基于气象色谱分析及三比值法在线监测

内蒙古科技大学

基于气象色谱分析和三比值法

--油中气体在线监测技术

学院：信息工程学院

专业：电气工程及其自动化

班级：

组别：

指导老师：

时间：2014年4月22日

摘要

变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行的可靠性直接影响到电力系统的安全运行，所以对变压器的在线监测是必要的。

本论文以变压器油中气体在线监测作引，引出油中气体在线监测，以线油中气体分离技术、气象色谱分析技术、模糊三比值法为核心，对电力变压器做出了深入的研究，以到达对电力变压器的时事监测，了解其运行状况。最后，对本论文中变压器在线监测技术做出评价及评估，和先进方法的展望。

关键词：油气分离；气象色谱；模糊三比值法；

Abstract

Transformer is one of the most important equipment in the power system, its directly affects the safe operation of electric power system. So the on-line monitoring of transformer is necessary.

The gases in transformer oil online monitoring lead the gas in oil online monitoring,online oil gas separation technology, the meteorological chromatography analysis technology, fuzzy three ratio method as the core, made a thorough research on the power transformer, in order to reach the current monitoring for power transformers, understand the running status. Finally, it make the evaluation and assessment of the online monitoring system of transformer in this thesis, the prospect and advanced method.

Keywords: oil and gas separation; gas chromatography; fuzzy three ratio method;

第一章油中气体在线检测的目的和意义

众所周知，变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器能否正常运行关系到电力系统的稳定与否，因此维持维持变压器正常工作至关重要。但是变压器内部组成复杂，外部工作环境也不稳定，这为变压器检测带来一定难度。

长期以来，变压器的检测有定期和离线两种，但是这两种检测都有局限性。定期的检测消耗人力物力，而且可能给变压器带来人为损坏；离线检测不能完全模拟实际运行状况，不能完全保证变压器安全。

采用在线检测可以随时监视变压器的运行状态，防止重大事故的发生，而且在线检测节约成本，可靠性高，对于电网的安全性和经济性有重大意义。

第二章变压器油中气体与设备故障关系

2.1三比值法中气体产生原因

变压器中绝缘油中气体是变压器长时间运行工作导致变压器温度过高发生电热效应使变压器绝缘油和里面的绝缘材料发生分解，因此生成主要由碳氢氧组成的气体。其中包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、CO、CO2。在三比值法中主要检测H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6五种气体。另外还有变压器内部材料的分解和变压器维修等错误操作也能造成产生气体。

2.2判断故障方法

㈠模糊三比值法的引入

目前在传统的各类油中溶解气体分析技术中，应用范围比较广泛的有国际电工委员会的三比值法和改良三比值法，但经过许多的实践和系统的分析得出这些方法都不能避免编码和编码区间过于绝对化的缺陷，这一点在故障诊断中误差较大。为了使结果更为准确，需要引入模糊三比值法。

㈡模糊三比值法的简述

通过模糊数学来构造三比值法的3组模糊隶属函数确定故障的隶属程度，并根据故障的编码表判断故障。

㈢模糊三比值法

1.隶属函数和隶属度：

隶属函数：有一个区间范围U，x是U中的任意元素，判断x是否属于A(可以理解为U中的一个子集)，用[0,1]内的数表示x属于A的程度。A(x)成为x 对于A的隶属度。

2.隶属函数的构造

由三比值法的编码规则，可以对其进行模糊处理。编码的模糊化处理是将H2,CH4,C2H6,C2H4,C2H2气体构成对编码的模糊化。气体比值记为x，他们各自的隶属函数为U0(x),U1(x),U2(x),V0(x),V1(x),V2(x),W0(x),W1(x),W2(x)。

根据大量的色谱分析的验证结果，可以将原有的0.1的边界值模糊为0.08~0.12，将1模糊为0.85~1.15和0.9~1.1，将3模糊为2.9~3.1和2.85~3.15，这样的分法比较合理。选择合适的3个参数值来构建相应的隶属函数。

C2H2/C2H4

⎪⎩⎪⎨

⎧>≤=--08.008.01)08.0(500x x e u x

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥<<--≤≤<<-+≤=1.301.39.2)3(5sin 5.05.09.212.0112.008.0))1.0(5sin(5.05.008

.001x x x x x x x u ）π（π

⎪⎩⎪⎨⎧>-≤=--85

.2185

.20)85.2(122x x e

u x

CH4/H2

⎪⎩⎪⎨

⎧>≤=--08.008.01)08.0(501x x e u x

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥<<--≤≤<<-+≤=1.101.19.0)3(5sin 5.05.09.012.0112.008.0))1.0(5sin(5.05.008

.000x x x x x x x u ）π（π

⎪⎩⎪⎨⎧>-≤=--85

.0185

.00)85.2(122x x e

u x

C2H4/C2H6

⎪⎩⎪⎨

⎧>≤=--85.085.01)08.0(500x x e u x

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥<<--≤≤<<-+≤=1.301.39.2)3(5sin 5.05.09.22.112.185.0))1.0(5sin(5.05.008

.001x x x x x x x u ）π（π

⎪⎩⎪⎨⎧>-≤=--85

.2185

.20)85.2(122x x e

u x