基于油中溶解气体分析的电力变压器故障分析装置设计㊣精品文档值得下载

检测变压器油中溶解的六种关键气体的浓度，分别是氢气甲烷乙烷乙烯乙炔和氧化碳。

硬件模块设计在本方案中，传感器输出的是直流电压信号，在传感器和计算机之间，必须要有相应的信号传输和转换通道。

为此，本文决定采用国家仪器公司的数据采集通道和数据采集卡，对系列复合分布式气体传感器所采的信号进行采样与传输。

因为在本设计中涉及多路信号的传输与转换，所以必须要注意所采集的信号与相应的被检测的关键气体之间的对应关系，否则很容易出现误读误判的不良后果。

软件模块设计对由传感器采集来的信号通过硬件电路的传输之后进入控制计算机，在通过控制计算机中的软件程序对被采集量进行比较和判定，最后得出故障的类型和状态。

在本模块中，核心的部分是使用虚拟仪器，并且基于这平台，利用软件对相关状态进行判定。

虚拟仪器，简称是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的项重要技术。

虚拟仪器是计算机硬件资源仪器与控制系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者的有效组合。

基于此，本方案决定采用虚拟仪器技术作为软件编程平台。

所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能有测试软件实现的种计算机仪器系统。

虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的现实功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式的表达输出检测结果利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算分析和处理利用接口设备完成信号的采集测量和调理，从而完成各种测试功能的种计算机系统。

计算机的显示器类似传统仪器的指示面板，输入设备如鼠标，键盘相当于传统仪器的各种功能按钮输出设备具有很多形式，打印机磁盘机，及光存储设备，这些是传统仪器所没有的。

同时，计算机还具有丰富的功能，这些功能可以为虚拟仪器系统所使用。

使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用台专用测量仪器样。

是种基于语言，图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。

作为个具有良好开放性的虚拟仪器开发平台，为虚拟仪器的开发和设计提供了强有力的支持，目前是应用比较广泛的虚拟仪器开发语言。

继承了与满足和协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。

它还内置了便于应用，等软件标准的库函数。

这是个功能强大且灵活的软件。

利用它可以方便地建立起自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都变的生动有趣。

图形化的程序语言，又称为语言。

使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。

它尽可能利用了技术人员科学工程时所熟悉的术语图标和概念。

因此，是个面向最终用户的工具。

它可以增强用户构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。

使用它进行原理研究设计测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

本章小结本章中首先介绍传感器模块，主要介绍了它的实现原理和它的优势其次介绍硬件模块，主要介绍其性能数据的采集及传输方式最后介绍软件模块，对虚拟仪器技术和软件在检测技术中的应用及其优势进行有效的说明。

硬件设计油中溶解气体在线监测装置硬件组成在本设计中，采用国家仪器公司的数据采集通道和数据采集卡，对系列复合分布式气体传感器所采的信号进行采样与传输。

相关的结构图如图所示。

复合分布式气体传感器乙炔乙烯甲烷氢气乙烷二氧化碳基准氧化碳多路开关量程切换低通滤波数据采集卡数据采集卡控制信号隔离控制计算机数据采集通道图硬件电路结构图般很少把传感器或来自被测系统的信号直接接入数据采集卡，因为数据采集卡可能会对信号产生干扰，从而影响系统操作同时还需把信号范围控制在数据采集卡的量程之内，并要避免噪声。

系统中有很多噪声源，包括传感器电缆串音及转换等都会严重影响信号质量。

总之传感器的电信号必须符合数据采集卡所能接受的格式，否则就必须转换调理，调理方式包括放大隔离滤波激励线性化等。

气体传感器选择原则与确定传感器模块气体传感器是种把混合气体中特定的成分检测出来，并将它转换成适当的电信号的器件，有的称气敏元件，它是化学传感器的重要组成部分，涉及用于化学传感器的化学物质的检测原理。

传感器具有与被测物质接触并产生物性变化的敏感部分，当加以外部能量时，就可以检测出其变化，并可作为传感器信号取出。

这种典型的例子就是半导体气体传感器。

本方案所采用的重庆大学高电压研究所研制的系列分布复合式气体浓度传感器即是种典型的半导体气体传感器。

半导体气体传感器的检测原理当金属氧化物半导体吸附些特定气体时，其导电系数和功率函数就会发生变化，但将其用作气体传感器的尝试则是很晚的事情了。

最早的使用等金属氧化物半导体制作成分离膜，实验表明，该膜在加热的条件下，对酒精碳氢化合物非常敏感，显示出很大的阻值变化。

同时，若把粉末涂布在陶瓷支座上，这种原件对气体也很敏感，并可以用作半导体煤气报警。

后来，随着技术的进步，利用电场效应的晶体管场效应管型二极管型气体传感器也逐渐发展与成熟。

因此可以说，到目前为止，半导体气体传感器的主要类型已经问世，但在变压器油中溶解气体在线检测中用得最多的还是电阻式半导体气体传感器。

复合分布式气体传感器的结构及检测原理本文所采用的型复合分布式式气体传感器，属于半导体型气体传感器。

其构成原理如下将，金属粉末按定重量比例均匀混合，在熔化，调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，室温放置后制成金属氧化物元件对和具有较好的选择性和较高的灵敏度。

将金属氧化物粉末和磨碎的金属粉末按定重量比例混合均匀，在熔化，调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，室温放置后制成金属氧化物元件对和具有较好的选择性和较高的灵敏度和分辨率。

将金属氧化物粉末按定重量比例混合均匀，在熔化，调制成浆料，高温均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，室温放置后制成金属氧化物元件对具有较好的选择性和较高的灵敏度和分辨率。

型系列传感器构成了个传感器阵列而组成的复合分布式传感器，当给出混合气体和后，不同的传感器单元分别相应各自的特征气体，此检测方法充分利用了不同气体的分辨能力，具体如图所示。

输出电压输出电压输出电压图传感器模块中各种气体单元的分辨特性传感单元的分辨特性浓度传感单元的分辨特性浓度传感单元的分辨特性浓度传感单元的分辨特性浓度传感单元的故障，不能够有效的反应绝缘的故障，因此，根据变压器油中溶解气体的产生原理，与气体能够反应变压器内部绝缘老化的程度，因此又加入了第四个气体浓度比较单元，对油中溶解的与这两种气体的浓度进行比较，并将其设定为编码，主要用于完善三比值法中无法检测绝缘状态这不足进行补充。

之后，根据各个比较结果得到的相应编码序列，对变压器的运行故障进行分析和判断，并以对话框的形式向操作人员进行提示与警告。

具体的软件流程图如图所示。

编码编码编码编码编码编码编码编码编码编码编码≠编码编码≠编码低温过热小于度局部放电低温过热度中温过热度高温过热大于度电弧放电高能放电电弧放电与过热电火花放电低能放电电火花放电与过热编码编码编码编码固体结缘故障固体绝缘正常固体绝缘老化图关键气体法判定变压器故障类型的软件流程图软件界面设计本软件界面包括开机界面，登陆界面和运行界面。

开机界面当进入故障分析系统时，系统会打开开机界面，通过点击登陆界面。

图为变压器故障分析系统开机界面及其程序框图。

登陆界面本界面设计了三种登陆模式，分别为管理员模式，操作员模式与值班员模式，其中，只有管理员模式登陆的状况下能够对软件的后台程序进行修改与完善。

具体如图与图所示。

图变压器故障分析系统开机界面及其程序框图图以管理员身份登录软件登陆界面图登陆程序框图运行界面当成功完成程序的登陆工作后，会自动调动运行界面，如图所示。

图软件的运行界面在运行界面上可以很明确的看到各种被检测气体的实时浓度值，分别用刻度盘与文本框进行了显示。

这样，可以很直观的提示运行人员需要对哪种气体进行注意，从而能够有效的提高运行工作的针对性与有效性，能够更早的发现变压器处于何种运行状态，从而减轻设备损耗与维护成本，为运行更好的实现经济效益打下个基础。

当系统判断出变压器的运行故障时，通过点击开始检测，系统会以对话框的形式对被判断出的故障进行报警，提醒运行人员注意，从而实现在线检测的目的点击保存文件，可以将检测的数据保存到制定的文件夹，用以后续的事故调查及故障查找工作。

软件程序设计本设计中的软件部分的具体实现如图所示。

首先通过软件实现采集卡对数据的采集然后，通过局部变量的形式实现对被采集数据的录入与显示，包括文本框与指针盘两种形式最后，通过设定的逻辑判断系统对需要比较的关键气体浓度值进行分析判断，最后得到变压器所处的故障状态。

这样，就实现了软件的所有功能。

图软件程序中数据采集模块图软件程序中数据录入模块图软件程序中故障提示模块本章小结本章首先介绍了应用程序及其运行机制然后介绍气体浓度比较单元界面，主要介绍其性能数据的采集及传输方式最后介绍软件模块的实现方式进行了有效的说明。