一种变压器油中溶解气体多点位检测方法与流程

1.本发明涉及变压器溶解气体检测技术领域，尤其涉及一种变压器油中溶解气体多点位检测方法。


背景技术：

2.随着我国电力水平的日益提高，泛在电力互联网也在不断发展中完善，实现对电力变压器的准确可靠监控显得尤为重要。在电力系统中，变压器的健康运行是保证电网良好运作的关键，如此大规模的电力系统给这一工作带来了巨大挑战。而油色谱在线监测装置被广泛用于油浸式变压器，是带电检测项目中最广泛、最有效的一种。在一定程度上降低了用电设备潜在故障发展为重大事故的几率，保证了变压器的安全稳定运行。在线监测技术的采用实现了对设备运行状态的诊断，促进变压器由定期试验向状态检修过渡的进程，提高运行效率，推动智能电网的发展。
3.大型电力变压器是电力系统重要的变电设备，其运行状态对于电网的安全稳定至关重要，在线监测并实时诊断变压器状态具有十分重要的意义。长期以来，电力设备检修策略主要采用以时间为标准的定期维修。虽然定期维修一般可在维修时发现设备存在的缺陷,对保证设备的安全和经济运行发挥了重大作用。但是，定期维修也存在不及时的情况，导致设备可靠性的下降。变压器油中溶解气体分析技术是电力变压器诊断的重要方法，它能有效发现变压器内部的潜伏性故障及其发展程度。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种变压器油中溶解气体多点位检测方法，以解决现有技术中多层网络样本单一，庞杂的系统导致数据样本不一，样本不均，识别率低，且建模效率低下，不满足工控网络行为预测的实时性要求的问题。
5.本发明解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供技术方案如下：一种变压器油中溶解气体多点位检测方法，所述方法包括：
6.步骤s1、获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；
7.步骤s2、基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；
8.步骤s3、基于iec三比值法确定故障类型。
9.作为优选的，所述组分种类包括：h2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2。
10.作为优选的，所述步骤s1中，所述获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，具体包括：
11.在对溶解气体应用催化过程之前，通过光吸收测量获得溶解气体的第一差分光学吸收光谱，在对溶解气体应用催化过程期间和/或之后,通过光吸收测量获得溶解气体的第
二差分光学吸收光谱；
12.使用微分模型处理所述第一差分光学吸收光谱和所述第二差分光学吸收光谱以导出与所述溶解气体的组分种类和组分浓度。
13.作为优选的，所述步骤s1中，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，具体包括：
14.基于一个或多个电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，所述一个或多个电磁能源中至少一个为红外辐射电磁能量源，所述光吸收测量是通过红外辐射吸收测量；或，
15.基于一个或多个电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，所述一个或多个电磁能源中至少一个为紫外线电磁能量源，所述光吸收测量是通过紫外线吸收测量。
16.作为优选的，所述步骤s2中，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值，具体包括：
17.选取三对浓度比值x1＝[c2h2]/[c2h4]、x2＝[ch4]/[h2]、x3＝[c2h2]/[c2h6]。
[0018]
作为优选的，所述步骤s3具体包括：
[0019]
对所述三比值进行归一化预处理，得到预处理后的样本分为训练样本和测试样本；
[0020]
构建基于sdae-lstm故障诊断模型，结合遗传算法优化ann分类器，建立基于sdae-lstm的故障诊断模型；
[0021]
根据基于sdae-lstm的故障诊断模型对测试样本进行诊断，得到故障诊断结果。
[0022]
作为优选的，所述催化过程包括燃烧过程和加氢过程中的至少一种。
[0023]
第二方面，本发明实施例提供技术方案如下：一种变压器油中溶解气体多点位检测系统，包括：
[0024]
溶解气体检测模块，获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；
[0025]
溶解气体分析模块，基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；
[0026]
iec三比值诊断模块，基于iec三比值法确定故障类型。
[0027]
作为优选的，所述组分种类包括：h2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2；
[0028]
三对浓度比值分别为：x1＝[c2h2]/[c2h4]、x2＝[ch4]/[h2]、x3＝[c2h2]/[c2h6]。
[0029]
作为优选的，所述溶解气体检测模块包括电磁能源分离子模块、催化反应器和光吸收测量子模块，电磁能源分离子模块包括一个或多个电磁能源，所述催化反应器配置成将催化过程应用于提取的溶解气体，所述光吸收测量子模块调节提取气体的温度和压力特性,使得在对应温度和压力下获得光吸收信号。
[0030]
本发明的有益效果是：用一个或多个电磁能源分离出气体样品并获得与气体样品相关的光吸收信号，先于对气体样品应用催化过程；在对气体样品应用催化过程期间和/或之后；处理获得的光吸收信号以获得与气体样品相关的信息；对气体样品应用催化过程可能会改变气体样品中某些特定气体种类的浓度,这可能会影响气体样品的光吸收特性，通过在应用催化过程之前和之后(和/或期间)测量来自气体样品的光吸收,可以更好地区分对所应用的催化过程具有反应性的特定气体种类的光吸收贡献与其他气体的光吸收贡献
存在于气体样品中,这可以提高特定气体种类的浓度测量的灵敏度和/或选择性。
附图说明
[0031]
图1为本发明实施例的变压器油中溶解气体多点位检测方法流程图。
具体实施方式
[0032]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0033]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0034]
图1为根据本发明实施例提供的一种变压器油中溶解气体多点位检测方法，所述方法包括：
[0035]
步骤s1、获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；
[0036]
步骤s2、基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；
[0037]
步骤s3、基于iec三比值法确定故障类型。
[0038]
变压器油通常情况下以烃类为主，属于一种非常优质的介质，可以起到变压器的绝缘以及散热功能。然而，在变压器发生故障的情况下，例如，变压器发热、变压器放电等，将使变压器油中的一些烃类介质产生分解，主要体现在“碳-氢”键和“碳-碳”键的断裂，并且产生一部分氢原子和碳氢自由基，具有不稳定性，最终产生以下气体：甲烷、乙烷以及乙炔等。
[0039]
变压器油中溶解气体还来自于固体绝缘材料的分解，变压器铁芯有较多的绝缘纸板，绝缘纸的温度超过105℃将产生分解，超过300℃时将全部裂解以及产生碳化，裂解时生成水的同时还产生较多的一氧化碳、二氧化碳以及非常少的烃类气体成分。有时，变压器溶解气体有可能由于非故障原因产生，例如，由于制造工艺、绝缘材料的缺陷，使变压器在工作初始阶段迅速地形成氢气、一氧化碳和二氧化碳，或者产生有载开关小油箱和变压器油箱之间的渗漏，将产生较多的乙炔。此外，变化器绝缘材料老化也将产生溶解气体。
[0040]
通常情况下，变压器油在热和电的影响下渐渐地分解，并且会形成一部分低分子烃类介质，如果变压器故障位置包括纤维，还将释放一氧化碳和二氧化碳。如果变压器内存在局部过热以及局部放电，将提高气体分解的速率。通常情况下，针对性质不同的变压器故障，绝缘材料形成的气体不一样；在变压器故障类型相同的前提下，因为程度不相同，溶解气体的量也不一样。因此，按照变压器溶解油中气体的量能够对变压器的故障类型以及故障程度进行有效地判别。
[0041]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述组分种类包括：h2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2。
[0042]
一般情况，变压器内部故障主要有三种类别，分别是机械故障、热故障以及电故障，其中热故障和电故障是变压器的主要故障类型，同时，变压器的机械故障主要通过热故障或者电故障反映出来。变压器在工作过程中产生的故障通常情况下为过热故障以及高放电故障。依据变压器现场的测试结果，电弧放电将产生较大的电流，变压器溶解油中可以释放乙炔、氢气和一部分甲烷；局部放电将产生较小的电流，变压器溶解油主要释放出氢气和甲烷；变压器油过热时分解出h2、ch4和c2h4等，而纸和某些绝缘材料过热时还分解出co和co2等气体。
[0043]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述步骤s1中，所述获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，具体包括：
[0044]
在对溶解气体应用催化过程之前，通过光吸收测量获得溶解气体的第一差分光学吸收光谱，在对溶解气体应用催化过程期间和/或之后,通过光吸收测量获得溶解气体的第二差分光学吸收光谱；
[0045]
使用微分模型处理所述第一差分光学吸收光谱和所述第二差分光学吸收光谱以导出与所述溶解气体的组分种类和组分浓度。
[0046]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述步骤s1中，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，具体包括：
[0047]
基于一个或多个电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，所述一个或多个电磁能源中至少一个为红外辐射电磁能量源，所述光吸收测量是通过红外辐射吸收测量；或，
[0048]
基于一个或多个电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，所述一个或多个电磁能源中至少一个为紫外线电磁能量源，所述光吸收测量是通过紫外线吸收测量。
[0049]
用一个或多个电磁能源分离出气体样品并获得与气体样品相关的光吸收信号，先于对气体样品应用催化过程；在对气体样品应用催化过程期间和/或之后；处理获得的光吸收信号以获得与气体样品相关的信息；对气体样品应用催化过程可能会改变气体样品中某些特定气体种类的浓度,这可能会影响气体样品的光吸收特性，通过在应用催化过程之前和之后(和/或期间)测量来自气体样品的光吸收,可以更好地区分对所应用的催化过程具有反应性的特定气体种类的光吸收贡献与其他气体的光吸收贡献存在于气体样品中,这可以提高特定气体种类的浓度测量的灵敏度和/或选择性。
[0050]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述步骤s2中，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值，具体包括：
[0051]
选取三对浓度比值x1＝[c2h2]/[c2h4]、x2＝[ch4]/[h2]、x3＝[c2h2]/[c2h6]。
[0052]
通过绝缘油的热力学研究结果表明,随着故障点温度的升高,变压器油裂解产生烃类气体按ch4→
c2h6→
c2h4→
c2h2的顺序推移，并且h2是低温时由局部放电的离子碰撞游离所产生。
[0053]
根据充油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系，从5种特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值，以不同的编码表示；根据编码规则和故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。
[0054]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述步骤s3具体包括：
[0055]
对所述三比值进行归一化预处理，得到预处理后的样本分为训练样本和测试样
本；
[0056]
构建基于sdae-lstm故障诊断模型，结合遗传算法优化ann分类器，建立基于sdae-lstm的故障诊断模型；
[0057]
根据基于sdae-lstm的故障诊断模型对测试样本进行诊断，得到故障诊断结果。
[0058]
sdae有很强的能力挖掘数据的内部特征和抗干扰能力。lstm能够选择性地lstm可以选择性地“记忆”数据,适合处理时序数据。因此,模型“记忆”数据的能力使得不仅可以检测变化随时间变化的溶解气体浓度,还可以探索气体的内部特征气体数据。在浓度预测中,预测存在明显的“时移”误差曲线,导致预测结果与实际数据存在偏差。因此，在dbn中加入自适应延迟网络。该模型可以有效克服“时移”误差,预测准确率可达95.16％以上。
[0059]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述催化过程包括燃烧过程和加氢过程中的至少一种。
[0060]
第二方面，本发明实施例提供技术方案如下：一种变压器油中溶解气体多点位检测系统，基于上述实施例中的变压器油中溶解气体多点位检测方法，该系统包括：
[0061]
溶解气体检测模块，获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；
[0062]
溶解气体分析模块，基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；
[0063]
iec三比值诊断模块，基于iec三比值法确定故障类型。
[0064]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述组分种类包括：h2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2；
[0065]
三对浓度比值分别为：x1＝[c2h2]/[c2h4]、x2＝[ch4]/[h2]、x3＝[c2h2]/[c2h6]。
[0066]
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述溶解气体检测模块包括电磁能源分离子模块、催化反应器和光吸收测量子模块，电磁能源分离子模块包括一个或多个电磁能源，所述催化反应器配置成将催化过程应用于提取的溶解气体，所述光吸收测量子模块调节提取气体的温度和压力特性,使得在对应温度和压力下获得光吸收信号。
[0067]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0068]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0069]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0070]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0071]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0072]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0073]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种变压器油中溶解气体多点位检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤s1、获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；步骤s2、基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；步骤s3、基于iec三比值法确定故障类型。2.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体多点位检测方法，其特征在于，所述组分种类包括：h2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2。3.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体多点位检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，具体包括：在对溶解气体应用催化过程之前，通过光吸收测量获得溶解气体的第一差分光学吸收光谱，在对溶解气体应用催化过程期间和/或之后,通过光吸收测量获得溶解气体的第二差分光学吸收光谱；使用微分模型处理所述第一差分光学吸收光谱和所述第二差分光学吸收光谱以导出与所述溶解气体的组分种类和组分浓度。4.根据权利要求3所述的变压器油中溶解气体多点位检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，具体包括：基于一个或多个电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，所述一个或多个电磁能源中至少一个为红外辐射电磁能量源，所述光吸收测量是通过红外辐射吸收测量；或，基于一个或多个电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，所述一个或多个电磁能源中至少一个为紫外线电磁能量源，所述光吸收测量是通过紫外线吸收测量。5.根据权利要求2所述的变压器油中溶解气体多点位检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值，具体包括：选取三对浓度比值x1＝[c2h2]/[c2h4]、x2＝[ch4]/[h2]、x3＝[c2h2]/[c2h6]。6.根据权利要求5所述的变压器油中溶解气体多点位检测方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：对所述三比值进行归一化预处理，得到预处理后的样本分为训练样本和测试样本；构建基于sdae-lstm故障诊断模型，结合遗传算法优化ann分类器，建立基于sdae-lstm的故障诊断模型；根据基于sdae-lstm的故障诊断模型对测试样本进行诊断，得到故障诊断结果。7.根据权利要求3所述的变压器油中溶解气体多点位检测系统，其特征在于，所述催化过程包括燃烧过程和加氢过程中的至少一种。8.一种变压器油中溶解气体多点位检测系统，其特征在于，包括：溶解气体检测模块，获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；溶解气体分析模块，基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相
似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；iec三比值诊断模块，基于iec三比值法确定故障类型。9.根据权利要求8所述的变压器油中溶解气体多点位检测系统，其特征在于，所述组分种类包括：h2、ch4、c2h6、c2h4、c2h2；三对浓度比值分别为：x1＝[c2h2]/[c2h4]、x2＝[ch4]/[h2]、x3＝[c2h2]/[c2h6]。10.根据权利要求8所述的变压器油中溶解气体多点位检测系统，其特征在于，所述溶解气体检测模块包括电磁能源分离子模块、催化反应器和光吸收测量子模块，电磁能源分离子模块包括一个或多个电磁能源，所述催化反应器配置成将催化过程应用于提取的溶解气体，所述光吸收测量子模块调节提取气体的温度和压力特性,使得在对应温度和压力下获得光吸收信号。

技术总结
本发明涉及一种变压器油中溶解气体多点位检测方法和系统，所述方法包括：步骤S1、获取变压器多个位置处的变压器油，基于电磁能源分离出变压器油中的溶解气体，获取与所述溶解气体相关的差分光学吸收光谱，基于所述差分光吸收光谱确定所述溶解气体的组分种类和组分浓度；步骤S2、基于所述组分种类和组分浓度，选取溶解度的相似度小于第一相似度阈值且扩散系数的相似度小于第二相似度阈值的两种气体组成三对浓度比值；步骤S3、基于IEC三比值法确定故障类型。解决了现有电力变压器绝缘潜伏性故障诊断中出现的漏判误判问题的缺点。障诊断中出现的漏判误判问题的缺点。障诊断中出现的漏判误判问题的缺点。


技术研发人员：童斌 范旺生 李文 程鹏 黄蒙蒙
受保护的技术使用者：湖北鑫英泰系统技术股份有限公司
技术研发日：2023.07.09
技术公布日：2023/10/15