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牵引变压器是牵引供电系统中的重要组成部分之一,由于其在长期的运行中要受到热、电和化学的作用,其绝缘系统会发生老化,引起潜伏性故障,对铁路运行造成严重安全隐患。铁道部公布的牵引变电所运行检修规程中规定运行中的牵引变压器每年做一次油中溶解气体的色谱分析,这种离线的油中气体分析相隔时间长,易产生故障漏报警现象。而且由于在提取样油时间上的耽搁和检测时人工操作上的误差,导致运行单位不能适时、准确地评估牵引变压器的运行状态。DGA在线监测技术的应用能够克服以上缺点,从而避免潜伏性绝缘故障带来的事故,优化维修策略。
1.牵引变压器在线监测系统工作流程
牵引变压器油色谱在线监测系统包括油气分离单元、信号转换单元、采集控制电路板、工作站软件四个模块,系统结构如图1所示。
系统的工作原理:
(1)油气分离单元安装在变压器放油阀上,油中的故障气体通过透气膜进入气室;
(2)载气把气室中的故障气体吹入信号转换单元中进行检测,气体检测器输出模拟信号;
(3)数据采集板把模拟信号变成数字信号,进行处理后,把数字量传送给工作站;
(4)工作站软件对数据作进一步的运算,并根据处理结果进行故障诊断。
2.油气分离技术
油气分离技术按取气方法共分三类:高分子聚合物膜分离方法、抽真空取气方法、油中吹气法,其中高分子聚合物膜分离方法采用完全的被动方式实现故障气体和变压器油的分离,操作简单,基于高分子聚合物膜的在线分离装置成本低下,最适合应用于牵引变压器在线监测中。本系统结合牵引变压器的实际特点,采用了高分子平板膜进行油气分离。
3.信号转换单元
信号转换单元是整个系统的核心,其功能是把多种故障气体分离,并转换成可以检测的弱电信号。其中色谱柱和检测器是提高转换精度的关键部件。整个单元主要由气路控制系统、进样装置、色谱柱等组成。色谱柱是信号转换单元的核心部件,功能是分离混合气体;气体检测单元是气敏传感器,它的灵敏度和精度决定了气体检测的灵敏度和精度。信号转换单元的进样流程控制、温度控制都是由数据采集控制电路板来完成的。装置采用氦气(He)作载气,气体检测器选用热导型检测器,把油中气体含量转化为0~1V的模拟量。
4.采集控制电路
采集控制电路是数据采集和控制电路的核心,其功能是控制系统工作流程、采集有效信号、信号处理和简单的故障诊断。为了满足大量计算要求,系统采用了ADSP和CPLD结合的方式,同时也方便系统扩展。其中的通信接口可以通过软件选择的方式实现,现场或实验室调试的时候采用RS232通信接口,系统正常工作的时候采用RS485的方式。
5.工作站软件
工作站按照RS485/232通讯方式从数据采集板获取检测的色谱数据,并把数据录入数据库,然后谱图处理模块从数据库中获得数据按照相关的算法进行变压器故障诊断及分类运算。本软件主要针对信号转换底层数据采集板,实现对DGA自动检测流程的控制、数据采集、温度控制、数据上传、浓度超限报警等。 |
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