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测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法

阅读：1073发布：2020-08-22

IPRDB可以提供测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，包括以下步骤：1)将已知浓度的标准气体稀释为n组不同浓度的气体标样，再分别测量n组气体标样的气相色谱峰高，得n组气体标样的标准点数数据(xi，hi)；2)根据n组气体标样的标准点数据(xi，hi)绘制气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线；3)检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs，再在非线性曲线上选取试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)，构建直线方程，然后将待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs代入该直线方程中，得待测变压器油中溶解气体的浓度xs，该方法能够更为准确的判断电容型套管故障类型。，下面是测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法专利的具体信息内容。

1.一种测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将已知浓度的标准气体稀释为n组不同浓度的气体标样，再分别测量n组气体标样的气相色谱峰高，得n组气体标样的标准点数数据(xi，hi)，其中，xi为第i组气体标样的浓度，hi为第i组气体标样的气相色谱峰高；

2)根据n组气体标样的标准点数据(xi，hi)绘制气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线；

3)检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs，再在气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线上选取试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)，构建直线方程，其中，试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)位于该直线方程对应的直线上，ha＜hs＜hb，然后将待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs代入该直线方程中，得待测变压器油中溶解气体的浓度xs；

4)根据待测变压器油中溶解气体的浓度xs判断电容型套管的故障类型。

2.根据权利要求1所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，其特征在于，直线方程的表达式为：y＝ax+b

其中，y表示浓度，x表示气相色谱峰高，

3.根据权利要求1所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，其特征在于，待测变压器油中溶解气体的浓度xs的表达式为：

4.根据权利要求1所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，其特征在于，通过气相色谱分析仪检测n组气体标样的气相色谱峰高。

5.根据权利要求1所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，其特征在于，通过气相色谱分析仪检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs。

说明书全文

测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种故障类型的判断方法，具体涉及一种测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法。

背景技术

[0002] 随着变压器不断向着高电压大容量的方向发展，在变压器维护方面，人们愈加重视油中溶解气体分析，以便及时发现变压器内部早期故障。实践证明，监测并控制变压器油中的气体含量不仅能防止油中气泡对绝缘的危害，而且利用油中溶解气体含量的实测数据可快速判断电容型套管故障类型。
[0003] 利用气相色谱仪测量变压器油中溶解气体浓度已成为普遍采用的方法。气相色谱分析有如下优点：①分离效率高，分析速度快；②样品用量少和检测灵敏度高；③选择性好；④应用范围广。
[0004] 但是如果由于定量计算方法选择不当，则有可能降低准确度。一般试验室气相色谱分析的定量方法常使用单点校正曲线法，高浓度溶解气体采用多次稀释使检测器响应信号与组分浓度呈线性函数关系分析得到气体含量的办法，然而当今工业生产向高精度高质量方向发展，对于产品的检验提出了较高的要求，当溶解气体组分浓度低于10％时检测器响应信号与组分浓度呈线性函数关系，当溶解气体组分高于10％时检测器响应信号与组分浓度呈非线性函数关系。常规方法需不断稀释样品进行测量，从而引入了稀释环节的误差，因此不能准确的判断出电容型套管的故障类型。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法，该方法能够准确的判断出电容型套管的故障类型。
[0006] 为达到上述目的，本发明所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法包括以下步骤：
[0007] 1)将已知浓度的标准气体稀释为n组不同浓度的气体标样，再分别测量n组气体标样的气相色谱峰高，得n组气体标样的标准点数数据(xi，hi)，其中，xi为第i组气体标样的浓度，hi为第i组气体标样的气相色谱峰高；
[0008] 2)根据n组气体标样的标准点数据(xi，hi)绘制气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线；
[0009] 3)检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs，再在气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线上选取试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)，构建直线方程，其中，试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)位于该直线方程对应的直线上，ha＜hs＜hb，然后将待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs代入该直线方程中，得待测变压器油中溶解气体的浓度xs；
[0010] 4)根据待测变压器油中溶解气体的浓度xs判断电容型套管的故障类型。
[0011] 直线方程的表达式为：
[0012] y＝ax+b
[0013] 其中，y表示浓度，x表示气相色谱峰高，
[0014] 待测变压器油中溶解气体的浓度xs的表达式为：
[0015]
[0016] 通过气相色谱分析仪检测n组气体标样的气相色谱峰高。
[0017] 通过气相色谱分析仪检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs。
[0018] 本发明具有以下有益效果：
[0019] 本发明所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法在具体操作时，不需要对待测变压器油中溶解的气体进行稀释，避免引入稀释误差，通过绘制气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线，再通过分段线性法求解待测变压器油中溶解气体的浓度，从而得到待测变压器油中溶解气体的浓度，具体的，通过选取该非线性曲线上的两个试验点，并构建经过所述两个试验点的直线方程，然后再将待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高代入该直接方程中，从而得到待测变压器油中溶解气体的浓度，然后根据待测变压器油中溶解气体的浓度判断出电容型套管故障类型，操作较为简单，并且准确度较高，能够有效的指导变压器的生产工作。

附图说明

[0020] 图1为本发明中直线方程对应直线的示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0022] 参考图1，本发明所述的测量高浓度溶解气体含量判断电容型套管故障类型的方法包括以下步骤：
[0023] 1)将已知浓度的标准气体稀释为n组不同浓度的气体标样，再分别测量n组气体标样的气相色谱峰高，得n组气体标样的标准点数数据(xi，hi)，其中，xi为第i组气体标样的浓度，hi为第i组气体标样的气相色谱峰高；
[0024] 2)根据n组气体标样的标准点数据(xi，hi)绘制气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线；
[0025] 3)检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs，再在气体标样的气相色谱峰高与气体标样浓度的非线性曲线上选取试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)，构建直线方程，其中，试验点A(ha,xa)及试验点B(hb,xb)位于该直线方程对应的直线上，ha＜hs＜hb，然后将待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs代入该直线方程中，得待测变压器油中溶解气体的浓度xs；
[0026] 4)根据待测变压器油中溶解气体的浓度xs判断电容型套管的故障类型。
[0027] 直线方程的表达式为：
[0028] y＝ax+b
[0029] 其中，y表示浓度，x表示气相色谱峰高，
[0030] 待测变压器油中溶解气体的浓度xs的表达式为：
[0031]
[0032] 通过气相色谱分析仪检测n组气体标样的气相色谱峰高。
[0033] 通过气相色谱分析仪检测待测变压器油中溶解气体的气相色谱峰高hs。
[0034] 本发明与稀释测量的方法不确定度对比如下所示：
[0035] 1、稀释测量的标准不确定度评定
[0036] 1.1、按下公式计算通过稀释测得气体组分浓度：
[0037]
[0038] 其中，X0为原气体组分浓度，X1为稀释后测得气体组分浓度，V0为原气体组分体积，V1为稀释后测得气体组分体积。
[0039] 用稀释方法测得气体组分浓度的合成相对标准不确定度U(x0)为：
[0040]
[0041] 1.2、稀释后测得气体组分浓度X1的相对标准不确定度
[0042] 稀释后测得气体组分浓度X1用气相色谱仪测得，相对标准不确定度。
[0043] 1.2.1、数学模型
[0044]
[0045] 其中，AY为测定样品的峰面积，AW为外标样的峰面积，CW为外标样的浓度，CY为测定样品的浓度。
[0046] 1.2.2、传播定律：
[0047] 由公式： 导出：
[0048] u2(rel)(x)＝u2rel(AY)+u2rel(AW)+u2rel(CW)。
[0049] 1.2.3、计算标准不确定度
[0050] 1.2.3.1、样品峰面积的标准不确定度分量u(AY)和外标峰面积的标准不确定度分量u(AW)主要来自三个方面：一是进样重复性；二是进样器的允差；三是仪器的最小读数。
[0051] 1.2.3.1.1、进样重复性标准不确定度u1
[0052] 用仪器重复进样6次，得到的峰面积计算标准偏差S，是随机测量，属A类，如表1所示：
[0053] 表1
[0054]
[0055] 其中，
[0056] 1.2.3.1.2、进样器标准不确定度u2
[0057] 进样器的允差为±1％，即半宽度为1％，按均匀分布，属B类，则进样器标准不确定度为：
[0058]
[0059] 1.2.3.1.3、仪器读数的标准不确定度u3
[0060] 按均匀分布变化，属B类，仪器峰面积读数的最小变化为±1，因此：
[0061]
[0062] 1.2.3.1.4、样品峰面积相对不确定度分量urel(AY)，外标峰面积相对不确定度分量urel(Aw)和外标样浓度的相对不确定度urel(CW)，其中，
[0063]
[0064]
[0065] u2rel(CW)＝9.0×10-4
[0066] 其中，GBW(E):060853中规定urel(CW)为3.0×10-2。
[0067] 1.2.4、合成标准不确定度：
[0068] u2(rel)(X1)＝u2rel(AW)+u2rel(AY)+u2rel(CW)
[0069]          ＝0.33×10-4+0.534×10-4+9.0×10-4
[0070]          ＝9.86×10-4
[0071] urel(X1)＝3.14×10-2＝3.14％。
[0072] 1.3、V0和V1的标准不确定度
[0073] 1.3.1、针管的允差±4％，即半宽度为4％，按均匀分布，属B类，则针管标准不确定度为：
[0074]
[0075] 1.3.2、用进样器取1ml原气体用氮气稀释至10ml针管中，则针管标准不确定度为0.023。
[0076] 1.3.3、考虑温度对气体体积的影响产生的不确定度。
[0077] 针筒在室温为20℃时校准，稀释气体时测得室温为24℃，由此产生的体积变化为[0078]
[0079] 查K(t)值表，得
[0080]
[0081] 产生的相对合成标准不确定度(按均匀分布估计, )为：
[0082]
[0083] 则V1的标准不确定度为：
[0084]
[0085] 则合成相对标准不确定度为：
[0086]
[0087] 1.4、扩展不确定度U
[0088] 正态分布情况下，取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，则扩展不确定度为U1，其中，
[0089] U1＝k×μ(X0)＝2×0.045＝0.09＝9.0％。
[0090] 2、直接测量的标准不确定度评定
[0091] 用蒙特卡洛法(MCM)评定测量不确定度。
[0092] 2.1、MCM输入
[0093] 2.1.1、输出量xs(样品浓度)
[0094] 2.1.2、与xs相关的输入量为hs(气相色谱峰高)
[0095] 2.1.3、输出量与输出量之间关系为：
[0096]
[0097] 2.1.4、输入量hs按均匀分布变化，仪器峰高读数的允差为±1。
[0098] 2.1.5、蒙特卡洛实验样本量取为106(提供95％包含区间)。
[0099] 2.2、MCM传播
[0100] 2.2.1、从hs的PDF(概率密度函数)中抽取106个样本值，hsi，i＝1，2，…，106。
[0101] 2.2.2、对每个样本量计算相应xs的模型值。
[0102] 2.2.3、利用模型值得到输出量xs的离散表示G。
[0103] 2.3、报告结果
[0104] 由以下公式
[0105]
[0106] 平均值
[0107] 和由
[0108]
[0109] 确定的标准偏差 分别为X的估计值x和x的不确定度μ(x)。
[0110] 2.4、蒙特卡洛方法计算不确定度实例
[0111] 按
[0112] 可取ha＝70.1,xa＝5.74,hb＝133.5,xb＝11.05,取hs为[99，101]上的均匀分布，样本量为100，值如下表：
[0113] 表2
[0114]99.93 100.4 99.22 100.29 99.25 100.72 99.83 99.72 100.62 100.37
99.59 99.16 99.99 100.91 99.28 100.97 100.4 100.39 100.99 100.06
99.25 100.87 99.71 100 99.58 100.61 99.75 100.89 100.53 99.50
100.53 99.11 99.01 99.3 100.56 100.69 100.73 100.14 99.81 100.8
100.38 100.83 99.54 100.5 99.82 99.39 99.58 99.67 100.81 99.15
100.8 99.88 99.00 99.17 100.29 99.64 100.28 100.15 100.74 100.57
100.15 99.95 99.85 99.39 100.82 100.71 99.85 99.90 100.20 99.63
100.36 99.73 100.11 99.28 99.09 101.00 101.00 100.60 99.48 99.60
100.44 99.02 99.71 100.31 100.93 100.20 100.49 99.70 99.54 100.58
99.36 100.54 99.94 99.30 100.86 99.29 100.48 100.20 99.46 99.26
[0115] 相应计算出xa结果如表3所示：
[0116] 表3
[0117]8.24 8.28 8.18 8.27 8.18 8.30 8.23 8.22 8.30 8.28
8.21 8.17 8.24 8.32 8.18 8.33 8.28 8.28 8.33 8.25
8.18 8.32 8.22 8.24 8.21 8.30 8.22 8.32 8.29 8.20
8.29 8.17 8.16 8.19 8.29 8.30 8.31 8.26 8.23 8.31
8.28 8.31 8.21 8.29 8.23 8.19 8.21 8.22 8.31 8.17
8.31 8.23 8.16 8.17 8.27 8.21 8.27 8.26 8.31 8.29
8.26 8.24 8.23 8.19 8.31 8.30 8.23 8.24 8.26 8.21
8.27 8.22 8.25 8.18 8.17 8.33 8.33 8.29 8.20 8.21
8.28 8.16 8.22 8.27 8.32 8.26 8.29 8.22 8.21 8.29
8.19 8.29 8.24 8.19 8.32 8.18 8.28 8.26 8.20 8.18
[0118] 计算出xs的标准偏差为0.05，平均值为8.25，即xs的标准不确定度u(xs)＝0.05，xs的相对不确定度为u(xs)/xs＝0.61％
[0119] 考虑标样浓度的相对不确定度为3％，与以上模拟计算得出的不确定度复合可得该方法合成标准不确定度为3.0％。
[0120] 2.5、扩展不确定度U2
[0121] 正态分布情况下，取置信概率p＝95％，包含因子k＝2，则扩展不确定度为：
[0122] U2＝k×μ(xs)＝2×0.03＝0.06＝6.0％。
[0123] 3、结论：由以上不确定度分析U1＞U2可得出直接测量的误差小于稀释后测量的误差，既直接测量非线性函数范围内高浓度溶解气体的方法是一种快速而准确的方法。
[0124] 4、使用溶解气体含量快速判断电容型套管故障类型
[0125] 测量高浓度溶解气体含量后，可直接利用三比值法判断电容型套管故障类型，如表4所示：
[0126] 表4
[0127]特征故障 C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6
局部放电 NS ＜0.1 ＜0.1
低能量局部放电 ＞1 0.1～0.5 ＞1
高能量局部放电 0.6～0.25 0.1～1 ＞2
热故障t＜300℃ NS ＞1，但NS ＜1
热故障300℃＜t＜700℃ ＜0.1 ＞1 1～4
热故障t＞700℃ ＜0.2 ＞1 ＞4
[0128] 4.1、NS表示无论什么数值均无意义。
[0129] 4.1、以上比值在至少上述气体之一超过正常值并超过正常增长速率时，计算才有效。
[0130] 4.2、在互感器中，CH4/H2＜0.2时，为局部放电；在套管中，CH4/H2＜0.2时为局部放电。
[0131] 4.4、气体比值落在极限范围之外，而不对应本表中的某个故障特征，可以认为是混合故障或一种新的故障。
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