高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统的制作方法

1.本发明涉及一种绝缘油中溶解气体分析系统，特别涉及一种高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统。


背景技术：

2.特高压直流输电创造了世界电力工业史上的奇迹，是我国发展建设中的重要组成部分。特高压变电站肩负着大功率、跨地域和远距离输送的职责，变压器作为其中的关键变电设备。通过实时监测变压器绝缘油中溶解气体的含量能有效的发现设备早期故障，特高压变压器结构复杂，油量大，对在线监测设备的灵敏度和可靠性提出了更高的要求。
3.气相色谱法是多年来应用于电力行业用于在线检测变压器油中溶解气体含量的成熟、稳定的检测方法，在实际工作中有良好的应用效果。其主要的工作流程是通过油气分离单元分离出来样品气体，通过载气把样品带入色谱柱进行分离，然后把分离后的样品导入到气体检测器检测，把相关的气体成分转换成电信号，数据采集板将这些电信号进行与数字信号的转换与处理，得到相应的数字量，最后把所获取的数字量传送给色谱分析工作站，对数据作进一步的计算和检测，根据得出的结果，再进行下一步的设备在线监测和故障诊断。气相色谱法是当前在线监测系统当中运用最广的方法之一，其技术的成熟度较高，性能可靠，是一种比较精准的检测方法。色谱在线监测系统结构比较复杂，涉及到脱气单元，分离单元、检测单元、载气单元等。
4.当前，绝缘油中溶解气体分析装置多为采用独立的色谱检测系统，色谱在线监测系统运行所需要的气源﹑脱气系统﹑检测器以及色谱柱均存在使用寿命和一定的故障率问题，尤其在特高压输电系统对在线监测的分析周期和频率提出更高的需求后。现有的基于独立的检测设备的在线监测装置无法满足特高压设备所需要的高频次﹑高可靠性的持续分析，当采用高频次监测时，故障率会上升，逐渐在目前的特高压变压器监测任务中表现得力不从心。一旦在线检测设备出现故障时，需要人工持续取样进行跟踪复测，浪费了大量的人力和物力。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，该绝缘油中溶解气体分析系统出现异常的概率低﹑连续无故障运行周期长，可以实现不中断监测的故障检修。
6.本发明的技术方案：
7.一种高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，含有n个脱气单元﹑n个检测单元﹑n个数据处理单元﹑n个载气单元﹑n个进油电磁阀﹑n个出油电磁阀﹑n个标气电磁阀﹑气源净化装置﹑标气瓶﹑通信单元和控制电路；被检测设备(如：变压器)的绝缘油出口通过n个进油电磁阀分别与n个脱气单元的进油口连通，被检测设备的绝缘油进口通过n个出油电磁阀分别与n个脱气单元的出油口连通，气源净化装置的n个出气口分别与n个脱气单元的
进气口连通，n个载气单元的出气口分别与气源净化装置的n个进气口连通；n个脱气单元的出气口分别与n个检测单元的被检测气进口连通，标气瓶的n个出气口通过n个标气电磁阀分别与n个检测单元的标气进口连通，每一个数据处理单元的n个信号输入口分别与n个检测单元的信号输出口连接，n个数据处理单元的第一通信口均与通信单元的第一通信口连接，通信单元的第二通信口与监测保护系统平台连接；控制电路控制n个脱气单元﹑n个检测单元﹑n个载气单元﹑n个数据处理单元﹑n个进油电磁阀﹑n个出油电磁阀和n个标气电磁阀的工作；n为大于等于2的自然数。
8.n个数据处理单元的第二通信口均连接在一起。
9.脱气单元为真空脱气模块或顶空脱气模块；检测单元为色谱分析模块；载气单元为空气压缩机或储气钢瓶。
10.n为2，2个脱气单元分别为脱气单元a和脱气单元b，2个检测单元分别为检测单元a和检测单元b，2个数据处理单元分别为数据处理单元a和数据处理单元b，2个载气单元分别为载气单元a和载气单元b，脱气单元a和脱气单元b的出气口分别与检测单元a和检测单元b的被检测气进口连通。
11.该绝缘油中溶解气体分析系统还含有第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀﹑第二检测端电磁阀和互联电磁阀；第一脱气端电磁阀安装在脱气单元a的出气口处，第一检测端电磁阀安装在检测单元a的被检测气进口处，第二脱气端电磁阀安装在脱气单元b的出气口处，第二检测端电磁阀安装在检测单元b的被检测气进口处；第一脱气端电磁阀和第一检测端电磁阀之间的连通管道与互联电磁阀的一端连通，第二脱气端电磁阀和第二检测端电磁阀之间的连通管道与互联电磁阀的另一端连通；控制电路还控制第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀﹑第二检测端电磁阀和互联电磁阀的工作。
12.检测单元a和检测单元b可以采用相同的检测模块，也可以采用不同的检测模块，常规的配置方案是：检测单元a和检测单元b都采用色谱分析模块。
13.控制电路的控制方法为：首先，使2个进油电磁阀﹑2个出油电磁阀﹑2个标气电磁阀﹑第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀和第二检测端电磁阀均打开，使互联电磁阀关闭；然后，控制2个脱气单元﹑2个载气单元﹑2个检测单元和任一个数据处理单元同时工作。
14.该控制方法为并行工作模式，可实现2个脱气单元和2个检测单元的并行﹑独立运行，2个检测单元获得分析数据后，由任一个数据处理单元对分析数据进行汇总处理﹑筛选剔除，然后取平均值，最后获得更为可靠的分析数据。
15.并行工作模式时，脱气单元a采用真空脱气模块，脱气单元b采用顶空脱气模块，这样可以通过不同脱气模块和色谱分析模块搭配时的分析数据对比实现互相参考的分析方式，通过不同脱气模块的优缺点互补，极大地提升了本系统数据的可靠性，防止出现数据误报。
16.或者，控制电路的控制方法为：首先，使2个进油电磁阀﹑2个出油电磁阀﹑2个标气电磁阀﹑第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀和第二检测端电磁阀均打开，使互联电磁阀关闭；然后，控制任一个数据处理单元工作；最后，控制a组单元和b组单元交替工作，其中，a组单元含有脱气单元a﹑载气单元a和检测单元a，b组单元含有脱气单元
b﹑载气单元b和检测单元b。
17.该控制方法为交替工作模式，可实现a组单元和b组单元的交替间歇性工作和数据检测，减少了单组单元的工作时间，有效延长了脱气单元和检测单元的使用寿命。
18.或者，控制电路的控制方法为：首先，使与脱气单元a连通的进油电磁阀和出油电磁阀打开，使与检测单元a连通的标气电磁阀打开，使第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀打开，使与脱气单元b连通的进油电磁阀和出油电磁阀关闭，使与检测单元b连通的标气电磁阀关闭，使第二脱气端电磁阀﹑第二检测端电磁阀和互联电磁阀关闭；然后，控制脱气单元a﹑载气单元a﹑检测单元a和任一个数据处理单元同时工作，控制脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b停止工作；
19.当脱气单元a或载气单元a发生故障时，先控制脱气单元a和载气单元a停止工作，使第一脱气端电磁阀关闭，使与脱气单元a连通的进油电磁阀和出油电磁阀关闭，然后，使与脱气单元b连通的进油电磁阀和出油电磁阀打开，使第二脱气端电磁阀﹑互联电磁阀打开，控制脱气单元b和载气单元b工作；
20.当检测单元a发生故障时，先控制检测单元a停止工作，使第一检测端电磁阀关闭，使与检测单元a连通的标气电磁阀关闭，然后，使第二检测端电磁阀﹑互联电磁阀打开，使与检测单元b连通的标气电磁阀打开，控制检测单元b工作。
21.该控制方法为备份工作模式，其将脱气单元a﹑载气单元a和检测单元a做为主运行单元，将脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b做为备份单元，当主运行单元出现异常时，自动切换为备份单元，保证在线监测的连续性。
22.本绝缘油中溶解气体分析系统工作时，可以切换不同的工作模式，当以备份工作模式运行时，会定期切换一次并行工作模式，以实现色谱数据的对比修正。
23.本发明的有益效果：
24.1﹑本发明对各功能单元进行多组冗余式备份设计，当某个功能单元发生故障时，备份的单元可替换其工作，提高了系统的可靠性及检测数据的准确性，降低了系统出现异常无法在线监测的概率，满足了特高压对在线监测可靠性的要求。
25.2﹑本发明的某个功能单元出现故障时，可以在不中断分析的条件下进行单元更换和维修，提高了系统分析的连续无故障运行周期。
26.3﹑本发明的脱气单元可以采用两种不同的工作原理的脱气模块，通过不同脱气模块的分析优缺点互补，对两种脱气模块的数据进行融合分析，互相验证，提升了在线监测系统数据的可靠性，降低故障误报。
附图说明
27.图1为高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统的结构示意图。
具体实施方式
28.参见图1，图中，高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统含有2个脱气单元﹑2个检测单元﹑2个数据处理单元﹑2个载气单元﹑2个进油电磁阀(1﹑3)﹑2个出油电磁阀(2﹑4)﹑2个标气电磁阀(9﹑10)﹑气源净化装置﹑标气瓶﹑通信单元和控制电路；变压器的绝缘油出口通过2个进油电磁阀(1﹑3)分别与2个脱气单元的进油口连通，变压器的绝缘油进口
通过2个出油电磁阀(2﹑4)分别与2个脱气单元的出油口连通，气源净化装置的2个出气口分别与2个脱气单元的进气口连通，2个载气单元的出气口分别与气源净化装置的2个进气口连通；2个脱气单元的出气口分别与2个检测单元的被检测气进口连通，标气瓶的2个出气口通过2个标气电磁阀(9﹑10)分别与2个检测单元的标气进口连通，每一个数据处理单元的2个信号输入口分别与2个检测单元的信号输出口连接，2个数据处理单元的第一通信口均与通信单元的第一通信口连接，通信单元的第二通信口与监测保护系统平台连接；控制电路控制2个脱气单元﹑2个检测单元﹑2个载气单元﹑2个数据处理单元﹑2个进油电磁阀(1﹑3)﹑2个出油电磁阀(2﹑4)和2个标气电磁阀(9﹑10)的工作。
29.2个数据处理单元的第二通信口均连接在一起。
30.载气单元为空气压缩机。
31.2个脱气单元分别为脱气单元a和脱气单元b，2个检测单元分别为检测单元a和检测单元b，2个数据处理单元分别为数据处理单元a和数据处理单元b，2个载气单元分别为载气单元a和载气单元b，脱气单元a和脱气单元b的出气口分别与检测单元a和检测单元b的被检测气进口连通。
32.该绝缘油中溶解气体分析系统还含有第一脱气端电磁阀5﹑第一检测端电磁阀6﹑第二脱气端电磁阀7﹑第二检测端电磁阀8和互联电磁阀11；第一脱气端电磁阀5安装在脱气单元a的出气口处，第一检测端电磁阀6安装在检测单元a的被检测气进口处，第二脱气端电磁阀7安装在脱气单元b的出气口处，第二检测端电磁阀8安装在检测单元b的被检测气进口处；第一脱气端电磁阀5和第一检测端电磁阀6之间的连通管道与互联电磁阀11的一端连通，第二脱气端电磁阀7和第二检测端电磁阀8之间的连通管道与互联电磁阀11的另一端连通；控制电路还控制第一脱气端电磁阀5﹑第一检测端电磁阀6﹑第二脱气端电磁阀7﹑第二检测端电磁阀8和互联电磁阀11的工作。
33.脱气单元a采用真空脱气模块，脱气单元b采用顶空脱气模块，检测单元a和检测单元b均采用色谱分析模块。
34.控制电路的控制方法为：首先，使2个进油电磁阀(1﹑3)﹑2个出油电磁阀(2﹑4)﹑2个标气电磁阀(9﹑10)﹑第一脱气端电磁阀5﹑第一检测端电磁阀6﹑第二脱气端电磁阀7和第二检测端电磁阀8均打开，使互联电磁阀11关闭；然后，控制2个脱气单元﹑2个载气单元﹑2个检测单元和任一个数据处理单元同时工作。
35.该控制方法为并行工作模式，可实现2个脱气单元和2个检测单元的并行﹑独立运行，2个检测单元获得分析数据后，由任一个数据处理单元对分析数据进行汇总处理﹑筛选剔除，然后取平均值，最后获得更为可靠的分析数据。
36.并行工作模式时，脱气单元a采用真空脱气模块，脱气单元b采用顶空脱气模块，这样可以通过不同脱气模块和色谱分析模块搭配时的分析数据对比实现互相参考的分析方式，通过不同脱气模块的优缺点互补，极大地提升了本系统数据的可靠性，防止出现数据误报。
37.控制电路的控制方法还可以为：首先，使2个进油电磁阀(1﹑3)﹑2个出油电磁阀(2﹑4)﹑2个标气电磁阀(9﹑10)﹑第一脱气端电磁阀5﹑第一检测端电磁阀6﹑第二脱气端电磁阀7和第二检测端电磁阀8均打开，使互联电磁阀11关闭；然后，控制任一个数据处理单元工作；最后，控制a组单元和b组单元交替工作，其中，a组单元含有脱气单元a﹑载气单元a和检测单
元a，b组单元含有脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b。
38.该控制方法为交替工作模式，可实现a组单元和b组单元的交替间歇性工作和数据检测，减少了单组单元的工作时间，有效延长了脱气单元和检测单元的使用寿命。
39.控制电路的控制方法还可以为：首先，使与脱气单元a连通的进油电磁阀1和出油电磁阀2打开，使与检测单元a连通的标气电磁阀9打开，使第一脱气端电磁阀5﹑第一检测端电磁阀6打开，使与脱气单元b连通的进油电磁阀3和出油电磁阀4关闭，使与检测单元b连通的标气电磁阀10关闭，使第二脱气端电磁阀7﹑第二检测端电磁阀8和互联电磁阀11关闭；然后，控制脱气单元a﹑载气单元a﹑检测单元a和任一个数据处理单元同时工作，控制脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b停止工作；
40.当脱气单元a或载气单元a发生故障时，先控制脱气单元a和载气单元a停止工作，使第一脱气端电磁阀5关闭，使与脱气单元a连通的进油电磁阀1和出油电磁阀2关闭，然后，使与脱气单元b连通的进油电磁阀3和出油电磁阀4打开，使第二脱气端电磁阀7﹑互联电磁阀11打开，控制脱气单元b和载气单元b工作；
41.当检测单元a发生故障时，先控制检测单元a停止工作，使第一检测端电磁阀6关闭，使与检测单元a连通的标气电磁阀9关闭，然后，使第二检测端电磁阀8﹑互联电磁阀11打开，使与检测单元b连通的标气电磁阀10打开，控制检测单元b工作。
42.该控制方法为备份工作模式，其将脱气单元a﹑载气单元a和检测单元a做为主运行单元，将脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b做为备份单元，当主运行单元出现异常时，自动切换为备份单元，保证在线监测的连续性。
43.本绝缘油中溶解气体分析系统工作时，可以切换不同的工作模式，当以备份工作模式运行时，会定期切换一次并行工作模式，以实现色谱数据的对比修正。

技术特征：
1.一种高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：含有n个脱气单元﹑n个检测单元﹑n个数据处理单元﹑n个载气单元﹑n个进油电磁阀﹑n个出油电磁阀﹑n个标气电磁阀﹑气源净化装置﹑标气瓶﹑通信单元和控制电路；被检测设备的绝缘油出口通过n个进油电磁阀分别与n个脱气单元的进油口连通，被检测设备的绝缘油进口通过n个出油电磁阀分别与n个脱气单元的出油口连通，气源净化装置的n个出气口分别与n个脱气单元的进气口连通，n个载气单元的出气口分别与气源净化装置的n个进气口连通；n个脱气单元的出气口分别与n个检测单元的被检测气进口连通，标气瓶的n个出气口通过n个标气电磁阀分别与n个检测单元的标气进口连通，每一个数据处理单元的n个信号输入口分别与n个检测单元的信号输出口连接，n个数据处理单元的第一通信口均与通信单元的第一通信口连接，通信单元的第二通信口与监测保护系统平台连接；控制电路控制n个脱气单元﹑n个检测单元﹑n个载气单元﹑n个数据处理单元﹑n个进油电磁阀﹑n个出油电磁阀和n个标气电磁阀的工作；n为大于等于2的自然数。2.根据权利要求1所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述n个数据处理单元的第二通信口均连接在一起。3.根据权利要求1所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述脱气单元为真空脱气模块或顶空脱气模块；检测单元为色谱分析模块；载气单元为空气压缩机或储气钢瓶。4.根据权利要求1所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述n为2，2个脱气单元分别为脱气单元a和脱气单元b，2个检测单元分别为检测单元a和检测单元b，2个载气单元分别为载气单元a和载气单元b，脱气单元a和脱气单元b的出气口分别与检测单元a和检测单元b的被检测气进口连通。5.根据权利要求4所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：还含有第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀﹑第二检测端电磁阀和互联电磁阀；第一脱气端电磁阀安装在脱气单元a的出气口处，第一检测端电磁阀安装在检测单元a的被检测气进口处，第二脱气端电磁阀安装在脱气单元b的出气口处，第二检测端电磁阀安装在检测单元b的被检测气进口处；第一脱气端电磁阀和第一检测端电磁阀之间的连通管道与互联电磁阀的一端连通，第二脱气端电磁阀和第二检测端电磁阀之间的连通管道与互联电磁阀的另一端连通；控制电路还控制第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀﹑第二检测端电磁阀和互联电磁阀的工作。6.根据权利要求5所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述控制电路的控制方法为：首先，使2个进油电磁阀﹑2个出油电磁阀﹑2个标气电磁阀﹑第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀和第二检测端电磁阀均打开，使互联电磁阀关闭；然后，控制2个脱气单元﹑2个载气单元﹑2个检测单元和任一个数据处理单元同时工作。7.根据权利要求6所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述脱气单元a采用真空脱气模块，脱气单元b采用顶空脱气模块。8.根据权利要求5所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述控制电路的控制方法为：首先，使2个进油电磁阀﹑2个出油电磁阀﹑2个标气电磁阀﹑第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀﹑第二脱气端电磁阀和第二检测端电磁阀均打开，使互
联电磁阀关闭；然后，控制任一个数据处理单元工作；最后，控制a组单元和b组单元交替工作，其中，a组单元含有脱气单元a﹑载气单元a和检测单元a，b组单元含有脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b。9.根据权利要5所述的高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，其特征是：所述控制电路的控制方法为：首先，使与脱气单元a连通的进油电磁阀和出油电磁阀打开，使与检测单元a连通的标气电磁阀打开，使第一脱气端电磁阀﹑第一检测端电磁阀打开，使与脱气单元b连通的进油电磁阀和出油电磁阀关闭，使与检测单元b连通的标气电磁阀关闭，使第二脱气端电磁阀﹑第二检测端电磁阀和互联电磁阀关闭；然后，控制脱气单元a﹑载气单元a﹑检测单元a和任一个数据处理单元同时工作，控制脱气单元b﹑载气单元b和检测单元b停止工作；当脱气单元a或载气单元a发生故障时，先控制脱气单元a和载气单元a停止工作，使第一脱气端电磁阀关闭，使与脱气单元a连通的进油电磁阀和出油电磁阀关闭，然后，使与脱气单元b连通的进油电磁阀和出油电磁阀打开，使第二脱气端电磁阀﹑互联电磁阀打开，控制脱气单元b和载气单元b工作；当检测单元a发生故障时，先控制检测单元a停止工作，使第一检测端电磁阀关闭，使与检测单元a连通的标气电磁阀关闭，然后，使第二检测端电磁阀﹑互联电磁阀打开，使与检测单元b连通的标气电磁阀打开，控制检测单元b工作。

技术总结
本发明涉及一种高可靠性冗余设计的绝缘油中溶解气体分析系统，该分析系统中，被检测设备的绝缘油出口通过N个进油电磁阀分别与N个脱气单元的进油口连通，绝缘油进口通过N个出油电磁阀分别与N个脱气单元的出油口连通，气源净化装置的N个出气口分别与N个脱气单元的进气口连通；N个脱气单元的出气口分别与N个检测单元的被检测气进口连通，标气瓶的N个出气口分别与N个检测单元的标气进口连通，每一个数据处理单元的N个信号输入口分别与N个检测单元的信号输出口连接，N个数据处理单元的第一通信口均与通信单元的第一通信口连接，通信单元的第二通信口与监测保护系统平台连接；本发明出现异常的概率低﹑连续无故障运行周期长。长。长。


技术研发人员：闫东昌 王立华 沈明威 何力杰 吕永欣 石开泰 李梅芳
受保护的技术使用者：河南中分仪器股份有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/22