基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法和系统、监测器和监测方法与流程

本发明涉及一种传感器阵列计算方法和系统、监测器和监测方法，尤其是一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法和系统、监测器和监测方法。

背景技术：

氢气、一氧化碳、烃类三种气体绝缘油中气体含量是诊断变压器故障的重要依据，可以选择三个分别检测氢气、一氧化碳、烃类的电化学传感器进行气体检测，各传感器分别对三个气体起主要测试作用，由于存在交叉干扰每个传感器对三类气体都会产生响应，因此传感器测量到的数据为三种气体浓度的合成值，此时检测到的数据不能作为气体浓度真实值，

即使混合气体中没有三类气体，三个传感器也能检测到不为零的值，称这三个值为“基线”，它是由三类气体之外的其他气体的干扰造成的。

技术实现要素：

本发明的客体是一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法，

本发明的客体是一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统，

本发明的客体是一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测器，

本发明的客体是一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测方法。

为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法和系统、监测器和监测方法，因此利用三个传感器对三类气体反应的差异，从测量数据中区分出各种不同的气体的实际浓度。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法，其步骤是：

步骤100：通过在已知标准标气上进行检测的nu、nt、nk，计算出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0，

步骤200：由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3推导出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3，

步骤300：由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3得到qu、qt、qk，

变压器绝缘油中气体是指：氢气、一氧化碳、烃类气体，

nu：监测器测量的氢气读数、nt：监测器测量的一氧化碳读数、nk：监测器测量的烃类读数、nu0：氢气基线、nt0：一氧化碳基线、nk0：烃类基线、qu：氢气含量、qt：一氧化碳含量、qk：烃类含量、r1：氢气对氢气传感器的影响系数、r2：一氧化碳对氢气传感器的影响系数、r3：烃类气体对氢气传感器的影响系数、t1：氢气对一氧化碳传感器的影响系数、t2：一氧化碳对一氧化碳传感器的影响系数、t3：烃类气体对一氧化碳传感器的影响系数、k1：氢气对烃类传感器的影响系数、k2：一氧化碳对烃类传感器的影响系数、k3：烃类气体对烃类传感器的影响系数、nu：氢气净读数即nu=nu-nu0、nt：一氧化碳净读数即nt=nt-nt0、nk：烃类净读数即nk=nk-nk0、r1：氢气读数对氢气含量的影响系数、r2：一氧化碳读数对氢气含量的影响系数、r3：烃类读数对氢气含量的影响系数、t1：氢气读数对一氧化碳含量的影响系数、t2：一氧化碳读数对一氧化碳含量的影响系数、t3：烃类读数对一氧化碳含量的影响系数、k1：氢气读数对烃类含量的影响系数、k2：一氧化碳读数对烃类含量的影响系数、k3：烃类读数对烃类含量的影响系数。

由于设计了上述步骤，利用三个传感器对三类气体反应的差异，从测量数据中区分出各种不同的气体的实际浓度。

本发明设计了，步骤100具体包含有一下内容：

nu=r1qu+r2qt+r3qk+nu01.1

nt=t1qu+t2qt+t3qk+nt01.2

nk=k1qu+k2qt+k3qk+nk01.3

r1qu+r2qt+r3qk=nu1.4

t1qu+t2qt+t3qk=nt1.5

k1qu+k2qt+k3qk=nk1.6

本发明设计了，步骤200具体包含有一下内容：

r1=(t2k3-t3k2)/δ

r2=(r3k2-r2k3)/δ

r3=(r2t3-r3t2)/δ

t1=(t3k1-t1k3)/δ

t2=(r1k3-r3k1)/δ

t3=(r3t1-r1t3)/δ

k1=(t1k2-t2k1)/δ

k2=(r2k1-r1k2)/δ

k3=(r1t2-r2t1)/δ

式中，δ=r1t2k3+r2t3k1+r3t1k2-r1t3k2-r2t1k3-r3t2k1，

本发明设计了，步骤300具体包含有一下内容：

qu=r1nu+r2nt+r3nk1.7

qt=t1nu+t2nt+t3nk1.8

qk=k1nu+k2nt+k3nk1.9

本发明设计了，其步骤是：

一、将三个基线nu0、nt0、nk0初始化为0，

二、将氢气基线nu0作为常数，在氢气标气、一氧化碳标气和烃类标气上分别检测得到的氢气读数代入式1.1，得到三元线性方程组：

nuu=r1quu+r2qut+r3quk+nu02.1

ntu=r1qtu+r2qtt+r3qtk+nu02.2

nku=r1qku+r2qkt+r3qkk+nu02.3

式中，nuu、ntu、nku：氢气标气、一氧化碳标气、烃类标气上分别检测的氢气读数

quu、qut、quk：氢气标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量即已标定，

qtu、qtt、qtk：一氧化碳标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量即已标定，qku、qkt、qkk：烃类标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量即已标定，

求解以上三式得到三个系数r1、r2和r3，

三、将一氧化碳基线nt0作为常数，在氢气标气、一氧化碳标气和烃类标气上分别检测得到的一氧化碳读数代入式1.2，得到三元线性方程组：

nut=t1quu+t2qut+t3quk+nt02.4

ntt=t1qtu+t2qtt+t3qtk+nt02.5

nkt=t1qku+t2qkt+t3qkk+nt02.6

式中，nut、ntt、nkt：氢气标气、一氧化碳标气、烃类标气上分别检测的一氧化碳读数，

求解以上三式得到三个系数t1、t2和t3，

四、将烃类基线nk0作为常数，在氢气标气、一氧化碳标气和烃类标气上分别检测得到的烃类读数代入式1.3，得到三元线性方程组：

nuk=k1quu+k2qut+k3quk+nk02.7

ntk=k1qtu+k2qtt+k3qtk+nk02.8

nkk=k1qku+k2qkt+k3qkk+nk02.9

式中，nuk、ntk、nkk：氢气标气、一氧化碳标气、烃类标气上分别检测的烃类读数

求解以上三式得到三个系数k1、k2和k3，

五、将求出的r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0的三种气体含量代入式1.4、式1.5和式1.6，得到：

r1qzu+r2qzt+r3qzk=nu2.4

t1qzu+t2qzt+t3qzk=nt2.5

k1qzu+k2qzt+k3qzk=nk2.6

式中，qzu、qzt、qzk：零值标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量（已知），

由以上三式可计算出零值标气理论上的氢气净读数、一氧化碳净读数、烃类净读数，

六、将零值标气中的氢气读数、一氧化碳读数、烃类读数分别减去氢气净读数、一氧化碳净读数、烃类净读数，得到氢气基线、一氧化碳基线、烃类基线，

七、将步骤六计算得出的氢气基线、一氧化碳基线、烃类基线看做常数，返回步骤二，重新计算r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、，如此反复迭代五次后，三个气体基线和r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3数值基本稳定，就不需要增加迭代次数，

八、通过式1.4、式1.5和式1.6，可以得到式1.7、式1.8和式1.9，从而由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3转换为r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3：

r1=(t2k3-t3k2)/δ2.7

r2=(r3k2-r2k3)/δ2.8

r3=(r2t3-r3t2)/δ2.9

t1=(t3k1-t1k3)/δ2.10

t2=(r1k3-r3k1)/δ2.11

t3=(r3t1-r1t3)/δ2.12

k1=(t1k2-t2k1)/δ2.13

k2=(r2k1-r1k2)/δ2.14

k3=(r1t2-r2t1)/δ2.15

式中，δ=r1t2k3+r2t3k1+r3t1k2-r1t3k2-r2t1k3-r3t2k12.16

九、将混合标气检测得到的三个气体读数减去刚刚得到的三个气体基线，得到三个气体的净读数，再利用刚刚计算出的r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3，通过式1.7、式1.8和式1.9计算出混合标气中三种气体的含量，然后和混合标气的已知三种气体含量进行对比，如果误差在允许的范围内，则监测器标定系数有效，结束标定工作，如果误差超过允许的范围，则标定失败，重新进行标定。

本发明设计了，一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统，包含有以下内容：

通过在已知标准标气上进行检测、计算出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0建立单元10，

由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3推导出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3建立单元20，

由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3得到qu、qt、qk建立单元30。

本发明设计了，一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测器，包含有以下内容：在监测器中储存有基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统，

本发明设计了，基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统根据上述基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法获得，

本发明设计了，监测器在标定时，各个标准标气中三种气体的含量已知，测得三个气体读数后，再计算出监测器系数和基线。标定时，有五个个标准标气可供使用，他们的三类气体浓度值均为已知，只是浓度值各不相同，分别为：

氢气标气的氢气含量较高，一氧化碳和烃类含量较低，

一氧化碳标气的一氧化碳含量较高，氢气和烃类含量较低，

烃类标气的烃类含量较高，氢气和一氧化碳含量较低，

混合标气的氢气、一氧化碳和烃类含量均较高，

零值标气的氢气、一氧化碳和烃类含量均较低，接近传感器基线值。

本发明设计了，一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测方法，包含有以下内容：

在cpu中应用基于变压器绝缘油中气体含量的监测器进行控制。

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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法的流程图，

图2为本发明的一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测器的结构示意图。

具体实施方式

根据审查指南，对本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语应当理解为不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

下面结合实施例，对本发明进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法，本发明的第一个实施例之一，其步骤是：

步骤100：通过在已知标准标气上进行检测的nu、nt、nk，计算出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0，

步骤200：由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3推导出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3，

步骤300：由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3得到qu、qt、qk，

变压器绝缘油中气体是指：氢气、一氧化碳、烃类气体，

nu：监测器测量的氢气读数、nt：监测器测量的一氧化碳读数、nk：监测器测量的烃类读数、nu0：氢气基线、nt0：一氧化碳基线、nk0：烃类基线、qu：氢气含量、qt：一氧化碳含量、qk：烃类含量、r1：氢气对氢气传感器的影响系数、r2：一氧化碳对氢气传感器的影响系数、r3：烃类气体对氢气传感器的影响系数、t1：氢气对一氧化碳传感器的影响系数、t2：一氧化碳对一氧化碳传感器的影响系数、t3：烃类气体对一氧化碳传感器的影响系数、k1：氢气对烃类传感器的影响系数、k2：一氧化碳对烃类传感器的影响系数、k3：烃类气体对烃类传感器的影响系数、nu：氢气净读数即nu=nu-nu0、nt：一氧化碳净读数即nt=nt-nt0、nk：烃类净读数即nk=nk-nk0、r1：氢气读数对氢气含量的影响系数、r2：一氧化碳读数对氢气含量的影响系数、r3：烃类读数对氢气含量的影响系数、t1：氢气读数对一氧化碳含量的影响系数、t2：一氧化碳读数对一氧化碳含量的影响系数、t3：烃类读数对一氧化碳含量的影响系数、k1：氢气读数对烃类含量的影响系数、k2：一氧化碳读数对烃类含量的影响系数、k3：烃类读数对烃类含量的影响系数。

在本实施例中，步骤100具体包含有一下内容：

nu=r1qu+r2qt+r3qk+nu01.1

nt=t1qu+t2qt+t3qk+nt01.2

nk=k1qu+k2qt+k3qk+nk01.3

r1qu+r2qt+r3qk=nu1.4

t1qu+t2qt+t3qk=nt1.5

k1qu+k2qt+k3qk=nk1.6

在本实施例中，步骤200具体包含有一下内容：

r1=(t2k3-t3k2)/δ

r2=(r3k2-r2k3)/δ

r3=(r2t3-r3t2)/δ

t1=(t3k1-t1k3)/δ

t2=(r1k3-r3k1)/δ

t3=(r3t1-r1t3)/δ

k1=(t1k2-t2k1)/δ

k2=(r2k1-r1k2)/δ

k3=(r1t2-r2t1)/δ

式中，δ=r1t2k3+r2t3k1+r3t1k2-r1t3k2-r2t1k3-r3t2k1，

在本实施例中，步骤300具体包含有一下内容：

qu=r1nu+r2nt+r3nk1.7

qt=t1nu+t2nt+t3nk1.8

qk=k1nu+k2nt+k3nk1.9

监测器在标定时，各个标准标气中三种气体的含量已知，测得三个气体读数后，再计算出监测器系数和基线。标定时，有五个个标准标气可供使用，他们的三类气体浓度值均为已知，只是浓度值各不相同，分别为：

氢气标气的氢气含量较高，一氧化碳和烃类含量较低。

一氧化碳标气的一氧化碳含量较高，氢气和烃类含量较低。

烃类标气的烃类含量较高，氢气和一氧化碳含量较低。

混合标气的氢气、一氧化碳和烃类含量均较高。

零值标气的氢气、一氧化碳和烃类含量均较低，接近传感器基线值

本发明的第一个实施例之二，其步骤是：

一、将三个基线nu0、nt0、nk0初始化为0，

二、将氢气基线nu0作为常数，在氢气标气、一氧化碳标气和烃类标气上分别检测得到的氢气读数代入式1.1，得到三元线性方程组：

nuu=r1quu+r2qut+r3quk+nu02.1

ntu=r1qtu+r2qtt+r3qtk+nu02.2

nku=r1qku+r2qkt+r3qkk+nu02.3

式中，nuu、ntu、nku：氢气标气、一氧化碳标气、烃类标气上分别检测的氢气读数

quu、qut、quk：氢气标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量即已标定，

qtu、qtt、qtk：一氧化碳标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量即已标定，qku、qkt、qkk：烃类标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量即已标定，

求解以上三式得到三个系数r1、r2和r3，

三、将一氧化碳基线nt0作为常数，在氢气标气、一氧化碳标气和烃类标气上分别检测得到的一氧化碳读数代入式1.2，得到三元线性方程组：

nut=t1quu+t2qut+t3quk+nt02.4

ntt=t1qtu+t2qtt+t3qtk+nt02.5

nkt=t1qku+t2qkt+t3qkk+nt02.6

式中，nut、ntt、nkt：氢气标气、一氧化碳标气、烃类标气上分别检测的一氧化碳读数。

求解以上三式得到三个系数t1、t2和t3，

四、将烃类基线nk0作为常数，在氢气标气、一氧化碳标气和烃类标气上分别检测得到的烃类读数代入式1.3，得到三元线性方程组：

nuk=k1quu+k2qut+k3quk+nk02.7

ntk=k1qtu+k2qtt+k3qtk+nk02.8

nkk=k1qku+k2qkt+k3qkk+nk02.9

式中，nuk、ntk、nkk：氢气标气、一氧化碳标气、烃类标气上分别检测的烃类读数

求解以上三式得到三个系数k1、k2和k3，

五、将求出的r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0的三种气体含量代入式1.4、式1.5和式1.6，得到：

r1qzu+r2qzt+r3qzk=nu2.4

t1qzu+t2qzt+t3qzk=nt2.5

k1qzu+k2qzt+k3qzk=nk2.6

式中，qzu、qzt、qzk：零值标气中的氢气、一氧化碳、烃类含量（已知）。

由以上三式可计算出零值标气理论上的氢气净读数、一氧化碳净读数、烃类净读数，

六、将零值标气中的氢气读数、一氧化碳读数、烃类读数分别减去氢气净读数、一氧化碳净读数、烃类净读数，得到氢气基线、一氧化碳基线、烃类基线，

七、将步骤六计算得出的氢气基线、一氧化碳基线、烃类基线看做常数，返回步骤二，重新计算r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、，如此反复迭代五次后，三个气体基线和r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3数值基本稳定，就不需要增加迭代次数，

八、通过式1.4、式1.5和式1.6，可以得到式1.7、式1.8和式1.9，从而由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3转换为r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3：

r1=(t2k3-t3k2)/δ2.7

r2=(r3k2-r2k3)/δ2.8

r3=(r2t3-r3t2)/δ2.9

t1=(t3k1-t1k3)/δ2.10

t2=(r1k3-r3k1)/δ2.11

t3=(r3t1-r1t3)/δ2.12

k1=(t1k2-t2k1)/δ2.13

k2=(r2k1-r1k2)/δ2.14

k3=(r1t2-r2t1)/δ2.15

式中，δ=r1t2k3+r2t3k1+r3t1k2-r1t3k2-r2t1k3-r3t2k12.16

九、将混合标气检测得到的三个气体读数减去刚刚得到的三个气体基线，得到三个气体的净读数，再利用刚刚计算出的r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3，通过式1.7、式1.8和式1.9计算出混合标气中三种气体的含量，然后和混合标气的已知三种气体含量进行对比，如果误差在允许的范围内，则监测器标定系数有效，结束标定工作，如果误差超过允许的范围，则标定失败，重新进行标定。

nu、nt、nk：监测器测量的氢气读数、一氧化碳读数、烃类读数

②nu0、nt0、nk0：氢气基线、一氧化碳基线、烃类基线。

③qu、qt、qk：氢气含量、一氧化碳含量、烃类含量。

④r1、r2、r3：氢气、一氧化碳、烃类气体对氢气传感器的影响系数

⑤t1、t2、t3：氢气、一氧化碳、烃类气体对一氧化碳传感器的影响系数

⑥k1、k2、k3：氢气、一氧化碳、烃类气体对烃类传感器的影响系数

nu=nu-nu0：扣除氢气基线后，氢气净读数。

②nt=nt-nt0：扣除一氧化碳基线后，一氧化碳净读数。

③nk=nk-nk0：扣除烃类基线后，烃类净读数。

r1、r2、r3：氢气读数、一氧化碳读数、烃类读数对氢气含量的影响系数。t1、t2、t3：氢气读数、一氧化碳读数、烃类读数对一氧化碳含量的影响系数。k1、k2、k3：氢气读数、一氧化碳读数、烃类读数对烃类含量的影响系数。

一种基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统，包含有以下内容：

通过在已知标准标气上进行检测，计算出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0建立单元10，

由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3推导出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3建立单元20，

由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3得到qu、qt、qk建立单元30。

一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测器，包含有以下内容：在监测器中储存有基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统，

在本实施例中，基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列系统根据上述基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法获得，

步骤100：通过在已知标准标气上进行检测，计算出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3、nu0、nt0、nk0，

步骤200：由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3推导出r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3，

步骤300：由r1、r2、r3、t1、t2、t3、k1、k2、k3得到qu、qt、qk，

一种基于变压器绝缘油中气体含量的监测方法，包含有以下内容：

在cpu中应用基于变压器绝缘油中气体含量的监测器进行控制。

上述实施例只是本发明所提供的基于变压器绝缘油中气体含量的传感器阵列计算方法和系统、监测器和监测方法的一种实现形式，根据本发明所提供的方案的其他变形，增加或者减少其中的成份或步骤，或者将本发明用于其他的与本发明接近的技术领域，均属于本发明的保护范围。