基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测方法和系统与流程

1.本发明属于电力设备密封性检测技术领域，具体涉及一种基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测方法和系统。


背景技术：

2.密封式储油柜在大型油浸式变压器中广泛应用，其使用胶囊(隔膜)、金属波纹等将变压器内部绝缘油与大气隔绝，防止外界水分、大气等侵入，延缓变压器内绝缘老化、受潮等，储油柜密封性对变压器的安全运行至关重要。由于胶囊(隔膜)、金属波纹等安装于储油柜内部，且变压器运行时储油柜位于高电位区附近，难以在变压器运行时验证其密封性。
3.通常，变压器储油柜密封性在变压器停运时验证判断，常用的方法有棉棒底部探油法、静态保压试验法、微正压保压排气法等，该类方式简单可靠，缺点是必须在变压器停运时进行，在怀疑储油柜密封性被破坏时无法及时验证判断，时效性较差，可能形成设备安全风险。随着技术不断发展进度，出现了变压器储油柜密封性在线监测方法，如瓦斯继电器集气法、光波传感器探油法、磁助式电接点压力表法等，该类方法可以及时验证储油柜密封性，但须加装相关检测装置，增加了投入成本，且存在误动风险，目前应用范围非常有限。
4.现有提出了一种基于比较储油柜和本体绝缘油中含气量判断储油柜破损的方法，然而其仅仅是简单比较含气量，而变压器内部油纸绝缘正常运行、缺陷或故障时均会产生烃类、氢气、碳氧化物等气体，其会引起绝缘油含气量变化，对准确判断产生不利影响。


技术实现要素：

5.因此，针对现有变压器储油柜密封性检测技术存在检测可靠性和准确性较差的问题，本发明提供一种基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测方法，本发明根据变压器本体以及储油柜内绝缘油中特征气体的含量、比值以及变化趋势，实现变压器储油柜密封性的准确判断。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测方法，包括：
8.分别获取变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量；
9.分别计算变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值；
10.根据变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量，氧气、氮气含量的比值以及氧气、氮气含量的变化趋势，进行变压器储油柜密封性检测分析。
11.作为优选实施方式，本发明采用气相色谱法分别测得变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量。
12.作为优选实施方式，本发明的进行变压器储油柜密封性检测分析，具体包括：
13.比较变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量，氧气、氮气含量的比值，根据第一预设条件，得到变压器储油柜对应密封性检测结果；
14.和/或，纵向比较变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量，根据
第二预设条件，得到变压器储油柜对应密封性检测结果。
15.作为优选实施方式，本发明的第一预设条件具体包括：
16.如果满足条件(11)-(13)中至少一项，则变压器储油柜密封性能满足要求；
17.条件(11)，变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值在第一比值预设值以下；
18.条件(12)，储油柜内部与变压器本体内部绝缘油氧气、氮气含量的差值小于第一含量差预设值；
19.条件(13)，储油柜与变压器本体内部绝缘油氧气、氮气含量的比值差小于第一比值差预设值；
20.如果满足条件(21)-(23)中至少一项，则变压器储油柜密封被破坏；
21.条件(21)，变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值在第二比值预设值以上，且储油柜以下变压器本体其他部位无渗漏油，同时如果存在负压区，还要求负压区密封性能符合要求；
22.条件(22)，变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量与变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量之差大于第二含量差预设值；
23.条件(23)，变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值与变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值之差大于第二比值差预设值。
24.作为优选实施方式，本发明的第二预设条件具体包括：
25.如果满足条件(14)，则变压器储油柜密封性能满足要求；
26.条件(14)，变压器本体及储油柜内部绝缘油氧气、氮气含量的变化小于增量预设值；
27.如果满足条件(24)，则变压器储油柜密封被破坏；
28.条件(24)，变压器本体及储油柜内部绝缘油氧气、氮气含量呈增长趋势，且储油柜以下变压器本体其他部位无渗漏油，同时如果存在负压区，还要求负压区密封性能符合要求。
29.作为优选实施方式，本发明的第一比值预设值为0.05～0.1；
30.所述第二比值预设值为0.3。
31.作为优选实施方式，本发明的检测方法可实现离线检测或在线监/检测。
32.第二方面，本发明提出了一种基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测系统，包括中央处理单元；
33.所述中央处理单元分别获取第一色谱分析单元测量得到的变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量以及第二色谱分析单元测量得到的变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量；
34.所述中央处理单元分别计算得到变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值，并根据绝缘油中氧气、氮气含量，氧气、氮气含量的比值以及氧气、氮气含量的变化趋势进行变压器储油柜密封性检测分析。
35.第三方面，本发明提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明上述方法的步骤。
36.第四方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述
计算机程序被处理器执行时实现本发明上述方法的步骤。
37.本发明具有如下的优点和有益效果：
38.相较于传统的变压器储油柜监测技术，本发明通过变压器本体及储油柜内绝缘油中特征气体含量、比值及其变化趋势，实现变压器储油柜密封性的准确可靠判断，无需增设额外的检测装置，成本低，便于实现，且可靠性和准确性较高。
39.本发明适用范围广，可应用于包括胶囊密封式、隔膜密封式、金属波纹密封式等采用密封结构的变压器储油柜。
40.本发明可同时适用于在线监(检)测或离线检测环境：当在离线检测环境中实现时，无需再变压器上加装任何检测设备，仅依托于设备运维单位的油化实验室，成本低，可靠性高；当在线监(检)测环境中实现使，可以快速、准确、智能化实现储油柜密封性测试、判断、预警、记录等，无需运维人员参与，智能化程度高。
附图说明
41.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
42.图1为本发明实施例的方法流程示意图。
43.图2为本发明实施例的计算机设备原理框图。
44.图3为本发明实施例的系统原理框图。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
46.实施例1
47.现有变压器储油柜密封性在线监测技术须加装相关检测装置，成本高且存在误动风险，应用范围受限；现有变压器储油柜破损监测技术无法准确可靠进行密封性判断。针对此，本实施例提出了一种基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测方法，本发明实施例提出的检测方法根据变压器本体以及储油柜内绝缘油中特征气体：氧气和氮气的含量、比值及其变化趋势，实现变压器储油柜密封性的准确可靠判断。
48.如图1所示，本发明实施例提出的检测方法具体包括如下步骤：
49.步骤1，分别获取变压器本体和储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量。
50.步骤2，分别计算变压器本体和储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值。
51.步骤3，根据变压器本体和储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量及其变化趋势，以及氧气、氮气含量的比值，进行变压器储油柜密封性检测分析。
52.进一步的，本发明实施例中的步骤1具体可从色谱分析单元中获取变压器本体和储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量。当离线检测时，可通过取样器分别在变压器本体取油口取得变压器本体油样，以及在变压器储油柜放气口或注放油口(必要时安装取样阀)取得储油柜油样；在色谱分析单元中采用气相色谱法分别测得本体和储油柜油样中氧气、氮气含量。当在线监(检)测时，两个色谱分析单元分别通过取油管路与变压器储油柜和变压器
本体连接，取油管路中流体运动方向均为朝向色谱分析单元单向流动，且通过回油管路与变压器本体连接，回油管路中流体运动方向为朝向变压器本体单向运动。则变压器本体和变压器储油柜内部的绝缘油自动流经色谱分析单元进行测量得到变压器本体和变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量，之后绝缘油再次留回变压器本体，从而实现智能化在线监(检)测。本发明实施例的色谱分析单元可采用气相色谱法来测量氧气、氮气含量。在另外的可选实施方式中，本发明实施例也可以利用光学气体检测法，例如光声光谱、拉曼光谱、红外光谱、光栅光谱等，测得氧气、氮气含量。
53.进一步的，本发明实施例的步骤2将获取的变压器本体内部绝缘油中氧气含量与变压器本体内部绝缘油中氮气含量相比得到变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值；将获取的变压器储油柜内部绝缘油中氧气含量与变压器储油柜内部绝缘油中氮气含量相比得到变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值。
54.进一步的，本发明实施例的步骤3具体包括：
55.比较变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量及其比值，根据预设条件，得到变压器储油柜对应密封性结果。
56.和/或，纵向比较变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量(即进行变化趋势判断)，根据预设条件，得到变压器储油柜对应密封性结果。
57.本发明实施例预先设置的预设条件为：
58.如满足条件(11)-(14)中至少一项，则认为变压器储油柜密封完好，即密封性能符合要求：
59.条件(11)，变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值在第一比值预设值以下。
60.条件(12)，储油柜与变压器本体内部绝缘油氧气、氮气含量的差值小于第一含量差预设值。
61.条件(13)，储油柜与变压器本体内部绝缘油氧气、氮气含量的比值差小于第一比值差预设值。
62.条件(14)，变压器本体及储油柜内部绝缘油氧气、氮气含量的变化小于增量预设值(即变化趋势不明显)，且储油柜以下变压器本体其他部位无渗漏油、负压区(如果存在负压区)密封完好。
63.如果满足条件(21)-(24)中至少一项，则认为变压器储油柜密封被破坏，即密封性能不符合要求：
64.条件(21)，变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值在第二比值预设值以上。
65.条件(22)，变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量与变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量之差大于第二含量差预设值。
66.条件(23)，变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值与变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值之差大于第二比值差预设值。
67.条件(24)，变压器本体及储油柜内部绝缘油氧气、氮气含量呈增长趋势，且储油柜以下变压器本体其他部位无渗漏油、负压区(如果存在负压区)密封完好。
68.本发明实施例的检测方法原理为：
69.变压器内部除工艺处理后遗留的微量氧气、氮气外，运行中不新产生氧气、氮气，因此本发明实施例的检测方法采用氧气、氮气作为特征气体。当储油柜密封性被破坏后，空气与绝缘油直接接触并溶解于绝缘油中。储油柜与变压器本体通过联管导通，绝缘油由于自然对流在两者内部缓慢交换，在溶解达到饱和前，绝缘油中溶解的气体总是由高浓度区向低浓度区扩散。空气的主要气体成分氧气占比约20.9％、氮气占比约78.1％；50℃时国产矿物绝缘油中溶解氧气、氮气的奥斯特瓦尔德系数分别为0.17、0.09；因此，当绝缘油与空气直接接触且不考虑由于其他原因消耗时，绝缘油中溶解氧气、氮气含量的比值约为0.5。实际上，在空气与绝缘油接触并溶解的过程中，变压器内部油纸绝缘的老化也会造成氧气的消耗，而氮气则保留下来；因此，绝缘油中氧气、氮气含量的比值会小于0.5，这取决于储油柜密封性破损的严重程度和油纸绝缘的老化速度。通常，当储油柜密封性严重破坏，且变压器没有过度老化时，绝缘油中氧气、氮气含量的比值大于0.3；当储油柜密封性良好，绝缘油中氧气、氮气含量的比值一般在0.1以下、甚至可能会低于0.05。基于此，本发明实施例的第一比值预设值可设置为0.05～0.1，而本发明实施例的第二比值预设值可设置为0.3。
70.变压器内部油纸绝缘老化消耗氧气而不消耗氮气，因此绝缘油与空气接触位置的氧气、氮气比值总是略高于其他位置；变压器本体与储油柜内绝缘油交换速度缓慢，当储油柜密封性被破坏时，储油柜内绝缘油氧气、氮气含量及其比值略高于变压器本体。
71.如果储油柜密封性被破坏，空气中氧气、氮气持续溶解至绝缘油中，并由于绝缘油对流和浓度扩散，使得变压器储油柜及本体内绝缘油氧气、氮气含量随密封破坏后时间的延长而逐渐增加。
72.本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。
73.具体如图2所示，计算机设备包括处理器、存储器和系统总线；存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中存储器包括只读存储器(rom)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(ram)，ram通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。
74.计算机设备一般包括一个存储设备。存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型sd卡)，cd-rom，数字通用光盘(dvd)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。
75.计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口(局域网lan接口)与网络终端相连接。局域网(lan)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。wifi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。
76.应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。
77.如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。
78.实施例2
79.本实施例提出了一种基于特征气体含量的变压器储油柜密封检测系统，该系统作为硬件支撑上述实施例1提出的检测方法的实施。如图3所示，本发明实施例提出的检测系统包括：中央处理单元、色谱分析单元1和色谱分析单元2。
80.其中，色谱分析单元1用于测量变压器储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量并将其传输给中央处理单元；
81.色谱分析单元2用于测量变压器本体内部绝缘油中氧气、氮气含量并将其传输给中央处理单元；
82.中央处理单元用于分别获取变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量，并分别计算得到变压器本体及储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量的比值，进行变压器储油柜密封性检测分析，具体检测过程如上述实施例1中所述，此处不再赘述。另外，本发明实施例提出的中央处理单元还可进行数据记录、存储、显示、预警等。
83.本发明实施例无需安装额外的检测装置，仅依托于设备运维单位的优化实验室即可实现准确可靠的储油柜密封检测。
84.进一步的，本发明实施例提出的检测系统即可离线运行也可在线运行。
85.其中，离线检测时：
86.通过取样器在变压器本体取油口取得变压器本体油样。通过取样器在变压器储油柜放气口或注放油口(必要时安装取样阀)取得储油柜油样。在色谱分析单元中使用气相色谱法分别测得本体和储油柜油样中氧气、氮气含量。
87.使用上述实施例1提出的检测方法对储油柜密封性进行检测分析。
88.在线监(检)测时：
89.如图3所示，色谱分析单元1通过取油管路与变压器储油柜连接，色谱分析单元2通过取油管路与变压器本体连接，取油管路中流体流动方向均为朝向色谱分析单元单向流动。色谱分析单元1、色谱分析单元2通过回油管路与变压器本体连接，回油管路中流体流动方向为朝向变压器本体单向流动。则变压器本体及变压器储油柜内部绝缘油自动流经色谱分析单元进行气相色谱分析，测得变压器本体和储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量。
90.色谱分析单元1和色谱分析单元2分别将测得的变压器本体和储油柜内部绝缘油中氧气、氮气含量传输给中央处理单元，利用上述实施例1提出的检测方法对储油柜密封性进行检测分析。
91.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。