专利名称：评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置。更具体地讲，本发明涉及用油使其绝缘的变压器的诊断评估的领域。实际上，在中压或高压变压器的领域中，油经常被用于使变压器绝缘。
背景技术：
用于评估用油使其绝缘的变压器(或其它中压或高压设备)的绝缘状况的诊断装置已经应用了一段时间。这些装置基于一种被称为DGA (溶解气体分析)的技术，以便估计溶解在油中的气体的浓度。 DGA基于测量溶解在绝缘油中的预定类型的气体的浓度，以便推导出关于变压器的绝缘状况的诊断指示，即推导出关于在油中产生气体的源的指示。更具体地讲，DGA被用于分析多种气体的浓度，包括氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳。涵盖性术语DGA包括了若干种现有技术，例如，Duval三角形方法或基于IEC60599的技术。从油中气体的同一测得浓度值开始，将不同的现有技术DGA方法用于诊断变压器的绝缘状况常常会给出相矛盾的诊断指示，这取决于所使用的具体技术。实际上，这些技术常常会相互矛盾(就以标识在油中检测到的气体的源为目的而收集的数据的解释标准而言)。由此，已知的诊断装置和DGA诊断方法的第一缺点就是它们常常产生相对不可靠的指示。考虑到这一点，应该注意到，变压器(更一般地讲，任何电设备)的诊断指示的可靠性是极其重要的，因为技术人员使用这些指示对保养计划和/或提示动作进行编程以使被诊断的电设备恢复至最佳绝缘状况。基于DGA的现有技术诊断装置的第二缺点与标识溶解在油中的气体的源并以可靠的方式在不同的可能源之间进行区分这样一种需求相关联。事实上，在使用现有技术的DGA技术时，只有非常少量的源类型可以被很容易且很可靠地标识。实际上，为了标识许多类型的源，现有技术包括检测以非常小的浓度存在的气体的类型。这意味着这些技术是不太可靠的，从而使基于这些技术的气体检测系统更复杂且
曰虫印贝ο由此，基于DGA的诊断装置可提供的诊断指示只能被用于标识少量的导致在变压器中形成气体的源(这些源就是变差的原因)。此外，应该注意到，基于更高级的DGA技术的诊断装置包括根据在测量腔室内测得的值，来估计将要在后续DGA中使用的油中的气体的浓度，该测量腔室通过该气体可穿透的膜而与油容器分开。
该测量腔室通过该膜接收存在于油中的气体的一部分。此类诊断装置在测量腔室内配备有一个或多个传感器，以测量该测量腔室自身内的气体的浓度。溶解在油中的气体的浓度的错误估计将使后续DGA的结果变为无效，最终提供了不正确的诊断指示，在最坏的情况下，就无法检测到电设备的绝缘情况变差的可能的源。这提出了根据在测量腔室中测得的气体的量来正确地估计油中的气体浓度的问题。实际上，气体从油穿行至测量腔室会花相对较长的时间(穿透上述膜是很短暂的)，并且这导致了估计浓度的差错。由此，这些诊断装置的另一个缺点是它们不是稳定可靠的并且会受疏失误差影响，因为真正存在所估计的气体浓度(被用于已知的诊断方法中)是错的(尤其是在油中形成气体之后的短暂瞬间)风险。·应该注意到，油中所存在的气体(通常)是通过放电(也称为部分放电)而产生的，这出现在绝缘油中或出现在电设备的其它绝缘部分中。 在经受中压或高压的电设备中，部分放电是公知的现象。部分放电是局限于电系统的绝缘的一部分的放电，因此不会导致该系统立刻发生故障，而是导致该系统逐渐变差。因其本性如此，所以部分放电的范围基本上被局限在绝缘系统的缺陷处。应该注意到，在具有固态或气态绝缘的电设备的情况下，部分放电信号被测量和分析以便于诊断。然而，在用油使其绝缘的电设备的情况下，部分放电分析(PDA)方法是不被使用的。实际上，油绝缘是能自我恢复的，这意味着油绝缘体的典型缺陷(部分放电的源)易于随时间而改变，甚至消失。下列事实必须提及在用油使其绝缘的变压器上所测得的部分放电会显著地受噪声影响，并且不允许使用通常在具有固态绝缘体的设备上所使用的解释方法。发明目的本发明的目的在于提供一种用于评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置，该方法能克服上文提到的现有技术的缺点。特别是，本发明的目的在于提供一种用于评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置，其能提供关于电设备自身的绝缘状况的可靠且精准的信息。本发明的另一个目的在于提供一种用于评估用油使其绝缘的变压器的绝缘状况的诊断方法与装置，其能以简单且可靠的方式标识该变压器自身的绝缘中的大量缺陷。这些目的可以通过权利要求书所限定的本发明的方法和装置来全部实现。更具体地讲，本发明的方法包括以下步骤-测量在电设备的绝缘油中所溶解的气体的浓度；-推导出与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数。该方法的特征在于还包括以下步骤-测量与部分放电有关的电脉冲，该部分放电发生在电设备中并且产生所述脉冲；-推导出与该部分放电相关的至少一个放电参数，该部分放电与上述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；-根据推导出的浓度值以及放电参数，来推导关于电设备的绝缘状况的诊断指示。本发明的装置配备有一种用于测量在电设备的绝缘油中所溶解的气体的浓度的设备。
该装置的特征在于它包括，组合在一起的用于测量与部分放电有关的电脉冲的模块，该部分放电发生在电设备中并且产生所述脉冲；处理单元，该处理单元连接到该设备并连接到用于测量部分放电的模块，该处理单元还被设计成推导与测得的气体浓度有关的至少一个浓度参数以及与部分放电有关的至少一个放电参数，并根据推导出的浓度参数的值以及推导出的放电参数的值的组合来推导关于电设备的绝缘状况的诊断指示。较佳地，这种浓度与放电参数(的值)的组合是非线性的组合。
根据以下结合附图所进行的对本发明的优选但非限制性实施例的描述，本发明的这些以及其他特征将会显而易见，其中-图I示意性地示出了根据本发明的设备；-图2示出了表示本发明的方法的流程图。
具体实施例方式在附图中，标号11表示一种诊断装置，用于评估用油2使其绝缘的电设备3的绝缘状况。一般来讲，电设备3是用油使其绝缘的任何电设备(中压或高压电设备)，例如，变压器、电缆或开关。然而，具体而言，本发明涉及一种用于评估用油使其绝缘的变压器的绝缘状况的诊断装置。因此，在下面的描述中，设备3是变压器。然而，这不应该被解释为限制了本发明的范围，因为诊断装置11可以与其它类型的电设备相关联，例如，电缆或用油使其绝缘的任何电设备。使变压器的油2保持在容器7 (在下文中称为油2的容器7)中。诊断装置11配备有用于测量溶解在油中的气体的浓度的设备I。在较佳的实施例中，设备I包括膜5，气体可穿透该膜5并且该膜5被插放在油2的容器7与测量腔室4之间以允许气体从油的容器7穿透该膜5到达测量腔室4。设备I也包括传感器6，该传感器6被安装在测量腔室4中以便测量测量腔室4中的气体的浓度；以及控制单元8。该传感器6可以测量一种或多种预定类型的气体的浓度。更具体地讲，设备I被配置成测量下列气体中的至少一种-一氧化碳，在下文中称为CO ；
-氢气，在下文中称为H2。较佳地，设备I被配置成测量上述这两种气体。或者，不使用单个传感器6，设备I可以包括多个传感器，每一个传感器被设计成测量预定类型的气体的浓度。设备I包括控制单元8 (或处理器或 任何其它处理装置)，该控制单元8电连接到传感器6以从后者接收在测量腔室4中测得的预定类型的气体的浓度值所对应的信号。控制单元8较佳地包括(但不限制本发明的范围)记忆模块(未示出)和处理模块(也未示出)，该处理模块功能性地连接到该记忆模块。控制单元8定义处理装置9，该处理装置9被配置成根据在测量腔室4中测得的相应的气体浓度值来推导在油2中的气体浓度的估计值。较佳地，设备I也包括定时器，该定时器连接到控制单元8并且被设计成产生一信号，该信号可以被控制单元8的处理模块使用以产生(并记忆)由传感器6接连得到的测量结果所对应的测量瞬间。定时器被连接到控制单元8，从而也允许在预定的测量瞬间接连地得到多个测量结果(测量腔室4中的气体浓度的值的测量结果)。控制单元8的记忆模块被设计成记忆由传感器6所采集的气体浓度值。根据已知的技术，控制单元8将时间信息项与测量腔室4中的气体浓度的每一个采集值关联起来，例如，每一个采集值通过定时器获得并且涉及采集气+体浓度值的采集瞬间。例如，对于测量腔室4中所测得的每一个气体浓度值，控制单元8可以将与采集该值的瞬间有关的时间信息项直接记忆在上述记忆模块中；和/或可以根据预定的顺序对测量腔室4中的气体浓度的采集值进行分选并且使用预定的采样步长。下面描述设备I的操作，用于推导电绝缘油2中所溶解的气体的浓度。在下文中，将使用下列标号表不时间瞬间；-Xi表示在时间瞬间\由传感器6测得的测量腔室4内的预定气体的浓度值；-Yi表示由控制单元8计算的油中的气体浓度的估计值；- J表示预定的时间间隔；-I表示较佳地在预定的时间间隔F中测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔；-K表示(在不小于J的测量时间间隔中)得到的测量结果。下文将明确地引用测量腔室4内的一般气体类型的浓度的测量结果。因此，所提出的方法可被用于测量该测量腔室4内的任何气体(或多种气体)的浓度并且相应地估计其在油2中的浓度。电子控制单元8在预定的时间间隔T(T不小于7)中从传感器6采集测量腔室4内的一种预定类型气体的浓度的多个值(X1, X2, ...，Xk)。较佳地，预定的时间间隔_为24小时。较佳地，在测量腔室4内测得的浓度值(X1, X2, , Xk)是在预定的时间间隔处采集的。更具体地讲，较佳地，但不限制本发明的范围，在测量腔室4内测得的气体浓度值(X1, X2,..., Xk)是按恒定的时间间隔而分隔开的，即，这些浓度值(x1;x2，...，xk)较佳地是由控制单元8以恒定的采样步长来采集的。这有利地简化了由控制单元8对测得的浓度值进行的后续处理。在测量腔室4内测得的浓度值(X1, X2，. . .，Xk)较佳地是按15-25分钟的时间间隔而分隔开的，大约20分钟则更佳。然而，根据本发明，在测量腔室4内测得的浓度值(X1J2,. . .,Xk)也可以是按非恒定的时间间隔而分隔开的，即，这些浓度值(XpX2,...;,)可能是由控制单元8以非恒定的采样步长来采集的。在测量腔室4中每一次采集浓度值Xi时，控制单元8检查是否(I, - /, )> I，即，从第一个样本X1被采集的那一刻起是否已过去了预定的时间间隔F，正如图2的示意图中的框A所示的那样。因此，应该观察到，等于Vt1的采集时间间隔T不小于预定的时间间隔F。较佳地，但不限定本发明的范围，将在周期F之后采集的第一值Xk与所采集的第一值X1进行比较。或者，可以将在预定的时间间隔 之后采集的第一值与一个或多个之前采集的值X1-^Xk-I进行比较。这种比较是阈值类型的比较，即，将差值(Xk-X1)与测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔 进行比较。如果差值(Xk-X1)大于测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔 ，则通过值Xk以及先前在测量腔室4中测得的气体浓度值(X1, X2，. . . , Xk^1)的非线性函数(即，通过
Yk=f(X1,X2,......Xk)类型的非线性函数)来推导与值Xk相对应的油中的气体浓度的估值Yk。应该注意到，这种检查也可以针对第一个(X1)之后采集的任何其它值Xi进行，正如上文所描述的那样。实际上，超过测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔表明了电设备3的油2中的气体浓度正在发生或多或少的突然变化，因此，就表明了透过膜5的气体转移的瞬变现象正在进行中。在这些条件下，因为气体从油2透过膜5到达测量腔室4这一现象的动力学原理，油2中的气体浓度与测量腔室4内的气体浓度之间很有可能尚未达到平衡。(在发现差值(Xi-X1)大于预定值 之后)这种非线性函数也被用于针对上述第一值之后测量的所有浓度值(X1,X2,....)来估计油中的气体浓度。较佳地，该非线性函数(将腔室4中所测得的预定气体浓度链接到容器7中的油2中的同一气体的相应浓度)是下文作为示例示出的函数，该函数关于在测量腔室4中所采集的气体浓度值Xk。
权利要求
1.一种用于评估用油(2)使其绝缘的电设备(3)的绝缘状况的诊断方法，包括如下步骤 -测量在电设备(3)中的绝缘油(2)中所溶解的至少ー种气体的浓度； -推导与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联的至少ー个浓度參数； 其特征在于，所述方法还包括以下步骤 -測量与部分放电有关的电脉冲，所述部分放电发生在电设备(3)中并且产生所述脉冲； -推导与所述部分放电相关的至少ー个放电參数，所述部分放电与所述预定的采集时间间隔基本上同时地测量； -根据推导出的浓度參数的值以及放电參数的值的组合，来推导关于电设备(3)的绝缘状况的诊断指示。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，推导诊断指示的步骤包括下列步骤 -准备包含预定指示符的參考值的数据库，所述预定指示符与至少包括所述浓度和放电參数的数据集有关，所述參考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征； -将推导出的浓度和放电參数的值所构成的数据集与所述数据库中的数据进行比较，从而将所述数据集分配至所述源类别中的ー个或多个，从而提供与电设备(3)的绝缘状况有关的信号。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述推导诊断指示的步骤包括下列步骤 -准备包含预定指示符的參考值的数据库，所述预定指示符与至少包括所述浓度和放电參数的数据集有关，所述參考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征； -将推导出的浓度和放电參数的值所构成的数据集与所述数据库中的数据进行比较，从而将所述数据集分配至所述源类别中的ー个或多个，藉此标识产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电设备是变压器，并且产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别包括来自下述列表中的一个或多个类别 -变压器的过热； -变压器的芯中的电弧； -变压器的纸绝缘中的缺陷； -由变压器的高压电极在油中产生的放电； -在变压器内的浸溃不足的区域中的放电； -油泡； -沿变压器绝缘的外表面产生的放电。
5.如权利要求4所述的方法，还包括 推导在油中的一氧化碳的浓度以及在变压器中有或没有測量到的部分放电的指示，所述在油中的一氧化碳的浓度构成所述至少ー个浓度參数，所述在变压器中有或没有測量到的部分放电的指示构成所述至少ー个放电參数，如果在油中的ー氧化碳浓度的值大于相应的參考值并且没有部分放电，则所测得的数据集被分配至变压器的过热的类别。
6.如权利要求4或5所述的方法，还包括 推导在油(2)中的氢气的浓度以及在变压器中有或没有測量到的部分放电的指示，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少ー个浓度參数，所述在变压器中有或没有測量到的部分放电的指示构成所述至少ー个放电參数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的參考值并且没有部分放电，则所测得的数据集被分配至变压器的芯中的电弧的类别。
7.如权利要求4到6中的任一项所述的方法，还包括 推导在油(2)中的氢气的浓度以及在变压器中有或没有測量到的间歇的部分放电的指示，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少ー个浓度參数，所述在变压器中有或没有测量到的间歇的部分放电的指示构成所述至少ー个放电參数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的參考值并且有间歇的部分放电，则所测得的数据集被分配至变压器的纸绝缘中的缺陷的类别。
8.如权利要求4到7中的任一项所述的方法，其特征在于， 推导放电參数的步骤包括 -产生ー数据集，对于每一个所测量的脉冲，所述数据集包括与所测量的脉冲的振幅相关联的振幅參数的值以及相位參数的值，所述相位參数的值表示在測量所述脉冲的瞬时施加到所述电设备的交流电压的值；以及 -处理所述数据集以便将与所述数据集有关的部分放电的活动分配至与部分放电的源的本性相关联的一个或多个类别，这些类别是从下列类别中选出的内部，表面以及电晕； 部分放电源的所分配的类别构成至少ー个放电參数。
9.如权利要求8所述的方法，还包括 推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度參数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的參考值并且存在分配至电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至由变压器的高压电极在油中产生的放电的类别。
10.如权利要求8或9所述的方法,还包括 推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少ー个浓度參数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的參考值并且存在分配至表面或电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至在变压器内的浸溃不足的区域中的放电的类别。
11.如权利要求8到10中的任一项所述的方法，还包括 推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度參数，如果在油中的氢气浓度的值小于相应的參考值并且存在分配至表面或电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至变压器中的油泡的类别。
12.如权利要求8到11中的任一项所述的方法，还包括 推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度參数，如果在油中的氢气浓度的值小于相应的第一參考值且大于相应的第二參考值并且存在被分配至表面或电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至沿变压器绝缘的外表面产生的放电的类别，其中所述第二參考值小于所述第一參考值。
13.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于， 所述推导诊断指示的步骤包括使用模糊推理引擎对至少ー个浓度參数和至少ー个放电參数进行操作以便推导出所述诊断指示。
14.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于， 測量在电设备的绝缘油中所溶解的气体的浓度的步骤包括如下步骤 -准备气体可透过的膜(5)，所述膜(5)被插放在油(2)的容器(7)以及测量腔室(4)之间，所述测量腔室(4)接收穿过所述膜(5)的气体的一部分； -在连续的測量瞬时对测量腔室(4)中的气体浓度的值进行多次測量，所述测量腔室(4)通过可穿透的膜(5)而与油容器分开； -在从所述測量瞬时中选出的瞬时，根据在所选的测量瞬时以及在所选的测量瞬时之前的一个或多个测量瞬时所测得的值的非线性函数，来推导在油(2)中的气体浓度的值。
15.一种用于评估用油(2)使其绝缘的电设备(3)的绝缘状况的诊断装置(11)，所述诊断装置(11)配备有用于至少測量所述电设备(3)的绝缘油(2)中所溶解的气体的浓度的设备(I)， 其特征在于，所述诊断装置包括组合在一起的 -用于测量与部分放电有关的电脉冲的模块(10)，所述部分放电发生在所述电设备(3)中并且产生所述脉冲； -处理单元(12)，所述处理単元(12)连接到所述设备(I)并连接到用于测量部分放电的模块(10)，所述处理単元(12)还被设计成推导与气体浓度有关的至少ー个浓度參数以及与部分放电有关的至少ー个放电參数，并根据推导出的至少ー个浓度參数的值以及推导出的至少ー个放电參数的值的组合来推导关于所述电设备(3)的绝缘状况的诊断指示。
16.如权利要求15所述的装置，还包括 标识模块，可连接到包含预定指示符的參考值的数据库，所述预定指示符的參考值与至少包括浓度和放电參数的数据集有关，所述參考值是产生部分放电的和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征，所述标识模块被编程为比较推导出的浓度和放电參数的值所构成的数据集以及所述数据库中的数据，从而将所述数据集分配至所述源类别中的ー个或多个，由此标识用于产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在干， 所述电设备是变压器，并且所述标识模块适于从产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的下述列表中标识ー个或多个类别 -变压器的过热； -变压器的芯中的电弧； -变压器的纸绝缘中的缺陷； -由变压器的高压电极在油中产生的放电； -在变压器内的浸溃不足的区域中的放电； -油泡； -沿变压器绝缘的外表面产生的放电。
18.如权利要求15到17中的任一项所述的装置，其特征在干， 所述设备(I)包括 -气体可透过的膜(5)，所述膜(5)被插放在油(2)的容器(7)以及测量腔室(4)之间，所述测量腔室(4)接收穿过所述膜(5)的气体的一部分；-安装在所述测量腔室⑷中的传感器(6)，用于测量在所述测量腔室(4)中的气体浓度的值； -连接到所述传感器(6)的控制单元(8)，用于根据在所述测量腔室(4)中测得的值来推导在油中的气体浓度的估值， 其特征在于，所述控制単元(8)被设计成 在连续的測量瞬时，对所述测量腔室⑷中的气体浓度的值进行多次測量，并且在从所述測量瞬时中选出的瞬时，根据在所选的测量瞬时以及在所选的测量瞬时之前的一个或多个测量瞬时所测得的值的非线性函数，来计算在油中的气体浓度的估值。
全文摘要
一种用于评估用油(2)使其绝缘的电设备(3)的绝缘状况的诊断方法与装置。该方法包括以下步骤测量在电设备(3)的绝缘油(2)中所溶解的至少一种气体的浓度；推导与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关的至少一个浓度参数；测量与部分放电有关的电脉冲，该部分放电发生在电设备(3)中并且产生所述脉冲；推导与该部分放电相关的至少一个放电参数，该部分放电与上述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；根据推导出的浓度与放电参数的值，来推导关于电设备(3)的绝缘状况的诊断指示。
文档编号G01N33/28GK102713649SQ201180006033
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月10日 优先权日2010年1月14日
发明者A·卡瓦利尼, F·西亚尼, G·C·蒙塔纳里, S·塞拉 申请人:特英普科技有限公司