基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法及系统

1.本发明涉及一种基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法及系统，属于油浸式变压器的保护技术领域。


背景技术：

2.变压器轻瓦斯保护主要应用于变压器内部故障的早期检测，相较于变压器电气量保护，反应故障气体产生的非电量保护能够在轻微故障阶段识别出故障发展特征，从而更为灵敏、直接、全面地反应保护对象运行状态。
3.现有轻瓦斯保护利用油浸式变压器内部故障产热汽化绝缘油的原理，通过机械结构实现对气体体积量是否达到阈值的判断。这种方法在外部进气的情况下，很容易导致保护误动作，且由于判据单一，轻瓦斯保护灵敏度低。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法及系统，解决了现有方法很容易导致保护误动作、灵敏度低的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法，包括：
7.响应于检测到集气盒内气体体积变化速率大于速率阈值，将当前时刻作为预设时长t的截止时刻，计算过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度；
8.根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断。
9.根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断，包括：
10.根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投延时跳闸信号判断；
11.根据乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号判断。
12.根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投延时跳闸信号判断，包括：
13.在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时a跳闸信号；
14.在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值且乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值、或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值且甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时b跳闸信号；
15.在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、并且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时c跳闸信号；其中，a》b》c。
16.根据乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号判断，包括：
17.若乙炔平均浓度大于等于乙炔浓度阈值，则轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号。
18.基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护系统，包括：
19.计算模块：响应于检测到集气盒内气体体积变化速率大于速率阈值，将当前时刻作为预设时长t的截止时刻，计算过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度；
20.判断模块：根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断。
21.判断模块包括：
22.投延时判断：根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投延时跳闸信号判断；
23.投瞬时判断：根据乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号判断。
24.投延时判断包括：
25.延时a跳闸判断：在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时a跳闸信号；
26.延时b跳闸判断：在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值且乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值、或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值且甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时b跳闸信号；
27.延时c跳闸判断：在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、并且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时c跳闸信号；其中，a》b》c。
28.投瞬时判断包括：
29.瞬时跳闸判断：若乙炔平均浓度大于等于乙炔浓度阈值，则轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号。
30.存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法。
31.计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法的指令。
32.本发明所达到的有益效果：本发明利用外部进气中不含有机气体，而变压器内部故障产气中含有有机气体的特点，有效鉴别变压器外部进气导致保护误报警的情况，避免保护误动作；同时基于过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙
炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断，相较于传统的气体体积量判据，能够在气体体积量达到原有额定阈值前灵敏感知故障信息，提高了保护可靠性、速动性与灵敏度。
附图说明
33.图1为本发明方法的流程图；
34.图2为具体实物的安装示意图；
35.图3为常见的辐射状电网。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
37.如图1所示，基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法，包括以下步骤：
38.步骤1，响应于检测到集气盒内气体体积变化速率大于速率阈值，将当前时刻作为预设时长t的截止时刻，计算过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度；
39.步骤2，根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断。
40.上述方法直接运用在轻瓦斯继电器中，该方法利用外部进气中不含有机气体，而变压器内部故障产气中含有有机气体的特点，有效鉴别变压器外部进气导致保护误报警的情况，避免保护误动作；同时基于过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断，相较于传统的气体体积量判据，能够在气体体积量达到原有额定阈值前灵敏感知故障信息，提高了保护可靠性、速动性与灵敏度。
41.如图2所示，轻瓦斯继电器中可通过磁致伸缩式液位计采集集气盒内气体体积，计算气体体积变化速率，当气体体积变化速率大于速率阈值则启动轻瓦斯保护，根据变压器内部缺陷产气规律，该速率阈值一般设定为20ml/h。
42.变压器内部短路故障发展过程中，甲烷、乙烷、乙烯、乙炔四种有机气体在总产气量里的比例关系随温度而变化，其中产气处温度随故障严重程度的加剧而增加。因此这里主要对甲烷、乙烷、乙烯、乙炔浓度进行测量。
43.当检测到气体体积变化速率大于速率阈值，将当前时刻作为预设时长t的截止时刻；其中，这里的当前时刻即为检测到气体体积变化速率大于速率阈值的时刻，预设时长t根据实际情况而定，一般为5秒。
44.基于实时测量的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔浓度，可计算出过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，可采用如下公式计算：
[0045][0046]
其中，p
avg
为过去预设时长t内气体的平均浓度，n为过去预设时长t内的测量次数，
pi为第i次测量获得的气体浓度。
[0047]
根据计算出的平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断，其中轻瓦斯保护投跳闸信号包括轻瓦斯保护投延时跳闸信号和轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号；其中，甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度能进行投延时跳闸信号判断，随着故障温度/功率的升高，故障特征气体由乙烷、甲烷、乙烯转变为乙炔，因此乙炔平均浓度能进行瞬时跳闸信号判断。
[0048]
根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投延时跳闸信号判断，过程一般为：
[0049]
11)在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时a跳闸信号；其中，基于故障发展经验规律，预设延时a设定为延时半小时。
[0050]
上述的判据可采用以下公式表述：
[0051]
f＝{a and(not b)and(not c)and(not d)}
[0052]
or{(not a)and b and(not c)and(not d)}
[0053]
or{(not a)and(not b)and c and(not d)}
[0054]
其中，f表示轻瓦斯保护投延时半小时跳闸信号；
[0055]
判据a：其中，为过去预设时长t内集气盒中甲烷平均浓度，为甲烷浓度阈值；
[0056]
判据b：其中，为过去预设时长t内集气盒中乙烷平均浓度，为乙烷浓度阈值；
[0057]
判据c：其中，为过去预设时长t内集气盒中乙烯平均浓度，为乙烯浓度阈值；
[0058]
判据d：其中，为过去预设时长t内集气盒中乙炔平均浓度，为乙炔浓度阈值。
[0059]
12)在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值且乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值、或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值且甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时b跳闸信号；其中，基于故障发展经验规律，预设延时b设定为延时十分钟。
[0060]
上述的判据可采用以下公式表述：
[0061]
f1＝{a and b and(not c)and(not d)}
[0062]
or{(not a)and b and c and(not d)}
[0063]
or{a and(not b)and c and(not d)}
[0064]
其中，f1表示轻瓦斯保护投延时十分钟跳闸信号。
[0065]
13)在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、并且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时c跳闸信号；其中，基于故障发展经验规律，预设延时c设定为延时五分钟。
[0066]
上述的判据可采用以下公式表述：
[0067]
f2＝{a and b and c and(not d)}
[0068]
其中，f2表示轻瓦斯保护投延时五分钟跳闸信号。
[0069]
根据乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号判断，过程一般为：
[0070]
21)若乙炔平均浓度大于等于乙炔浓度阈值，则轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号。
[0071]
上述的判据可采用以下公式表述：
[0072]
f3＝d
[0073]
其中，f3表示轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号。
[0074]
图3为一种常见的辐射状电网，其包括油浸式变压器t1和t2，该辐射状电网外接下级线路和负荷，以图中油浸式变压器t1为例，采用磁致伸缩式液位计对瓦斯集气盒内的气体体积进行采集，计算气体体积变化速率，当气体体积变化速率大于速率阈值，则启动轻瓦斯保护，基于实时测量的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔浓度，可计算出过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，根据上述判断过程，即可确定轻瓦斯保护投延时半小时跳闸信号、轻瓦斯保护投延时十分钟跳闸信号、轻瓦斯保护投延时五分钟跳闸信号或轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号。
[0075]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供一种基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护系统，为上述方法的软件系统，包括：
[0076]
计算模块：响应于检测到集气盒内气体体积变化速率大于速率阈值，将当前时刻作为预设时长t的截止时刻，计算过去预设时长t内甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度。
[0077]
判断模块：根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投跳闸信号判断。
[0078]
判断模块包括：
[0079]
投延时判断：根据甲烷平均浓度、乙烷平均浓度、乙烯平均浓度和乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投延时跳闸信号判断；
[0080]
投延时判断包括：
[0081]
延时a跳闸判断：在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时a跳闸信号；
[0082]
延时b跳闸判断：在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值且乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值、或乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值且甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时b跳闸信号；
[0083]
延时c跳闸判断：在乙炔平均浓度小于乙炔浓度阈值的情况下，若甲烷平均浓度大于等于甲烷浓度阈值、乙烷平均浓度大于等于乙烷浓度阈值、并且乙烯平均浓度大于等于乙烯浓度阈值，则轻瓦斯保护投预设延时c跳闸信号；其中，a》b》c。
[0084]
投瞬时判断：根据乙炔平均浓度，进行轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号判断；
[0085]
投瞬时判断包括：
[0086]
瞬时跳闸判断：若乙炔平均浓度大于等于乙炔浓度阈值，则轻瓦斯保护投瞬时跳闸信号。
[0087]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法。
[0088]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行基于有机气体浓度特征的变压器轻瓦斯保护方法的指令。
[0089]
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。
[0090]
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/或方框图来描述的。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、嵌入式处理机或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。
[0091]
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。
[0092]
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。
[0093]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。