一种变压器检测系统和故障诊断方法技术方案

本发明专利技术属于变压器故障检测技术领域，公开了一种变压器检测系统和故障诊断方法，所述变压器检测系统包括：变压器、抽油模块、油气分离模块、光声光谱采集模块、主控模块、无线通信模块、计算机、散热优化模块、故障预测模块、报警模块。本发明专利技术通过光声光谱采集模块采用MEMS光声传感器结合近红外激光二极管对抽取的气体进行采集声波、光谱数据信息，降低检测系统成本，缩小了体积，更加稳定，检测结果更加精准；另外，通过散热优化模块改善高过载变压器内部结构进行散热，增加了高过载变压器的使用寿命；同时，通过故障预测模块可以预测未来任意时刻变压器油中特征气体含量并对变压器进行的故障预判与维修措施。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器检测系统和故障诊断方法
本专利技术属于变压器故障检测
，尤其涉及一种变压器检测系统和故障诊断方法。
技术介绍
变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。电路符号常用T当作编号的开头.例:T01,T201等。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成；两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线(或铝线)绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈(或原线圈)，另一个线圈接用电器称为次级线圈(或副线圈)。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损(线圈电阻发热)、铁损(铁心发热)和漏磁(经空气闭合的磁感应线)等，为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流(副线圈开路原线圈线圈中的电流)。例如电力变压器在满载运行时(副线圈输出额定功率)即接近理想变压器情况。油中溶解气体是表征运行电力变压器早期潜伏性故障的重要特征量之一，油中溶解气体的在线监测技术在变压器运行状态的在线评估及剩余寿命的预测领域具有良好的应用前景。目前，变压器油中溶解气体在线监测装置中所用的气体检测方法主要是气相色谱法、气敏传感器法、傅立叶红外光谱法等，但在长期使用中，这些方法存在取样复杂、交叉敏感、长期稳定性差、检测气体组分不够齐全等缺点，监测结果不准确；由于处于正常工作中的高过载变压器，其内部的铁心、高低压绕组以及其它结构件都不可避免的会产生损耗，导致使用寿命短；同时，不能在故障尚未破坏设备时，提前发现故障信号，容易对设备造成损坏。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)传统的变压器故障检测方法存在取样复杂、交叉敏感、长期稳定性差、检测气体组分不够齐全等缺点，监测结果不准确；(2)由于处于正常工作中的高过载变压器，其内部的铁心、高低压绕组以及其它结构件都不可避免的会产生损耗，导致使用寿命短(3)不能在故障尚未破坏设备时，提前发现故障信号，容易对设备造成损坏。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种变压器检测系统和故障诊断方法。本专利技术是这样实现的，一种变压器检测系统的故障诊断方法，所述变压器检测系统的故障诊断方法包括以下步骤：步骤一，通过抽油模块利用回油泵抽取变压器内的油气；通过油气分离模块利用油气分离装置将抽取的油气进行分离；步骤二，通过光声光谱采集模块利用MEMS光声传感器结合近红外激光二极管对抽取的气体进行采集声波、光谱数据信息；步骤三，主控模块通过无线通信模块利用无线发射器将采集的声波、光谱数据发送到计算机进行监测处理；步骤四，通过散热优化模块在变压器模型中预设不同形状结构及安装位置的扰流板后进行温度-流体场仿真，优化变压器的散热操作；步骤五，通过计算机对声波、光谱数据进行处理计算，得到变压器油溶解气体中故障气体的浓度含量；步骤六，通过故障预测模块利用数据处理软件对变压器油中溶解气体的历史浓度数据优化为序列样本，建立完ARMA模型预测未来任意时刻变压器油中特征气体含量，并做出故障预测及诊断；步骤七，通过报警模块利用报警器监测故障信号进行及时报警通知。进一步，所述步骤二中，光声光谱采集模块在对光声信号进行采集后，利用测得的光声信号，反演故障气体的体积分数，具体包括：设SPA为光声信号，Ccell为池常数，Ntot为总的气体分子数密度，σ为气体的吸收横截面，c为气体体积分数，P为激光功率，用m条激光谱线分析n组分气体(m≥n)，可以得到m条谱线下的光声信号，根据光声信号与气体体积分数间的关系式SPA＝CcellNtotcδP，对于气体各组分的体积分数，建立求解方程组：式中，Si为谱线i下的光声信号；Pi为谱线i的功率；Ntot为总的粒子数密度；σik为气体组分k在谱线i下的吸收横截面，ck为气体体积分数，若气体间不存在交叉吸收，即σik＝0(i≠k)时，简化为：进一步，所述步骤五中对油溶解气体中故障气体的浓度含量的采用以下计算模型：式中，t为油室的温度；Pa为油室的压力；P0为环境大气压；Ki为试验温度下，气液两相平衡后i气体组分的分配系数，即奥斯特瓦尔德系数；Cio为液相中i气体组分的体积分数；Cig为气相中i气体组分的体积分数；Vo和Vg分别为油样和气室的体积。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述变压器检测系统的故障诊断方法的变压器检测系统，所述变压器检测系统包括：抽油模块，与变压器、油气分离模块连接，用于通过回油泵抽取变压器内的油气；油气分离模块，与抽油模块、光声光谱采集模块连接，用于通过油气分离装置将抽取的油气进行分离；光声光谱采集模块，与油气分离模块、主控模块连接，用于通过MEMS光声传感器结合近红外激光二极管对抽取的气体进行采集声波、光谱数据信息；主控模块，与光声光谱采集模块、无线通信模块、散热优化模块、故障预测模块、报警模块连接，用于通过PLC单片机控制各个模块正常工作；无线通信模块，与主控模块、计算机连接，用于通过无线发射器将采集的声波、光谱数据发送到计算机进行监测处理；散热优化模块，与主控模块连接，用于通过在变压器模型中预设不同形状结构及安装位置的扰流板后进行温度-流体场仿真，优化变压器的散热操作；故障预测模块，与主控模块连接，用于通过数据处理软件对变压器油中溶解气体的历史数据优化为序列样本，建立完ARMA模型预测未来任意时刻变压器油中特征气体含量，并做出故障预测及诊断；报警模块，与主控模块连接，用于通过报警器监测故障信号进行及时报警通知。本专利技术的另一目的在于提供一种使用所述变压器检测系统的故障诊断方法的变压器。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过光声光谱采集模块采用MEMS光声传感器结合近红外激光二极管对抽取的气体进行采集声波、光谱数据信息，降低检测系统成本，缩小了体积，更加稳定，检测结果更加精准；光声光谱技术作为一种光学检测技术，它自身不需要消耗及分离气体，且在灵敏度、选择性、动态检测范围等方面显示了独特的优点，其在变压器油中溶解气体在线监测
具有巨大的应用潜力。另外，通过散热优化模块在变压器模型中预设不同形状结构及安装位置的扰流板后进行温度-流体场仿真，筛选出仿真结果满足筛选条件的扰流板，并在实际的高过载变压器内壁上安装与所筛选出扰流板结构及位置相同的扰流板，从而增加实际的高过载变压器中油流与箱壁的接触面积，增加局部油流的流速，提高对流散热效率，有效改善植物绝缘油变压器整体的散热性能，因此可以通过改善高过载变压器内部结构进行散热，增加了高过载变压器的使用寿命；同时，通过故障预测模块对变压器个体油中溶解气体历史在线数据优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器检测系统的故障诊断方法，其特征在于，所述变压器检测系统的故障诊断方法包括以下步骤：步骤一，通过抽油模块利用回油泵抽取变压器内的油气；通过油气分离模块利用油气分离装置将抽取的油气进行分离；步骤二，通过光声光谱采集模块利用MEMS光声传感器结合近红外激光二极管对抽取的气体进行采集声波、光谱数据信息；步骤三，主控模块通过无线通信模块利用无线发射器将采集的声波、光谱数据发送到计算机进行监测处理；步骤四，通过散热优化模块在变压器模型中预设不同形状结构及安装位置的扰流板后进行温度‑流体场仿真，优化变压器的散热操作；步骤五，通过计算机对声波、光谱数据进行处理计算，得到变压器油溶解气体中故障气体的浓度含量；步骤六，通过故障预测模块利用数据处理软件对变压器油中溶解气体的历史浓度数据优化为序列样本，建立完ARMA模型预测未来任意时刻变压器油中特征气体含量，并做出故障预测及诊断；步骤七，通过报警模块利用报警器监测故障信号进行及时报警通知。

【技术特征摘要】
1.一种变压器检测系统的故障诊断方法，其特征在于，所述变压器检测系统的故障诊断方法包括以下步骤：步骤一，通过抽油模块利用回油泵抽取变压器内的油气；通过油气分离模块利用油气分离装置将抽取的油气进行分离；步骤二，通过光声光谱采集模块利用MEMS光声传感器结合近红外激光二极管对抽取的气体进行采集声波、光谱数据信息；步骤三，主控模块通过无线通信模块利用无线发射器将采集的声波、光谱数据发送到计算机进行监测处理；步骤四，通过散热优化模块在变压器模型中预设不同形状结构及安装位置的扰流板后进行温度-流体场仿真，优化变压器的散热操作；步骤五，通过计算机对声波、光谱数据进行处理计算，得到变压器油溶解气体中故障气体的浓度含量；步骤六，通过故障预测模块利用数据处理软件对变压器油中溶解气体的历史浓度数据优化为序列样本，建立完ARMA模型预测未来任意时刻变压器油中特征气体含量，并做出故障预测及诊断；步骤七，通过报警模块利用报警器监测故障信号进行及时报警通知。2.如权利要求1所述的变压器检测系统的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，光声光谱采集模块在对光声信号进行采集后，利用测得的光声信号，反演故障气体的体积分数，具体包括：设SPA为光声信号，Ccell为池常数，Ntot为总的气体分子数密度，σ为气体的吸收横截面，c为气体体积分数，P为激光功率，用m条激光谱线分析n组分气体(m≥n)，可以得到m条谱线下的光声信号，根据光声信号与气体体积分数间的关系式SPA＝CcellNtotcδP，对于气体各组分的体积分数，建立求解方程组：式中，Si为谱线i下的光声信号；Pi为谱线i的功率；Ntot为总的粒子数密度；σik为气体组分k在谱线i下的吸收横截面，ck为气体体积分数，若气体间不存在交叉吸收，即...

【专利技术属性】
技术研发人员：王南兰，李建奇，杨民生，黄世付，陈慧希，张祥，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43