一种变压器故障类型的状态诊断系统的制作方法

本发明涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及一种变压器故障类型的状态诊断系统。

背景技术：

变压器多是充油式变压器，以绝缘油作为绝缘和散热的介质。在实际运行中，变压器绝缘油和固体绝缘材料在电和热的作用下，会逐渐老化、分解、产生溶解在油中的特征气体，当存在潜伏性缺陷时，这些气体的产生速度和溶解在绝缘油中的数量都会增加，而故障气体的组成和含量与设备故障类型及严重程度有着密切关系。因此，监测变压器绝缘油的溶解气体情况是监视变压器运行的重要手段之一，能够有助于及早发现其内部早期的绝缘缺陷，并通过及时的故障诊断与状态评价，以采取具体处理措施，避免其恶性发展。但由于设备实际故障与运行环境复杂、故障类型判别知识不完备、故障关键信息模糊等难题，导致现有变压器绝缘油中溶解气体状态监测装置主要是实现检测绝缘油油中特征气体，尚不具备故障类型诊断的能力。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种变压器故障类型的状态诊断系统，具体技术方案如下：

一种变压器故障类型的状态诊断系统包括油样采集模块、油气分离模块、气体分离模块、气体检测模块、数据处理模块、数据传输模块；所述油样采集模块用于采集变压器本体中的绝缘油并将采集到的变压器本体中的绝缘油输入至油气分离模块；油气分离模块用于分离油样采集模块采集的变压器本体中的绝缘油与绝缘油中溶解的混合气体并将分离出来的混合气体输入至气体分离模块；气体分离模块用于分离从油气分离模块中分离出来的混合气体的各个气体组分并将分离出来的各个气体组分输入至气体检测模块；气体检测模块用于检测从气体分离模块输入的各个气体组分的浓度并将各个气体组分的浓度转化为电信号输入至数据处理模块；数据处理模块用于采集气体检测模块检测出来的各个气体组分浓度的数据并进行处理、存储，诊断变压器故障类型，将各个气体组分浓度数据和变压器故障类型诊断结果输入至数据传输模块；数据传输模块用于将数据处理模块输入的各个气体组分浓度数据和变压器识故障类型诊断结果上传至状态监测评价中心；所述油样采集模块、油气分离模块、气体分离模块、气体检测模块、数据处理模块、数据传输模块依次连接。

进一步，所述油样采集模块包括进油管、回油管、2个油阀、空气增压泵；所述进油管的一端与变压器的注油阀连接，进油管上设置油阀，进油管的另一端与空气增压泵连接；回油管的一端与变压器的排油阀连接，回油管上设置油阀，回油管的另一端与空气增压泵连接。

进一步，所述油气分离模块包括变径活塞泵。

进一步，所述气体分离模块包括复合气相色谱柱，所述复合气相色谱柱设置2根。

进一步，气体检测模块包括电阻型半导体气体传感器。

进一步，所述数据处理模块包括a/d转换芯片、微控制器。

进一步，所述数据传输模块包括通信板卡。

进一步，所述数据处理模块采用样例检索算法诊断变压器故障类型，包括以下步骤：

（1）建立故障样例库

收集500个以上变压器真实故障时变压器绝缘油中溶解的故障样例，并在训练后建立故障样例库；设训练后有n种故障类型；以变压器真实故障时变压器绝缘油中溶解的全部混合气体为特征气体，设故障样例库中的全部特征气体为w个；x为故障样例矩阵，则故障样例矩阵；

（2）变量聚类分析

计算实测变压器绝缘油中溶解的混合气体中的特征气体与故障样例库中的故障样例的类属度以诊断变压器最为匹配的故障类型；所述故障样例库中的故障样例包括变压器绝缘油过热、变压器绝缘油及绝缘纸过热、变压器绝缘油纸中局部放电、变压器绝缘油中火花放电、变压器绝缘油中高能放电、变压器绝缘油和绝缘纸中高能放电；步骤包括：

1）计算特征气体的欧氏距离

以实测的变压器绝缘油中溶解的特征气体为特征指标，设特征指标的个数为m，设实测特征指标向量为y，则实测特征指标向量，；以欧式距离分别描述实测特征指标向量y与故障样例矩阵x各行向量的距离，计算公式如下：

；

其中i为故障样例矩阵x的行号，，j为特征气体编号，；

2）计算类属度

设为实测变压器故障与故障样例库中的各个故障类型的类属度，则的计算公式如下：

；

比较实测变压器故障与故障样例库中的各个故障类型的类属度大小，找到其中类属度的最大值，则实测变压器故障与故障样例矩阵x对应的第i行的行向量表示的故障类型最匹配，从而诊断出实测变压器故障与故障样例库中最为匹配的故障类型。

进一步，所述油阀为法兰型油阀。

进一步，所述进油管的表面、回油管的表面分别覆盖伴热带。

本发明成功实现了快速、准确、实时地检测出变压器的绝缘油中溶解气体成分与浓度，避免了变压器运维中欠缺长期稳定、精度可信监测手段的弊端，提供了用于在线评估分析变压器运行状态及剩余寿命的可靠数据。开创性将基于欧式距离的样例检索算法引入故障类型识别，克服了绝缘油中溶解气体数据模糊性和适用性问题，提升了识别故障的准确率和及时性，并达到了电力安全生产中风险、效能和成本综合最优的目标。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

一种变压器故障类型的状态诊断系统包括油样采集模块、油气分离模块、气体分离模块、气体检测模块、数据处理模块、数据传输模块；油样采集模块用于采集变压器本体中的绝缘油并将采集到的变压器本体中的绝缘油输入至油气分离模块；油气分离模块用于分离油样采集模块采集的变压器本体中的绝缘油与绝缘油中溶解的混合气体并将分离出来的混合气体输入至气体分离模块；气体分离模块用于分离从油气分离模块中分离出来的混合气体的各个气体组分并将分离出来的各个气体组分输入至气体检测模块；气体检测模块用于检测从气体分离模块输入的各个气体组分的浓度并将各个气体组分的浓度转化为电信号输入至数据处理模块；数据处理模块用于采集气体检测模块检测出来的各个气体组分浓度的数据并进行处理、存储，诊断变压器故障类型，将各个气体组分浓度数据和变压器故障类型诊断结果输入至数据传输模块；数据传输模块用于将数据处理模块输入的各个气体组分浓度数据和变压器识故障类型诊断结果上传至状态监测评价中心；油样采集模块、油气分离模块、气体分离模块、气体检测模块、数据处理模块、数据传输模块依次连接。

油样采集模块包括进油管、回油管、2个油阀、空气增压泵；进油管的一端与电力变压器的注油阀连接，进油管上设置油阀，进油管的另一端与空气增压泵连接；回油管的一端与电力变压器的排油阀连接，回油管上设置油阀，回油管的另一端与空气增压泵连接；油阀为法兰型油阀，进油管、回油管采用直径为8毫米、密度为8.96克每立方厘米的紫铜管，进油管的表面、回油管的表面分别覆盖伴热带，空气增压泵采用微型往复式空气增压泵，油流速度小于0.5m/s。

油气分离模块包括变径活塞泵，油气分离模块采用抽真空脱气法进行油气分离，通过采用采用变径活塞泵上下反复移动，多次扩容脱气、压缩集气，从而使绝缘油中溶解的气体迅速析出，其脱气效率为可在15分钟内分离油中95%以上的溶解气体，其油气室容积为350毫升。

气体分离模块包括复合气相色谱柱，可以自动分离混合气体中的h2、co、co2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2等气体组分，复合气相色谱柱设置2根，符合气相色谱柱采用gc系列的复合气相色谱柱。

气体检测模块包括电阻型半导体气体传感器，其测量精度为当绝缘油中溶解的气体含量大于10微升每升时的重复性小于10%，绝缘油中溶解的气体含量不大于10微升每升时的测量重复性小于20%。

数据处理模块包括a/d转换芯片、微控制器，a/d转换芯片采用24位以上adc系列的tm7707双通道a/d转换芯片；微控制器采用m058s系列微控制器。

数据传输模块包括通信板卡；通信板卡采用intel9301ct通信板卡。

数据处理模块采用样例检索算法诊断变压器故障类型，包括以下步骤：

收集500个以上变压器真实故障时变压器绝缘油中溶解的故障样例，并在训练后建立故障样例库；设训练后有n种故障类型；以变压器真实故障时变压器绝缘油中溶解的全部混合气体为特征气体，设故障样例库中的全部特征气体为w个；x为故障样例矩阵，则故障样例矩阵

；

例如，收集700个变压器真实故障时变压器绝缘油中溶解的混合气体样例，并在训练后建立故障样例库；其中383个变压器故障样例属于变压器过热，317个变压器故障样例属于变压器放电，训练后有6种故障类型，如表1所示，以变压器真实故障时变压器绝缘油中溶解的全部混合气体为特征气体，特征气体为h2、co、co2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2，故障样例库中的全部特征气体为7个；x为故障样例矩阵，则故障样例矩阵

；

表1变压器故障样例库

（2）变量聚类分析

计算实测变压器绝缘油中溶解的混合气体中的特征气体与故障样例库中的故障样例的类属度以诊断变压器最为匹配的故障类型；所述故障样例库中的故障样例包括变压器绝缘油过热、变压器绝缘油及绝缘纸过热、变压器绝缘油纸中局部放电、变压器绝缘油中火花放电、变压器绝缘油中高能放电、变压器绝缘油和绝缘纸中高能放电；步骤包括：

1）计算特征气体的欧氏距离

以实测的变压器绝缘油中溶解的特征气体为特征指标，设特征指标的个数为m，设实测特征指标向量为y，则实测特征指标向量，；以欧式距离分别描述实测特征指标向量y与故障样例矩阵x各行向量的距离，计算公式如下：

；

其中i为故障样例矩阵x的行号，，j为特征气体编号，；

2）计算类属度

设为实测变压器故障与故障样例库中的各个故障类型的类属度，则的计算公式如下：

；

比较实测变压器故障与故障样例库中的各个故障类型的类属度大小，找到其中类属度的最大值，则实测变压器故障与故障样例矩阵x对应的第i行的行向量表示的故障类型最匹配，从而诊断出实测变压器故障与故障样例库中最为匹配的故障类型。

将油样采集模块的进油管、回油管分别连接至变压器的注油阀、排油阀，并将所采集到的变压器绝缘油传输至油气分离模块中进行脱气。油气分离模块通过采用真空脱气的方式脱离、收集变压器绝缘油中溶解的混合气体，并通过0.2兆帕以上的载气将混合气体输入至气体分离模块分离。气体分离模块通过复合气相色谱柱分离h2、co、co2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2等各个组分气体，并将各个组分气体送至气体检测模块检测。气体检测模块通过电阻型半导体气体传感器依次检测被分离出的各个组分气体，并将各个组分气体的浓度信号输入至数据处理模块转换、存储，数据处理模块转换、存储与各个组分气体浓度成正比的数字信号，基于样例检索算法诊断变压器故障类型，并将数字信号和诊断结果输入至数据传输模块。数据传输模块采用intel9301ct通信板卡通过电力综合数据网传输数字信号和诊断结果至状态监测评价中心供设备运维人员监视、分析、调用。通过分析变压器的绝缘油中的溶解气体，并分析确认六种常见的设备故障类型：绝缘油过热、绝缘油及绝缘纸过热、绝缘油纸中局部放电、绝缘油中火花放电、绝缘油中高能放电、绝缘油和绝缘纸中高能放电，可判断变压器内部状态，跟踪异常的严重程度和发展速度，并采取相应的故障排查处理措施。通过分析变压器的绝缘油中溶解的气体可以发现在设备运行正常状态下，由于在热和电的作用下，变压器绝缘油和固体绝缘材料将老化分解出少量的可燃性气体，但产气速率比较缓慢；当出现潜伏性异常后，凭借绝缘油中特征气体含量，可跟踪判断设备内部异常的严重程度和发展速度，此时的气体含量和产气速率对于判断故障有无、严重程度及发展趋势更为直观。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。