥第三接口相連；該四通的第二出氣口則通過2號穩(wěn)壓閥與電磁十通閥第八接口依次相接；高、低濃度氣體傳感器陣列的信號輸出端與數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的信號輸入端相連；1、2、3號電磁閥、電磁十通閥、電磁四通閥的控制端與數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的相應(yīng)控制端分別相接。
本發(fā)明裝置的基本工作原理是先由氣體采集支路同時(shí)將待測混合氣體分別采集在1號定量管和2號定量管中，其后在載氣支路吹送的載氣推動(dòng)作用下，1號定量管中的待測混合氣體，流入高濃度氣體檢測支路，經(jīng)其中的1號氣相色譜分離柱分離出某一種待測氣體，由高濃度氣體傳感器陣列進(jìn)行檢測。得到的一次檢測值，由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置判定檢測值是否大于限度閾值；若是，則數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置將一次檢測值作為檢測結(jié)果進(jìn)行處理；否則，由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制電磁四通閥進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使2號定量管中的待測混合氣體經(jīng)2號氣相色譜分離柱分離出的同一種待測氣體得以進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列中，對該種待測氣體進(jìn)行二次檢測。低濃度氣體傳感器的二次檢測值作為檢測結(jié)果由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置進(jìn)行處理。
本發(fā)明裝置的完整工作過程是一、裝置使用前校準(zhǔn)1、氣體流速的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)1號針閥和2號針閥，使高濃度氣體檢測支路中的氣體流速大于低濃度氣體檢測支路中的氣體流速。
2、校準(zhǔn)前電磁閥的控制數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制各個(gè)電磁閥的狀態(tài)，即1、2、3號電磁閥導(dǎo)通；控制電磁四通閥第一接口與第三接口、第二接口與第四接口相通；控制電磁十通閥處于初始狀態(tài)即第一接口與第二接口，第三接口與第四接口、第五接口與第六接口，第七接口與第八接口，第九接口與第十接口分別兩兩相通。
3、標(biāo)準(zhǔn)混合氣體的定量注入斷開1號、2號電磁閥與油氣分離裝置第一、第二接口的連接，從1號、2號電磁閥進(jìn)口處定量注入由H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2組成，且濃度值均低于各自限度閾值的標(biāo)準(zhǔn)混合氣體?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)氣體經(jīng)電磁十通閥的第一、第二、第十和第九接口擴(kuò)散到1號、2號定量管中。持續(xù)數(shù)分鐘待氣壓平衡后，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制1、2號電磁閥關(guān)閉。
4、零時(shí)刻點(diǎn)的選取數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制電磁十通閥發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使其第一接口與第十接口，第二接口與第三接口，第四接口與第五接口，第六接口與第七接口，第八接口與第九接口分別兩兩連通；其它電磁閥狀態(tài)保持不變。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置把電磁十通閥狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)刻記錄為時(shí)間參考零點(diǎn)，并開始計(jì)時(shí)。
5、標(biāo)準(zhǔn)混合氣體分離在電磁閥的上述狀態(tài)下，載氣瓶中的載氣經(jīng)四通的第一出氣口、1號穩(wěn)壓閥，電磁十通閥的第二、三接口，進(jìn)入1號定量管，推動(dòng)其中的待測混合氣體經(jīng)電磁十通閥的第五、四接口，流向1號氣相色譜分離柱進(jìn)行氣體分離，先后分離出標(biāo)準(zhǔn)混合氣體中的H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2。
同時(shí)，載氣瓶中的載氣經(jīng)四通的第二出氣口、2號穩(wěn)壓閥，電磁十通閥的第八、九接口，進(jìn)入2號定量管，推動(dòng)其中的待測混合氣體經(jīng)電磁十通閥的第六、七接口，流向2號氣相色譜分離柱進(jìn)行氣體分離，先后分離出標(biāo)準(zhǔn)混合氣體中H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2。
由于使高濃度氣體檢測支路中的氣體流速大于低濃度氣體檢測支路中的氣體流速，標(biāo)準(zhǔn)混合氣體中的每種成分的待測氣體從2號氣相色譜分離柱分離出來的時(shí)間以及低濃度氣體傳感器陣列檢測到該氣體的時(shí)間都要滯后于從1號氣相色譜分離柱分離出來的時(shí)間以及高濃度氣體傳感器陣列檢測到該氣體時(shí)間。
6、標(biāo)準(zhǔn)混合氣體檢測時(shí)間的記錄高濃度氣體傳感器陣列檢測到某種待測氣體Xn，n＝1～6(依次對應(yīng)于H2、CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2)時(shí)，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置記錄下對應(yīng)的檢測時(shí)刻tHn＝tH1、tH2、tH3、tH4、tH5、tH6；低濃度氣體傳感器陣列檢測到H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2時(shí)，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置記錄下對應(yīng)的檢測時(shí)刻tLn＝tL1、tL2、tL3、tL4、tL5、tL6。
7、混合氣體檢測時(shí)間的修正判斷tL1與tH1、tL2與tH2、tL3與tH3、tL4與tH4、tL5與tH5、tL6與tH6差值的大小，若上述差值均在2～5分鐘范圍內(nèi)，則裝置完成校準(zhǔn)和各組分氣體檢測時(shí)間記錄，裝置可以安裝并進(jìn)行氣體檢測；否則重新精確調(diào)節(jié)1號、2號針閥直到滿足上述條件為止。修正完畢后1號、2號電磁閥分別與油氣分離裝置第一、第二接口重新進(jìn)行連接。
二、氣體檢測的初始準(zhǔn)備1、電磁閥初始狀態(tài)的設(shè)定數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制各個(gè)電磁閥的狀態(tài)，即1、2、3號電磁閥導(dǎo)通；控制電磁四通閥第一接口與第二接口、第三接口與第四接口相通；控制電磁十通閥處于初始狀態(tài)即第一接口與第二接口，第三接口與第四接口、第五接口與第六接口，第七接口與第八接口，第九接口與第十接口分別兩兩相通。
2、氣體定量采集在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，氣體采集支路中的各個(gè)電磁閥、電磁十通閥中的相應(yīng)接口均接通，也即氣體采集支路此時(shí)成為一個(gè)貫通的支路，根據(jù)氣體擴(kuò)散原理，油氣分離裝置中分離出的溶解氣體(也即待測混合氣體)將流入1、2號定量管中，其濃度將與油氣分離裝置中的濃度相等，從而完成待測混合氣體的采集。
3、高濃度氣體傳感器陣列的初始化在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，載氣瓶經(jīng)四通的第一出氣口送出的載氣經(jīng)1號穩(wěn)壓閥后，經(jīng)電磁十通閥第三、四接口進(jìn)入1號針閥、1號氣阻、1號氣相色譜分離柱，流向高濃度氣體傳感器陣列。實(shí)現(xiàn)對氣體通路的清洗及高濃度氣體傳感器陣列的初始化。
4、低濃度氣體傳感器陣列的初始化在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，由載氣瓶中的載氣經(jīng)四通第三出氣口、3號穩(wěn)壓閥、3號針閥，電磁四通閥第四、三接口，進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)對該部分氣體通路的清洗與低濃度氣體傳感器陣列的初始化。
5、低濃度氣體支路的清洗在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，載氣瓶中的載氣經(jīng)四通第二出氣口、2號穩(wěn)壓閥、電磁十通閥的第七、八接口，通過低濃度氣體檢測支路中的2號針閥、2號氣阻、2號氣相色譜分離柱、電磁四通閥第一、二接口、3號氣阻，最后排入到大氣中，實(shí)現(xiàn)對低濃度氣體支路(低濃度氣體傳感器陣列除外)的清洗。
三、高濃度氣體傳感器陣列的檢測1、電磁閥的控制數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制電磁十通閥發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使之處于檢測狀態(tài)即第一接口與第十接口，第二接口與第三接口，第四接口與第五接口，第六接口與第七接口，第八接口與第九接口分別兩兩連通；電磁閥及電磁四通閥的狀態(tài)均與初始狀態(tài)相同。由于電磁十通閥狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，1、2號定量管與油氣分離裝置的第一和第二輸出口之間斷開連接，1、2號定量管中采集到的待測混合氣體，不再相互流通。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置把電磁十通閥狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)刻記錄為時(shí)間參考零點(diǎn)，并開始計(jì)時(shí)。
2、檢測在電磁閥的上述狀態(tài)下，載氣瓶中的載氣經(jīng)四通的第一出氣口、1號穩(wěn)壓閥，電磁十通閥的第二、三接口，進(jìn)入1號定量管，推動(dòng)其中的待測混合氣體經(jīng)電磁十通閥的第五、四接口，流向1號氣相色譜分離柱進(jìn)行氣體分離，先后分離出待測混合氣體中的不同種待測氣體，送高濃度氣體傳感器陣列進(jìn)行濃度檢測得到待測氣體濃度的一次檢測值。
同時(shí)，載氣還經(jīng)四通的第二出氣口、2號穩(wěn)壓閥，電磁十通閥的第八、九接口，進(jìn)入2號定量管，推動(dòng)其中的待測混合氣體經(jīng)電磁十通閥第六、七接口，2號氣阻，進(jìn)入2號氣相色譜分離柱，由2號氣相色譜分離柱進(jìn)行氣體分離。
另外，載氣也經(jīng)四通的第三出氣口、3號穩(wěn)壓閥、3號針閥進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列，繼續(xù)對傳感器陣列進(jìn)行清洗與初始化。
四、限度閾值判定高濃度氣體傳感器陣列檢測出第n種從1號氣相色譜分離柱分離出的待測氣體Xn后的一次檢測值后，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置進(jìn)行判定若其大于限度閾值，數(shù)據(jù)采集及檢測裝置將一次檢測值作為檢測結(jié)果，待測氣體Xn的檢測過程完成，進(jìn)行下一種待測氣體的檢測。否則，放棄一次檢測值，由以下的低濃度氣體傳感器陣列的檢測步驟，再次對待測氣體Xn進(jìn)行檢測。
五、低濃度氣體傳感器陣列的檢測1、電磁閥的控制數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制電磁四通閥在(tLn-10)秒時(shí)刻進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即第一接口與第三接口、第二接口與第四接口連通。電磁十通閥狀態(tài)保持不變，即第一接口與第十接口，第二接口與第三接口，第四接口與第五接口，第六接口與第七接口，第八接口與第九接口分別兩兩連通。
2、檢測在電磁閥的以上狀態(tài)下，由于電磁四通閥第一接口與第三接口接通，2號氣體色相分離柱分離出來的待測氣體得以進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列；由高精度的低濃度氣體傳感器陣列對低于限度閾值的待測氣體Xn進(jìn)行二次檢測，并由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置將其二次檢測值直接作為待測氣體Xn的檢測結(jié)果。
3、電磁四通閥復(fù)位待測氣體Xn二次檢測完畢后，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制電磁四通閥狀態(tài)復(fù)位到初始狀態(tài)，即磁四通閥第一接口與第二接口、第三接口與第四接口相通。
在電磁閥的以上狀態(tài)下，高濃度氣體傳感器陣列仍在對落后于氣體Xn從1號氣相色譜柱分離出來的待測氣體進(jìn)行檢測。若其后某種待測氣體高濃度氣體傳感器陣列檢測到的一次檢測值不大于限度閾值，則低濃度氣體傳感器陣列仍需要對它進(jìn)行上述過程的二次檢測。
同時(shí)，載氣瓶、3號電磁閥、減壓閥、四通的進(jìn)氣口及第三出氣口、3號穩(wěn)壓閥、3號針閥、電磁四通閥第四接口、電磁四通閥第二接口、3號氣阻依次相接構(gòu)成的載氣支路也處于連通狀態(tài)。載氣瓶中的載氣流過載氣支路對其進(jìn)行清洗。
通過以上步驟，本發(fā)明裝置采用雙傳感器陣列實(shí)現(xiàn)了對牽引變壓器中的溶解氣體濃度自適應(yīng)切換監(jiān)測，即對高濃度待測氣體自動(dòng)由高濃度氣體傳感器陣列進(jìn)行檢測，而低濃度氣體傳感器陣列則自動(dòng)由低濃度氣體傳感器陣列進(jìn)行檢測。
上述的高、低濃度氣體傳感器陣列(15、16)分別由可檢測牽引變壓器油中各種溶解氣體的多個(gè)傳感器組成。
這樣，由多個(gè)氣體傳感器同時(shí)對相同的待測氣體進(jìn)行檢測，可得到同一時(shí)間的同種待測氣體的的多個(gè)檢測值，再由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置對多個(gè)檢測值進(jìn)行比較分析，若差異小于失效閾值，則可認(rèn)定傳感器工作正常，計(jì)算出多個(gè)傳感器檢測值的平均值作為一次檢測值或二次檢測值進(jìn)行處理；否則，認(rèn)定某一傳感器發(fā)生故障，檢測無效，并提示更換新的氣體傳感器陣列。由此，大大提高了本發(fā)明裝置檢測數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。
上述的載氣瓶中的載氣為氧氣和氮?dú)獍?∶2～3的重量比組成的混合氣。
采用氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為載氣，克服了空氣中含有的二氧化碳、一氧化碳等氣體對氣體傳感器陣列性能的影響，提高了氣體傳感器陣列對待測氣體的反應(yīng)靈敏性；同時(shí)由于載氣含氧量的穩(wěn)定，減小了含氧量變化造成的對氣體傳感器陣列靈敏度的影響，進(jìn)一步提高了測量精度。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的裝置在初始準(zhǔn)備狀態(tài)時(shí)的連接關(guān)系示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的裝置在高濃度氣體傳感器陣列檢測時(shí)的氣路連接關(guān)系示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的裝置在低濃度氣體傳感器陣列檢測時(shí)的氣路連接關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例圖1～3示出，本發(fā)明的牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法的裝置的一種具體結(jié)構(gòu)為氣體采集支路的組成為油氣分離裝置1第一輸出口G1，1號電磁閥2，電磁十通閥6第一接口J1、第二接口J2，1號定量管4，電磁十通閥6第五接口J5、第六接口J6，2號定量管5，電磁十通閥6第九接口J9、第十接口J10，2號電磁閥3，油氣分離裝置1第二輸出口G2依次相接。
高濃度氣體檢測支路的組成為1號定量管4，電磁十通閥6第五接口J5、第四接口J4，1號針閥7，1號氣阻9，1號氣相色譜分離柱11，高濃度氣體傳感器陣列15依次相接。
低濃度氣體檢測支路的組成為2號定量管5，電磁十通閥6第六接口J6、第七接口J7，2號針閥8，2號氣阻10，2號氣相色譜分離柱12，電磁四通閥14第一接口C1、第三接口C3，低濃度氣體傳感器陣列16依次相接。
載氣支路的組成為載氣瓶21、3號電磁閥22、減壓閥23、四通24的進(jìn)氣口IN及第三出氣口O3、3號穩(wěn)壓閥27、3號針閥28、電磁四通閥14第四接口C4、電磁四通閥14第二接口C2、3號氣阻13依次相接。
載氣支路中的四通24的第一出氣口O1通過1號穩(wěn)壓閥25與電磁十通閥6第三接口J3相連；該四通24的第二出氣口O2則通過2號穩(wěn)壓閥26與電磁十通閥6第八接口J8依次相接。
高、低濃度氣體傳感器陣列15、16的信號輸出端與數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的信號輸入端相連；1、2、3號電磁閥2、3、22、電磁十通閥6、電磁四通閥14的控制端與數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的相應(yīng)控制端相接。
高、低濃度氣體傳感器陣列15、16分別由可檢測牽引變壓器油中各種溶解氣體的三個(gè)傳感器組成。
載氣瓶21中的載氣為氧氣和氮?dú)獍?∶2～3的重量比組成的混合氣體。
采用以上的氣路和電路結(jié)構(gòu)即構(gòu)成實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的一種專用裝置，其具體工作過程為首先進(jìn)行使用前的校準(zhǔn)，然后待測混合氣體從1、2號氣相色譜分離柱11、12中分離出來，其分離順序依次為H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2。本發(fā)明裝置對待測混合氣體的待測氣體的檢測順序也依次為H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2。以電磁十通閥狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，低濃度氣體傳感器陣列檢測到H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2的時(shí)刻分別為tL1、tL2、tL3、tL4、tL5和tL6。下面以H2的具體檢測為例說明本發(fā)明的方法的步驟及其裝置的具體工作過程一、氣體檢測的初始準(zhǔn)備1、電磁閥初始狀態(tài)的設(shè)定數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制各個(gè)電磁閥的狀態(tài)，即1、2、3號電磁閥2、3、22導(dǎo)通；控制電磁四通閥14第一接口C1與第二接口C2、第三接口C3與第四接口C4相通；控制電磁十通閥6處于初始狀態(tài)即第一接口J1與第二接口J2，第三接口J3與第四接口J4、第五接口J5與第六接口J6，第七接口J7與第八接口J8，第九接口J9與第十接口J10分別兩兩相通。
2、氣體定量采集在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，氣體采集支路中的各個(gè)電磁閥、電磁十通閥6中的相應(yīng)接口均接通，也即氣體采集支路此時(shí)成為一個(gè)貫通的支路，根據(jù)氣體擴(kuò)散原理，油氣分離裝置1中分離出的溶解氣體(也即待測混合氣體)將流入1、2號定量管4、5中，其濃度將與油氣分離裝置1中的濃度相等，從而完成待測混合氣體的采集。
3、高濃度氣體傳感器陣列的初始化在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，載氣瓶21經(jīng)四通24的第一出氣口O1送出的載氣經(jīng)1號穩(wěn)壓閥25后，經(jīng)電磁十通閥6第三、四接口J3、J4進(jìn)入1號針閥7、1號氣阻9、1號氣相色譜分離柱11，灌向高濃度氣體傳感器陣列15。實(shí)現(xiàn)對氣體通路的清洗及高濃度氣體傳感器陣列的初始化。
4、低濃度氣體傳感器陣列的初始化在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，由載氣瓶21中的載氣經(jīng)四通24第三出氣口O3、3號穩(wěn)壓閥27、3號針閥28，電磁四通閥6第四、三接口J4、J3，進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列16，實(shí)現(xiàn)對該部分氣體通路的清洗與低濃度氣體傳感器陣列的初始化。
5、低濃度氣體支路的清洗在電磁閥的上述初始狀態(tài)下，載氣瓶21中的載氣經(jīng)四通24第二出氣口O2、2號穩(wěn)壓閥26、電磁十通閥6的第七、八接口J7、J8，通過低濃度氣體檢測支路19中的2號針閥8、2號氣阻10、2號氣相色譜分離柱12、電磁四通閥14第一、二接口C1、C2、3號氣阻13，最后排入到大氣中，實(shí)現(xiàn)對低濃度氣體支路(低濃度氣體傳感器陣列除外)的清洗。
二、高濃度氣體傳感器陣列的檢測1、電磁閥的控制數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制電磁十通閥6發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使之處于檢測狀態(tài)即第一接口J1與第十接口J10，第二接口J2與第三接口J3、第四接口J4與第五接口J5，第六接口J6與第七接口J7，第八接口J8與第九接口J9分別兩兩連通；電磁閥及電磁四通閥14的狀態(tài)均與初始狀態(tài)相同。由于電磁十通閥6狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，1、2號定量管4、5與油氣分離裝置1的第一輸出口G1和第二輸出口G2之間斷開連接，1、2號定量管4、5中采集到的待測混合氣體，不再相互流通。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置把電磁十通閥狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)刻記錄為時(shí)間參考零點(diǎn)，并開始計(jì)時(shí)。
2、檢測在電磁閥的上述狀態(tài)下，載氣瓶21中的載氣經(jīng)四通24的第一出氣口O1、1號穩(wěn)壓閥25，電磁十通閥6的第二、三接口J2、J3，進(jìn)入1號定量管4，推動(dòng)其中的待測混合氣體經(jīng)電磁十通閥6的第五、四接口J5、J4，流向1號氣相色譜分離柱11進(jìn)行氣體分離，首先分離出待測混合氣體中的待測氣體H2，送高濃度氣體傳感器陣列15進(jìn)行濃度檢測，計(jì)算出高濃度氣體傳感器陣列15中多個(gè)傳感器的檢測值的平均值和均方差，若均方差與其平均值之比小于設(shè)定的失效閾值，則判定有效，其平均值作為一次檢測值進(jìn)行以下的后續(xù)處理；否則，判定無效，并提示高濃度氣體傳感器陣列15的傳感器發(fā)生故障，需要更換。
同時(shí)，載氣還經(jīng)四通24的第二出氣口O2、2號穩(wěn)壓閥26，電磁十通閥6的第八、九接口J8、J9，進(jìn)入2號定量管5，推動(dòng)其中的待測混合氣體經(jīng)電磁十通閥6第六、七接口J6、J7、2號氣阻10，進(jìn)入2號氣相色譜分離柱12，由2號氣相色譜分離柱12進(jìn)行氣體分離。該載氣流動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)對其流經(jīng)的所有氣路元件進(jìn)行清洗；2號氣相色譜分離柱12分離出的氣體則經(jīng)電磁十通閥6的第一、第二接口J1、J2、3號氣阻13流入大氣。
另外，載氣也經(jīng)四通24的第三出氣口O3、3號穩(wěn)壓閥27、3號針閥28進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列16，繼續(xù)對傳感器陣列進(jìn)行清洗與初始化。
三、限度閾值判定數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置對高濃度氣體傳感器陣列15檢測出的H2的一次檢測值，進(jìn)行判定若其大于限度閾值，數(shù)據(jù)采集及檢測裝置將H2的一次檢測值作為H2的檢測結(jié)果，H2的檢測過程完成，進(jìn)行下一種待測氣體的檢測。否則，放棄該一次檢測值，由以下的低濃度氣體傳感器陣列的檢測步驟，對該種待測氣體進(jìn)行檢測。
四、低濃度氣體傳感器陣列的檢測1、電磁閥的控制數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制電磁四通閥14在(tLn-10)秒時(shí)刻進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即第一接口J1與第三接口J3、第二接口J2與第四接口J4連通。電磁十通閥6與高濃度氣體傳感器陣列檢測步驟的狀態(tài)不變。其中，電磁四通閥的提前時(shí)間量，進(jìn)行根據(jù)裝置的構(gòu)成變化可以調(diào)整，不一定為10秒。
2、檢測在電磁閥的以上狀態(tài)下，由于電磁四通閥14第一接口J1與第三接口J3接通，2號氣體色相分離柱12分離出來的待測氣體H2得以進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列16；由高精度但濃度量程低的低濃度氣體傳感器陣列16對低于限度閾值的待測氣體H2進(jìn)行二次檢測，計(jì)算出低濃度氣體傳感器陣列16中的多個(gè)傳感器的檢測值的平均值和均方差，若均方差與其平均值之比小于設(shè)定的失效閾值，則判定有效，其平均值作為二次檢測值；并由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置將H2的二次檢測值直接作為H2的檢測結(jié)果；否則，判定無效提示低濃度氣體傳感器陣列16的傳感器發(fā)生故障，需要更換。
3、電磁四通閥復(fù)位H2二次檢測完畢后，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置輸出控制信號控制電磁四通閥14狀態(tài)復(fù)位到初始狀態(tài)，即電磁四通閥14第一接口C1與第二接口C2、第三接口C3與第四接口C4相通。
在電磁閥的以上狀態(tài)下，高濃度氣體傳感器陣列15仍在對落后于H2從1號氣相色譜柱分離出來的待測氣體CO、CH4、C2H4、C2H6和C2H2進(jìn)行檢測。若其后某種待測氣體高濃度氣體傳感器陣列15檢測到的一次檢測值不大于限度閾值，則低濃度氣體傳感器陣列16仍需要對它進(jìn)行上述過程的二次檢測。
在電磁閥的以上狀態(tài)下，四通24的第一出氣口O1到高濃度氣體傳感器陣列15的連通狀態(tài)與低濃度氣體傳感器陣列16時(shí)一樣，也即高濃度氣體傳感器陣列15仍在對待測氣體進(jìn)行檢測，但數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的控制下，其檢測值并不送往數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置。
同時(shí)，載氣瓶21、3號電磁閥22、減壓閥23、四通24的進(jìn)氣口IN及第三出氣口O3、3號穩(wěn)壓閥27、3號針閥28、電磁四通閥6第四接口J4、電磁四通閥6第二接口J2、3號氣阻13依次相接構(gòu)成的載氣支路20也處于連通狀態(tài)。載氣瓶21中的載氣流過載氣支路20對其進(jìn)行清洗。
H2的以上檢測步驟可以簡單描述為首先分離出的H2先被檢測，高濃度氣體傳感器陣列15先對H2進(jìn)行檢測，并通過數(shù)據(jù)及檢測控制裝置進(jìn)行計(jì)算得到H2的一次檢測值，首先對一次檢測值進(jìn)行判斷，如果H2的一次檢測值大于限度閾值，則將其作為H2濃度的檢測結(jié)果；在此情況下，此后2號氣相色譜分離柱12分離出的H2不進(jìn)行檢測，通過電磁四通閥14的第二接口C2，和3號氣阻13直接流入大氣。相反如果H2的一次檢測值小于或等于限度閾值，則H2的一次檢測值舍棄不用，由數(shù)據(jù)及檢測控制裝置在(tLn-10)秒時(shí)刻控制電磁閥四通閥14的狀態(tài)，使整個(gè)裝置進(jìn)入低濃度氣體傳感器陣列16檢測的狀態(tài)，即2號定量管5中的待測混合氣體在載氣的推動(dòng)作用下流經(jīng)2號氣相色譜分離柱12分離出的H2，經(jīng)電磁四通閥14第一、第三接口C1、C3流向高精度但濃度量程低的低濃度氣體傳感器陣列16，由其對H2進(jìn)行二次檢測，數(shù)據(jù)及檢測控制裝置進(jìn)行計(jì)算得到H2的二次檢測值直接作為檢測結(jié)果進(jìn)行處理。
H2檢測完畢后，整個(gè)裝置回到檢測高濃度氣體傳感器陣列進(jìn)行檢測的狀態(tài)，對后續(xù)分離出來的CH4、CO、C2H6、C2H2和C2H4進(jìn)行檢測，檢測的方法與步驟和H2相同，只是在第一種氣體檢測后繼氣體檢測時(shí)，不再需要初始準(zhǔn)備的步驟。在牽引變壓器油中的各種待測氣體檢測完畢后，本發(fā)明裝置回到初始狀態(tài)，等待下一次檢測。
本發(fā)明方法中及裝置中針對某種待測氣體所設(shè)定的限度閾值可以定義為用低濃度氣體傳感器陣列16檢測該種氣體時(shí)所允許最大濃度值的4/5。
本發(fā)明裝置的高、低濃度氣體傳感器陣列15、16可以選用由多個(gè)SnO2廣譜氣敏傳感器組成。該傳感器可檢測六種待測氣體即牽引變壓器中的各種溶解氣體。氣體傳感陣列中的氣體傳感器的個(gè)數(shù)一般為2-5個(gè)，以3個(gè)較佳。
本發(fā)明裝置中的數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置可以由現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置，如由多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、存儲(chǔ)器、繼電器，光電隔離器等構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置。
權(quán)利要求
1.一種牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法，包括的步驟有油氣分離及氣體定量采集，通過載氣將采集到的混合待測氣體送氣體分離柱先后分離出不同的待測氣體，再將分離出的待測氣體傳送到氣體傳感器陣列進(jìn)行濃度檢測，濃度檢測值由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置進(jìn)行處理，其特征在于所述的待測氣體傳送到氣體傳感器陣列進(jìn)行濃度檢測，檢測到的濃度值由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置進(jìn)行處理與控制的做法為先由高濃度氣體傳感器陣列對待測氣體進(jìn)行檢測得到一次檢測值，再由數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置對一次檢測值進(jìn)行判定，若一次檢測值大于設(shè)定的所測氣體濃度的限度閾值，則數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置將一次檢測值作為檢測結(jié)果；否則，數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置控制低濃度氣體傳感器陣列對相應(yīng)的待測氣體進(jìn)行二次檢測，二次檢測值作為檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法，其特征是所述的高濃度氣體傳感器陣列檢測得到的一次檢測值和低濃度氣體傳感器陣列檢測得到的二次檢測值，按照如下方法進(jìn)行計(jì)算得到計(jì)算出高濃度氣體傳感器陣列中多個(gè)傳感器得到的同種氣體的檢測值的平均值和均方差，或者低濃度氣體傳感器陣列中多個(gè)傳感器檢測出的檢測值的平均值和均方差；若均方差與其平均值之比小于設(shè)定的失效閾值，則判定有效，其平均值作為高濃度氣體傳感器陣列的一次檢測值或低濃度氣體傳感器陣列的二次檢測值；否則，判定無效，對該種氣體的濃度不進(jìn)行處理。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法的裝置，其組成是氣體采集支路的組成為油氣分離裝置(1)第一輸出口(G1)，1號電磁閥(2)，電磁十通閥(6)第一接口(J1)、第二接口(J2)，1號定量管(4)，電磁十通閥(6)第五接口(J5)、第六接口(J6)，2號定量管(5)，電磁十通閥(6)第九接口(J9)、第十接口(J10)，2號電磁閥(3)，油氣分離裝置(1)第二輸出口(G2)依次相接；高濃度氣體檢測支路的組成為1號定量管(4)，電磁十通閥(6)第五接口(J5)、第四接口(J4)，1號針閥(7)，1號氣阻(9)，1號氣相色譜分離柱(11)，高濃度氣體傳感器陣列(15)依次相接；低濃度氣體檢測支路的組成為2號定量管(5)，電磁十通閥(6)第六接口(J6)、第七接口(J7)，2號針閥(8)，2號氣阻(10)，2號氣相色譜分離柱(12)，電磁四通閥(14)第一接口(C1)、第三接口(C3)，低濃度氣體傳感器陣列(16)依次相接；載氣支路的組成為載氣瓶(21)、3號電磁閥(22)、減壓閥(23)、四通(24)的進(jìn)氣口(IN)及第三出氣口(O3)、3號穩(wěn)壓閥(27)、3號針閥(28)、電磁四通閥(14)第四接口(C4)、電磁四通閥(14)第二接口(C2)、3號氣阻(13)依次相接；載氣支路中的四通(24)的第一出氣口(O1)通過1號穩(wěn)壓閥(25)與電磁十通閥(6)第三接口(J3)相連；該四通(24)的第二出氣口(O2)則通過2號穩(wěn)壓閥(26)與電磁十通閥(6)第八接口(J8)依次相接；高、低濃度氣體傳感器陣列(15、16)的信號輸出端與數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的信號輸入端相連；1、2、3號電磁閥(2、3、22)、電磁十通閥(6)、電磁四通閥(14)的控制端與數(shù)據(jù)處理及檢測控制裝置的相應(yīng)控制端相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法的裝置，其特征在于所述的高、低濃度氣體傳感器陣列(15、16)分別由可檢測牽引變壓器油中各種溶解氣體的多個(gè)傳感器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法的裝置，其特征在于所述的載氣瓶(21)中的載氣為氧氣和氮?dú)獍?∶2～3的重量比組成的混合氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種牽引變壓器油中溶解氣體的自適應(yīng)監(jiān)測方法及其裝置，該方法及其專用裝置先由高濃度氣體傳感器陣列對待測氣體進(jìn)行檢測得到一次檢測值，若一次檢測值大于所設(shè)限度閾值，則將一次檢測值作為檢測結(jié)果；否則，控制低濃度氣體傳感器陣列對相應(yīng)的待測氣體進(jìn)行二次檢測，計(jì)算得到的二次檢測值并作為檢測結(jié)果。同時(shí)通過判斷傳感器陣列中各傳感器檢測值的平均值與均方差的比值是否超過設(shè)定值實(shí)現(xiàn)傳感器陣列是否正常工作的自診斷。該方法的測量精度高，重復(fù)性好，使用壽命長，檢測成本低。
文檔編號G01N1/34GK101059525SQ200710049110
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者周利軍, 吳廣寧, 湯浩, 高仕斌, 陳維榮, 高波, 李瑞芳, 張血琴, 周凱 申請人:西南交通大學(xué)