【正文】 ................................................. 19 總體方案的實(shí)現(xiàn)方式 ......................................................................................... 19 傳感器模塊設(shè)計(jì) ................................................................................................. 19 硬件模塊設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 19 軟件模塊設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 20 本章小結(jié) ............................................................................................................. 21 4 硬件設(shè)計(jì) ....................................................................................................................... 22 油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置硬件組成 ............................................................. 22 氣體傳感器選擇原則與確定 ............................................................................. 22 信號(hào)傳輸通道選擇原則與確定 ......................................................................... 25 本章小結(jié) ............................................................................................................. 28 5 軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................................................... 29 LabVIEW 應(yīng)用程序及其運(yùn)行機(jī)制 .................................................................. 29 氣體濃度比較模塊設(shè)計(jì) ..................................................................................... 29 軟件界面設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 31 軟件程序設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 33 本章小結(jié) ............................................................................................................. 35 6 運(yùn)行結(jié)果及其分析 ....................................................................................................... 36 結(jié) 論 ............................................................................................................................... 39 致 謝 ............................................................................................................................... 40 參 考 文 獻(xiàn) ..................................................................................................................... 41 1 1 引言 電力變壓器故障分析裝置研究的目的及意義 變壓器屬于靜止電機(jī)，它可以將一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換為同頻率的另一種電壓、電流的交流電能。其次，研究了油中溶解氣體的主要類型及其在不同故障狀態(tài)下的各種比例關(guān)系原理，確定采用改良型三要素法進(jìn)行電力變壓器故障診斷。對(duì)本文編程所用的 LabVIEW 語言進(jìn)行了簡單的介紹。從電力的生產(chǎn)、輸送、分配到各個(gè)用電用戶，使用著各種各樣的變壓器。 變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展及其現(xiàn)狀 變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)就是在工作電壓下對(duì)變壓器中相關(guān)特征量進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與大量積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，及時(shí)、全面地分析判斷變壓器絕緣狀況，發(fā)現(xiàn)和捕捉變壓器內(nèi)部早期故障缺陷，確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 HYDRAN 201 Ti 智能傳送器的功能有現(xiàn)場(chǎng)顯示氣體濃度 2 以及氣體濃度的變化率 ； 故障報(bào)警 ； 歷史紀(jì)錄 ； 周期性傳感器測(cè)試、校準(zhǔn)、設(shè)置和自檢 。 圖 HYDRAN 2018 Model Ti 變壓器故障氣體在線監(jiān)測(cè)裝置 (左 ) 圖 HYDRAN 103B 便攜式變壓器故障氣體監(jiān)測(cè)器 (右 ) 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國從上世紀(jì) 70 年代采用變壓器在線測(cè)試， 80 年代開始實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量，從90 年代開始采用多功能微機(jī)在線監(jiān)測(cè)。西安交大和清華大學(xué)也分別研制出了比較實(shí)用的故障診斷系統(tǒng)。主要論述本設(shè)計(jì)的相關(guān)背景知識(shí)與判定原理。 第六章，運(yùn)行結(jié)果。通過對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器定期分析溶解于油中的氣體組分、含量和產(chǎn)氣速率，就能夠及早發(fā)現(xiàn)電力變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，判斷是否會(huì)危及其安全運(yùn)行?，F(xiàn)代大型充油電力變壓器的鐵芯都是用冷軋硅鋼片，在鐵芯柱和鐵 扼的硅鋼片間部分交錯(cuò)搭接，使接縫交錯(cuò)遮蓋，同時(shí)采用鐵芯柱無孔幫扎及鐵扼無孔拉帶結(jié)構(gòu)。 電力變壓器內(nèi)部故障的主要類型 1 繞組故障 繞組故障包括各個(gè)部分絕緣的老化，繞組的受潮，繞組層間、匝間短路，高低壓繞組間發(fā)生接地、斷路、擊穿或燒毀，系統(tǒng)短路和沖擊電流造成繞組機(jī)械損傷或繞組內(nèi)部組件變形。調(diào)壓繞組在分接開關(guān)變換極性時(shí)的短暫間，套管均壓球和無載分接開關(guān)拔插的高電位處，鐵芯疊片屏蔽及緊固螺栓與地接連松動(dòng)脫落等低電位處，以及高壓套管端部接觸不良等均會(huì)形成懸浮電位而引起火花放電 ； 同時(shí)變壓器油中的水分、受潮的纖維等將形成雜質(zhì) “ 小橋 ” 而引起火花放電。 電力變壓器油中溶解氣體產(chǎn)生的機(jī)理 氣體產(chǎn)生的原理 電力變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的氣 體可分為正常氣體和故障氣體。 變壓器油的烴分子約在 300400℃ 開始斷鏈，并逐步生成低分子的飽和氣態(tài)烴，隨著熱分解溫度升高，油中產(chǎn)生低分子烴的不飽和度不斷增加，亦有烯烴和炔烴生成，各種烴和 H2的含量也逐步增加。碳的固體顆粒及碳?xì)渚酆衔锟沙练e在設(shè)備的內(nèi)部。 固體絕緣材料的放電能量對(duì)變壓器油分解時(shí)產(chǎn)生的氣體組分有一定的影響。若油中存在固體絕緣物，放電時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較多的 CO 和 CO2，其含量隨固體絕緣物的不同而異 。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。 氣體在油中的溶解 油、紙等絕緣材料所產(chǎn)生的氣體有的溶解在油中，有的釋放到油 面上，每種氣體在一定的溫度和壓力下將達(dá)到溶解和釋放的動(dòng)態(tài)平衡，最終達(dá)到溶解飽和或接近飽和狀態(tài)。因而現(xiàn)實(shí)中要同時(shí)考慮氣體濃度的絕對(duì)值和發(fā)展趨勢(shì)。 高能量放電 局部高能量或由短路造成的閃路，沿面放電或電??；低壓對(duì)地、接頭之間、線圈之間、套管與箱 體之間、銅排與箱體之間、繞組與鐵芯之間的短路；環(huán)繞主磁通的兩個(gè)鄰近導(dǎo)體之間的放電；鐵芯的絕緣螺絲、固定鐵芯的金屬環(huán)之間的放電。當(dāng)電力變壓器發(fā)生低溫過熱時(shí)，有一部分電力變壓器油中 H2占?xì)錈N (H2+C1+C2)總量之比高于 27%而中高溫過熱故障時(shí)， H2占?xì)錈N總量的27%以下 。其特點(diǎn)是產(chǎn)氣急劇，而且量大，尤其是匝、層間絕緣故障，因無先兆現(xiàn)象，一般難以預(yù)測(cè)。 ③ 局部放電 油中的氣體含量隨著放電能量密度的不同而不同，一般總烴含量不高，特征氣體主要是 H2，其次是 CH4，通常 H2占?xì)錈N總量的 90%以上， CH4占總烴的 90%以上。基于上述觀點(diǎn)，產(chǎn)生了以CH4/H C2H6/CH C2H4/C2H C2H2/ C2H4的四比值法。對(duì)氣體含量正常，且無增長趨勢(shì)的設(shè)備，比值沒有意義。因此在使用比值法判斷設(shè)備故障性質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意各種有可能降低精度的因素。 ⑤ 當(dāng)故障涉及固體絕緣的正常老化過程與劣化分解時(shí)，將引起 CO 和 CO2含量地明顯增長，表中無此編碼組合。 19 3 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案的實(shí)現(xiàn)方式 總體設(shè)計(jì)方案原理圖如圖 所示。本方案所采用的重慶大學(xué) 高電壓研究所研制的 MQ 系列分布復(fù)合式氣體濃度傳感器即是一種典型的半導(dǎo)體氣體傳感器，用于檢測(cè)變壓器油中溶解的六種關(guān)鍵氣體的濃度，分別是氫氣 、 甲烷 、 乙烷 、 乙烯 、 乙炔 和 一氧化碳?；诖?，本方案決定采用虛擬儀器技術(shù)作為 軟件編程平臺(tái)。 LabVIEW 作為一個(gè)具有良好開放性的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，為虛擬儀器的開發(fā)和設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的支持，目前是應(yīng)用比較廣泛的虛擬儀器開 發(fā)語言。因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。系統(tǒng)中有很多噪聲源，包括傳感器、電纜串音及 A/D轉(zhuǎn)換等都會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量。同時(shí)，若把 SnO2粉末涂布在陶瓷支座上，這種原件對(duì)氣體也很敏感，并可以用作半導(dǎo)體煤氣 報(bào)警。 24 H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0輸 出 電 壓 / m v輸 出 電 壓 / m v輸 出 電 壓 / m v( a ) ( b )( c )( d )( e ) ( f )圖 傳感器模塊中各種氣體單元的分辨特性 (a)H2 傳感單元的分辨特性（ H2 濃度 40uL/L） (b)CO 傳感單元的分辨特性（ CO 濃度 200uL/L） (c)CH4 傳感單元的分辨特性（ CH4濃度 50uL/L） (d)C2H4 傳感單元的分辨特性（ C2H4 濃度 50uL/L） (e)C2H2 傳感單元的分辨特性（ C2H2 濃度 30uL/L） (f)C2H6傳感單元的分辨特性（ C2H6濃 50uL/L） 從圖 中可以看出，每種氣體的傳感單元對(duì)各自的檢測(cè)氣體的靈敏度明顯高于其他氣體，有些相互交叉的氣體成分通過一定的軟件處理方法排除干擾誤差，可以正確的檢測(cè) H CO、 CH C2H C2H4和 C2H6 六種溶解氣體濃度，這樣盡管加大了對(duì)傳感器的要求，但可以大大簡化整套裝置的結(jié)構(gòu)，減少了裝置維護(hù)工作，提高了整個(gè)檢測(cè)靈敏度，是變壓器油中六種溶解氣體在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。在采用了電路隔離的措施以后，絕大多數(shù)電路都