用于检测变压器油中气体的系统、方法及变压器故障检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于检测变压器油中气体的系统、检测方法及变压器故障检测系统，此气体检测系统包括油气分离单元、气体流路单元、气体分离单元和气体检测单元；油气分离单元包括油气分离器和气室；气体流路单元包括气泵、气路管道和气室；气室安装于油气分离器上，用于收集油气分离器分离的气体；气路管道用于将气泵、气室、气体分离单元和气体检测单元依次相连；气泵用于提供载气，以将气室内的混合特征气体推入至气体分离单元；气体分离单元包括气相色谱芯片，用于分离混合特征气体；所述气体检测单元用于对分离后的特征气体的种类及含量进行检测。本发明专利技术具有实时检测、检测效率高、避免污染、检测精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
用于检测变压器油中气体的系统、方法及变压器故障检测系统
本专利技术主要涉及变压器油
，具体涉及一种用于检测变压器油中气体的系统、方法及变压器故障检测系统。
技术介绍
电力机车是轨道交通行业的运行载体，是中国经济大动脉中不可分割的重要组成部分。电力机车的动力，来源于外界接触网的25KV电压，该高压经过变压器，转变为多种低电压(比如970V电压)，从而为整车的牵引电机提供有效可用的能源。在电力机车正常行驶过程中，作为动力装置的重要组成部分，变压器运行的安全健康状态至关重要。电力机车变压器内部充满了变压器油，变压器油起到了散热、绝缘和消弧三大作用。在变压器正常运行过程中，变压器油会逐渐老化和分解，产生较少的低分子烃类等有机气体，以及一氧化碳、二氧化碳等无机气体。当变压器发生故障时，变压器油分解产生的烃类有机气体或碳类无机气体会明显增多，而特征气体的成分及相应含量，与变压器故障类型及严重程度有着紧密的关系。目前，对变压器油的检测工作，仍然依赖于人工定期的油色谱技术采样检测，该方式耗费时间久、维护成本高，同时人为定期采样，也存在着对变压器油多次污染等问题，这进一步加快了其内部损耗。另外，还有以电化学传感器、激光监测技术、超声监测技术为例的变压器内部油液状态监测技术，电化学传感器监测方式虽然速度快，但是在恶劣环境中的预期寿命不长；激光检测和超声监测技术无法避免混合气体所引起的交叉干扰问题，检测精度受限。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种实时检测、检测效率高、避免污染的变压器油的气体检测系统、方法及变压器故障检测系统。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种用于检测变压器油中气体的系统，包括油气分离单元、气体流路单元、气体分离单元和气体检测单元；所述油气分离单元包括油气分离器和气室，所述油气分离器的油液入口和油液出口均与电力机车变压器相连；所述气体流路单元包括气泵、气路管道和气室；所述气室安装于所述油气分离器上，用于收集油气分离器分离的气体；所述气路管道用于将气泵、气室、气体分离单元和气体检测单元依次相连；所述气泵用于提供载气，以将气室内的混合特征气体推入至气体分离单元；所述气体分离单元包括气相色谱芯片，所述气相色谱芯片的气流管道表面涂覆有固定相涂层，用于与混合特征气体发生反复的吸附和解吸附过程以分离混合特征气体；所述气体检测单元包括声表面波气体传感器，用于对分离后的特征气体的种类及含量进行检测。作为上述技术方案的进一步改进：所述气体分离单元还包括加热模块，用于对所述气相色谱芯片进行加热，以使其维持在额定温度范围内。还包括制冷片，用于维持所述声表面波气体传感器在额定温度范围内。本专利技术还公开了一种变压器故障检测系统，包括采集单元、故障判定单元和如上所述的用于检测变压器油中气体的系统，所述采集单元分别与所述采集单元和气体检测系统相连，用于采集气体检测系统检测的特征气体的种类及含量，所述故障判定单元用于依据特征气体的种类及含量，对变压器的故障进行判定。本专利技术进一步公开了一种基于如上所述的用于检测变压器油中气体的系统的气体检测方法，包括步骤：1)抽取变压器内部的变压器油经油液入口进入至油气分离器中，通过油气分离器将变压器油中的特征气体分离出来，再将变压器油经油液出口排入至变压器内部；2)将所述气室与油气分离器进行连通，变压器油中分离的特征气体进入至气室；气泵抽取空气形成载气，与气室内部与特征气体混合一体，并推动特征气体输送至气体分离单元内；3)所述气体分离单元的气流管道表面涂覆的固定相涂层与混合特征气体发生反复的吸附和解吸附过程，分离混合特征气体；4)所述声表面波气体传感器对分离后的特征气体的种类及含量进行检测。作为上述技术方案的进一步改进：在步骤3)中，所述气相色谱芯片内部具有一条狭长的、充满微型立柱的气流管道，气流管道表面涂覆的固定相涂层，与混合特征气体发生反复的吸附和解吸附过程；由于不同特征气体与固定相涂层之间的分配系数不同，在气体流动过程中受到固定相涂层的保留能力就有差异，最终在气流管道出口处各特征气体依次出来，从而实现混合特征气体之间的分离。在步骤4)中，声表面波气体传感器表面保持预设温度并低于从气体分离单元流出的特征气体温度以形成温度梯度，该温度梯度使得特征气体进入到声表面波气体传感器腔室内部，迅速冷凝吸附在声表面波气体传感器表面，由此发生声表面波的传播特性变化，并通过震荡频率改变的方式表现出来；不同特征气体所造成的声波在基片表面的频率变化，通过压电效应经过IDT及阻抗匹配电路，传递至天线形成回波电磁波。在步骤1)之前，还包括预启动过程：对气相色谱芯片和声表面波气体传感器进行相应的温度反馈与控制，以使其维持在对应额定温度范围内，并保持预设时间；系统向声表面波气体传感器发射电磁波信号，声表面波气体传感器的天线在接收到射频信号后，由声表面波气体传感器将射频信号通过逆压电效应转换为声表面波；声表面波沿着压电基片的表面传播，遇到反射栅阵后产生反射，反射信号相叠加，再次激发出射频电信号，并由IDT通过压电效应转换为回波电磁波信号；系统的天线将回波电磁波信号接收回来，在屏幕中得到初始条件下的一条稳定信号基线。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术相比于人工定期维护检测，该系统可实现列车不论是在停运期间，还是运行期间的实时监测，避免了人为测量误差、人为操作不当引起的内部污染、维护时间长等问题，而且检测效率高。2)本专利技术可监测变压器故障的早期发展阶段。通过利用从油液中所分离得到的溶解气体，结合声表面波和气相色谱在线检测技术，对溶解气体的种类和含量的变化趋势进行统计分析，在变压器油裂解出大量气体之前，能够及时传输信号，反馈问题，报告变压器潜在的安全隐患。3)本专利技术结合了MEMS技术、气相色谱技术和声表面波传感技术等三大技术。利用MEMS技术，可将气相色谱芯片和声表面波气体传感器组装集成于一体，压缩器件体积和能耗。利用气相色谱技术将混合气体分离开，能有效避免混合气体对检测器所引起的交叉干扰问题，提高检测精度；利用声表面波传感技术进行气体检测和信号传输，一方面相比于常用的金属氧化物半导体气敏传感器，无需高温检测环境(比如600℃)，在油液环境中更加安全；另一方面信号传递可通过电磁波信号，一台采集器可对应多个SAW气体传感器信号收集，在复杂的设备环境中，安装方便，监测全面。4)本专利技术可装配在变压器上，不仅能在电力机车高速运行情况下，实时判断变压器处于正常运行、故障早期、故障中期等状态，同时也能多点检测，将检测数据反馈至云上系统，为后期电力机车变压器健康寿命的预测分析打好数据基础。其中核心器件为μGC芯片和SAW气体传感器，均可采用MEMS技术研制，集成组装于一体。μGC芯片采用半填充式蛇形布局流道结构，该结构具有比表面积大、传质距离短、气体弥散小等优点；μGC芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测变压器油中气体的系统，其特征在于，包括油气分离单元、气体流路单元、气体分离单元和气体检测单元；/n所述油气分离单元包括油气分离器(11)和气室(3)，所述油气分离器(11)的油液入口(10)和油液出口(9)均与电力机车变压器相连；/n所述气体流路单元包括气泵(1)、气路管道(2)和气室(3)；所述气室(3)安装于所述油气分离器(11)上，用于收集油气分离器(11)分离的气体；所述气路管道(2)用于将气泵(1)、气室(3)、气体分离单元和气体检测单元依次相连；所述气泵(1)用于提供载气，以将气室(3)内的混合特征气体推入至气体分离单元；/n所述气体分离单元包括气相色谱芯片(4)，所述气相色谱芯片(4)的气流管道表面涂覆有固定相涂层，用于与混合特征气体发生反复的吸附和解吸附过程以分离混合特征气体；/n所述气体检测单元包括声表面波气体传感器(5)，用于对分离后的特征气体的种类及含量进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于检测变压器油中气体的系统，其特征在于，包括油气分离单元、气体流路单元、气体分离单元和气体检测单元；
所述油气分离单元包括油气分离器(11)和气室(3)，所述油气分离器(11)的油液入口(10)和油液出口(9)均与电力机车变压器相连；
所述气体流路单元包括气泵(1)、气路管道(2)和气室(3)；所述气室(3)安装于所述油气分离器(11)上，用于收集油气分离器(11)分离的气体；所述气路管道(2)用于将气泵(1)、气室(3)、气体分离单元和气体检测单元依次相连；所述气泵(1)用于提供载气，以将气室(3)内的混合特征气体推入至气体分离单元；
所述气体分离单元包括气相色谱芯片(4)，所述气相色谱芯片(4)的气流管道表面涂覆有固定相涂层，用于与混合特征气体发生反复的吸附和解吸附过程以分离混合特征气体；
所述气体检测单元包括声表面波气体传感器(5)，用于对分离后的特征气体的种类及含量进行检测。


2.根据权利要求1所述的用于检测变压器油中气体的系统，其特征在于，所述气体分离单元还包括加热模块，用于对所述气相色谱芯片(4)进行加热，以使其维持在额定温度范围内。


3.根据权利要求1所述的用于检测变压器油中气体的系统，其特征在于，还包括制冷片，用于维持所述声表面波气体传感器(5)在额定温度范围内。


4.一种变压器故障检测系统，其特征在于，包括采集单元、故障判定单元和如权利要求1或2或3所述的用于检测变压器油中气体的系统，所述采集单元分别与所述采集单元和气体检测系统相连，用于采集气体检测系统检测的特征气体的种类及含量，所述故障判定单元用于依据特征气体的种类及含量，对变压器的故障进行判定。


5.一种基于权利要求1～3中任意一项所述的用于检测变压器油中气体的系统的气体检测方法，其特征在于，包括步骤：
1)抽取变压器内部的变压器油经油液入口(10)进入至油气分离器(11)中，通过油气分离器(11)将变压器油中的特征气体分离出来，再将变压器油经油液出口(9)排入至变压器内部；
2)将所述气室...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庭翰，李林，杨颖，刘凯，刘翊，黄志华，黄贵励，吴晗，刘昆，蒋小林，莫洪波，赵广乐，肖黎亚，陈皓，
申请(专利权)人：株洲国创轨道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43