【文章內(nèi)容簡介】 氣的檢測大部分用的都是鈀柵極場效應管和催化燃燒型傳感器 ,另外還有電化學 H 2 傳感器等 [6 ]。對于多組分氣體的檢測主要用的是熱導式傳感器 、氫焰離子化[7 ,8 ]傳感器 、半導體傳導器等。熱導式傳感器主要的缺點是最低檢測限太大 , 并且需要純氫氣作為載體 , 氫焰離子化傳感器可檢測的氣體種類太少 ,所以目前已經(jīng)用的很少 。半導體傳導器反應時間長 ,并且容易出現(xiàn)拖尾 。如果用納米晶型半導體則基本可以解決這些問題 。另外納米晶半導體傳感器材料如添加金屬 Pt ,將會加速氣體的擴散 ,從而縮短了恢復時間 。紅外在線技術和光聲光譜技術紅外光譜技術應用光譜分析直接確定氣體的類型和含量 , 具有檢測速度快 、準確度高 、非接觸性檢測、容易維護等特點 , 傅立葉紅外氣體分析原理如圖[9 ]2。HW 500 紅外氣體分析儀是利用雙關路薄膜電容檢測器 , 這個檢測器對熱效應極其敏感 , 可以通過被檢測氣體前后的能量變化即可對氣體做定量分析。傅立葉紅外光譜儀是利用氣體的吸收光譜來判斷氣體并定量的 ,可以連續(xù)采集對故障分析有利的全部故障特征氣體 [7 ]。雖然紅外光譜儀可以檢測多種氣體 , 但是它對 H 2 沒有感應 , 并且價格比較昂貴 [9 ] , 所以人們近年來研究利用光聲光譜技術來在線檢測氣體。光聲光譜是基于光聲效應的一種檢測技術 [11 ] ,測量的是光聲室內(nèi)氣體吸收光能的能力 [12 ]。原理如圖 3 [11 ]。實驗檢測時需要滿足 : 首先確定每種氣體特定的分子吸收光譜特征 ,其次是確定氣體吸收能量后退激產(chǎn)生的壓力波強度與氣體濃度間的比例關系 [11 ,13 ], 所以選取適當?shù)牟ㄩL , 既可以對氣體進行定性也可以定量 , 比氣相色譜精密度和穩(wěn)定性都要高 , 跟紅外檢測儀比起來可以檢測 H2 , 而且受反射 、散射光的干擾也少 [12 ]傳感器陣列在線檢測技術該方法是用有選擇性的多個氣敏傳感器組合在一起的傳感器陣列 。目前用的最多的氣敏傳感器就是半導體氣敏傳感器 , 它是利用待測氣體與半導體 ( 主要是一些金屬氧化物) 表面接觸時 , 產(chǎn)生電導率變化來檢測氣體 。半導體一般有 ZnO 、 2 、 2O 3 等 ,然SnO Fe后采用 B P 神經(jīng)網(wǎng)絡進行模擬識別 。該系統(tǒng)不是把不同的氣體分離以后再檢測 , 而是在混合氣體中就可以檢測出不同的氣體 [14 ,15 ] , 極大地縮短了檢測時間 , 提高了檢測的靈敏度 , 使得在線檢測和故障診斷技術得到了很大程度的提高 。水的在線檢測技術。 變壓器微水的在線檢測技術 電力變壓器絕緣紙的含水量對變壓器的使用性能和安全運行影響很大 , 如果絕緣紙的含水量過高 ,會使絕緣強度下降 , 引發(fā)變壓器事故 。所以國內(nèi)外專家一直都在研究檢測微量水技術 , 近幾年已經(jīng)發(fā)展到了在線檢測 。在線技術主要由傳感器 、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成 , 利用電磁諧振技術實現(xiàn)微水量的檢測 , 傳感器用的最多的是電容傳感器 。解放軍后勤工程學院 [17 ]和大連理工大學 [18 ]研制的微量水在線檢測系統(tǒng)用的敏感元件都是電容 , 只是稍有差別 。前者用的是圓柱性電容傳感器 , 而后者除了有微水分傳感器 , 還有溫度傳感器 , 用來測量干燥環(huán)境溫度以補充溫度對紙板介電特性及物理特性的影響 。 這個裝置可以消除在檢測時溫度對微量水測量的誤差 , 能更好的反應出絕緣紙板中的水分含量 。變壓器油溫的在線檢測技術 變壓器油溫在第十三屆國際大電網(wǎng)會議就已經(jīng)列為變壓器的重點問題之一來研究。如果變壓器油溫過高 , 不僅影響變壓器的壽命 , 而且還可能帶來事故 。在線檢測變壓器的溫度對診斷早期故障有很大的意義 , 但是變壓器結構非常復雜 , 使得在線檢測技術十分困難 ,過去大多數(shù)采用間接模擬的方法來檢測油溫 [20 ]。例如 ,用純熱力學和傳導原理推出一種預測油溫的公式和用神經(jīng)網(wǎng)絡來預測油溫 [18 ] 。但是這種方法準確率比較差 ,所以近年來人們開始采用在線傳感器來采集油溫樣本 ,再用智能系統(tǒng)進行分析 。王亞輝 [19 ] 就是采用鉑電阻溫度傳感器來采集油溫樣本的 ,這種方法可以隨時反映油的溫度 ,可以提供變壓器是否安全運行的依據(jù) 。變壓器發(fā)生不同的故障生成不同的特征氣體 。一般認為 , 變壓器發(fā)生故障時 , 生成的特征氣體主要有[1 ]H 2 、CO 、 2 、CH4 、 2H 2 、COCC2H4 和 C2H 6,溶解氣體的檢測技術也正是針對這幾種氣體來展開的 ,所以檢測儀器不但要能定性 , 而且還要可以定量 , 目前油中的檢測技術有氣相色譜 、紅外光譜 、光聲光譜和傳感器陣列等 。第二章 變壓器故障的種類按照故障發(fā)生的部位，可以大致將變壓器故障分為以下幾類:l)變壓器的內(nèi)部故障(l)繞組故障:包括絕緣擊穿、斷線、變形等。 (2)鐵芯故障:包括鐵芯疊片之間絕緣損壞、接地、鐵芯的穿芯螺栓絕緣擊穿等:(3)內(nèi)部的裝配金具故障:包括焊接不良、部件脫落等。(4)電壓分接開關故障:包括分接開關接觸不良或電弧等。(5)引線接地故障:包括引接線對地閃烙、斷裂等。(6)絕緣油老化。2)變壓器的外部故障(l)油箱故障:包括焊接質量不好、密封線圈不好等。(2)附件故障:包括絕緣套管、各種繼電器的故障等。(3)其他外部裝置故障:包括冷卻裝置及控制設備的故障等。運行的變壓器發(fā)生不同程度的故障時，會產(chǎn)生異常現(xiàn)象或信息。故障診斷就是搜集變壓器的異?，F(xiàn)象或信息，根據(jù)這些現(xiàn)象或信息進行分析，從而判斷故障的性質、嚴重程度和部位。診斷故障的作用是: l)及時發(fā)現(xiàn)局部故障和輕微故障，以便采取措施消除故障，防止變壓器損壞而停運，提高電力系統(tǒng)運行可靠性，減少損失。 2)現(xiàn)發(fā)運行中的問題，為改進運行維護措施和修訂運行規(guī)程提供依據(jù)。3)現(xiàn)產(chǎn)品質量問題，為改進設計和制造工藝提供依據(jù)。因此，加強對電力變壓器絕緣 狀態(tài)的監(jiān)視以防事故于未然以及在事故發(fā)生時盡快確定故障的性質及部位 是很有必要的。 電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)設計方案研究變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計：變壓器在線監(jiān)測項目主要有局部放電監(jiān)測、有載分接開關的監(jiān)測、套管介損因數(shù)的監(jiān)測、負荷電壓、電流、功率的因數(shù)的監(jiān)測、繞組溫度的監(jiān)測、油中微水、溶解氣體的在線監(jiān)測等。通過這些項目的在穩(wěn)壓5v電源電路線監(jiān)測對變壓器進行全方位的監(jiān)測，獲得有關變壓器運行狀態(tài)較為詳細的信息，通過這些特征信息結合變壓器故障智能診斷系統(tǒng)判斷變壓器有無異常。變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構圖如圖1所示。由變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構圖可知，該系統(tǒng)由多通道傳感器數(shù)據(jù)采集、傳感器信號預處理、監(jiān)視現(xiàn)場顯示、上位機監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊模塊以及核心處理器C8051F020的外圍電路組成。通過實時數(shù)據(jù)采集模塊將微水含量傳感器、溫度傳感器以及多路氣敏傳感器所采集的模擬信號經(jīng)濾波、放大后送入C8051F020的ADC轉換接口，進行模擬量與數(shù)字量的轉換，并將轉換后的數(shù)字量存儲于單片機的存儲器中。通過數(shù)據(jù)初步判斷和簡單故障診斷處理，將處理結果在監(jiān)測現(xiàn)場液晶顯示屏上簡要顯示以便現(xiàn)場信息獲取維護管理，同時處理器將實時采集數(shù)據(jù)、采集日期信息和預處理結果通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊模塊上傳給上位機的遠程監(jiān)測和智能診斷系統(tǒng)，然后進行詳細的記錄、分析和故障診斷。系統(tǒng)核心處理器采用C8051F020單片機，其內(nèi)有高速的微控制器內(nèi)核，流水線指令結構，每條指令的執(zhí)行時間可達25MIPS；片內(nèi)64K字節(jié)的FLASH程序存儲器，4352字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM，64K字節(jié)閃速存儲器，4K字節(jié)的內(nèi)部XRAM數(shù)據(jù)存儲器，無須外加ROM和RAM，有利于電路的微型化設計。片內(nèi)JTAG和調(diào)試電路，通過4線JTAG接口可以實現(xiàn)非侵入式、全速的在線系統(tǒng)調(diào)試，片內(nèi)專用看門狗定時器，可保障系統(tǒng)的可靠運行，64個通用I/O接口，主要完成人機接口功功能。 系統(tǒng)電源電路的設計由于C8051F020的I/O輸入輸出供電電源為5V,，因此系統(tǒng)要使用兩組穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)穩(wěn)壓5V電 源電路如圖2所示。220V的交流電首先經(jīng)過降壓變壓器降壓，將降壓后的交流電經(jīng)整流橋整流為直流，經(jīng)C1濾波后進入LM7805穩(wěn)壓模塊，R1分壓后最終輸出5V直流電。將5V直流電再使用低壓差電源芯片，、輸出電壓精度高、穩(wěn)定性好等特點。如圖3所示 信號調(diào)理電路的設計C8051F020內(nèi)有12位的逐次逼近型模數(shù)轉換器，通過軟件編程就可以實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的轉換。電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器檢測的模擬量都是弱電信號，并且含有混疊的高頻噪音信號，因此，在檢測信號接入C8051F020的A/D接口前必須經(jīng)過信號調(diào)理電路。電流傳感器信號調(diào)理電路如圖4所示，傳感器信號經(jīng)R2分壓作用，在信號輸入點轉換成電壓信號，經(jīng)R3和C8組成的低通濾波回路，有效濾除信號中混疊的高頻噪聲信號，最后由高精度運算放大器LM358跟隨放大，將放大后的信號輸出到單片機的A/D引腳。電壓型傳感器信號調(diào)理電路如圖5所示，弱電壓信號首先經(jīng)過初級濾波進入同相輸入端，即保證與反向輸入端電阻構成跟隨放大電路，也可滿足線路高阻抗匹配特性，能有效濾除電壓噪聲干擾。傳感器信號調(diào)理模塊和單片機A/D采樣模塊共同完成了變壓器在線監(jiān)測原始數(shù)