(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211360937.0 (22)申请日 2022.11.02 (71)申请人 国电南京自动化股份有限公司 地址 210009 江苏省南京市 鼓楼区新模范 马路38号 (72)发明人 曹玲燕　李志军　李岭辉　张贤跃　 毛江峰　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 专利代理师 赵丽 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 变压器油中溶解气体在线监测装置 (57)摘要 本发明涉及变压器监测领域， 具体是涉及变 压器油中溶解气体在线监测装置， 包括户外智能 柜、 设置于户外智能柜内的脱气 模块、 主控模块、 上位机模块以及光声光谱模块， 所述光声光谱模 块包括气路模块和光声信号激发与检测模块， 气 路模块包括有依序相连的进气 口、 过滤器、 第一 三通气阀、 进气阀、 光声池、 出气阀、 气泵、 定量 管、 第二三通气阀、 氢气传感器以及出气口， 所述 光声信号激发与检测模块包括有红外热辐射光 源、 斩波器、 滤光模块、 传声器、 激光光源以及信 号处理单元。 本发明装置能按预设的周期连续在 线检测出变压器油中溶解的H2、 CO、 CO2、 CH4、 C2H2、 C2H4、 C2H6等特征气体和微水的含量和增 长率。 权利要求书2页 说明书12页 附图7页 CN 115406839 A 2022.11.29 CN 115406839 A 1.变压器油中溶解气体在线监测装置， 包括户外智能柜、 设置于户外智能柜内的脱气 模块和主控模块， 其特征在于， 还包括有设置于户外智能柜中的光声光谱模块， 所述光声光 谱模块包括气路模块和光声信号激发与检测模块； 所述气路模块包括有依序相 连的进气口 （101） 、 过滤器 （102） 、 第一三通气阀 （103） 、 进 气阀 （104） 、 光声池 （105） 、 出气阀 （106） 、 气泵 （107） 、 定量管 （108） 、 第 二三通气阀 （109） 、 氢 气传感器 （1 10） 以及出气口 （1 11） ； 其中， 所述 光声池 （10 5） 为圆柱型非共 振式光声池， 其内部的圆柱空间形成光声腔； 所述光声信号激发与检测模块包括有红外热辐射光源 （201） 、 斩波器 （202） 、 滤光模块 （203） 、 传声器 （204） 、 激光 光源 （205） 以及信号处 理单元 （206） ； 所述红外热辐射光源 （201） 通过滤光模块 （203） 沿轴向入射光声腔， 所述激光光源 （205） 由光声池 （10 5） 侧壁斜入射， 并于光声腔的内壁上进行多次反射 提高吸收程； 所述信号处理单元 （206） 通过传声器 （204） 以接收光声腔内产生的光声信号并对信号 进行分析处 理和输出； 所述光声信号激发与检测模块以及光声池 （10 5） 均设置 于恒温条件下。 2.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 所述氢气传 感器 （110） 为半导体传感器。 3.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 所述激光光 源 （205） 为DFB激光器； 所述DFB激光器通过波长为1.5 3um的光源 对乙炔 （C2H2） 进行检测； 所述DFB激光器通过波长为1.6 5um的光源 对甲烷 （C H4） 进行检测。 4.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 所述滤光模 块 （203） 包括有能够轮转切换的一 号滤光片、 二 号滤光片、 三 号滤光片以及四号滤光片； 所述一号滤光片的中心波长以及带宽分别为3.37um和0.0 5um， 用于检测乙烷 （C2H6） ； 所述二号滤光片的中心波长以及带宽分别为10.69um和0.74um， 用于检测乙烯 （C2H4） ； 所述三号滤光片的中心波长以及带宽分别为4.27um和0.15um， 用于检测二氧化碳 （CO2） ； 所述四号滤光片的中心波长以及带宽分别为4.69um和0.17um， 用于检测一氧化碳 （CO） 。 5.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 所述传声器 （204） 为驻极麦克风， 所述光声信号激发与检测模块还集 成有前置放大器和锁相放大模块， 驻极麦克风、 前置放大器、 锁相放大模块与信号处 理单元 （206） 依次电连接 。 6.根据权利要求5所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 所述锁相放 大模块为采用FPGA作为信号处 理核心的双通道同步的数字锁相放大器。 7.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 所述脱气模 块采用真空脱气法对溶于油中的气体进行分离 。 8.根据权利要求1所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特征在于， 主控模块基 于检测出的溶解气体进行分析 预警， 具体包括如下步骤： 步骤1： 收集同等条件下变压器油单故障数据集， 数据集包括故障类型Y， 故障类型下变 压器油中出现的溶解气体X， 以及溶解气体不同时间的浓度H的时间序列数据集， 并分别标权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115406839 A 2记各组数据首次确定故障的时间； 步骤2： 构建故障类型Y， 以及各故障类型 下变压器油中出现的溶解气体X的映射关系； 步骤3： 对于任一组Y和X的映射 （yi； xi1， ……， ximi） ， 其中， i是组数， yi表示第i组故障 类型， mi表 示第i组故障类型所包含的溶解气体的个数， xi 1表示第i组故障类型所包含的第 一种溶解气体， ximi表示第i组故障类型所包含的第mi种溶解气体， 分别计算各溶解气体首 次确定故障时的浓度变化 率； 步骤4： 基于主控模块收集到的溶解气体， 通过映射关系找出所对应的映射组， 映射组 可以有一个或多个， 并计算故障发生 概率； 当收集到 的各种溶解气体包含在某一 映射组 （yi； xi1， ……， ximi） 中所包含的溶解气 体范围内时， 将收集到的各种溶解气体按照该映射组中所包含的溶解气体的顺序重新排 序， 记为虚拟溶解气体组 （xi1 ’，……， ximi’） ， 其中， 如果某一溶解气体并不包含在映射组 所包含的溶解气 体范围内， 直接将其浓度值记为0， 则发生该映射组所对应的故障类型的概 率计算公式为： 其中， P(yi)表示主控模块收集到的数据在故障类型为yi时的故障发生概率， min ｛， ｝ 表 示取最小化函数， 代表大括号内两个数值取其中的小值， xij表示第i组故障类型所包含的 第j种溶解气体， j=1， 2， ……， mi， d(xij)表示第i组故障类型所包含的第j种 溶解气体在首 次确定故障时的浓度变化率， h(xij’)表示主控模块收集到的溶解气体xij’实际浓度， h(xij (t0))表示第i组故障类型 所包含的第j种溶解气体在首次确定故障时的浓度； 当收集到的各种溶解气体不能被任一映射组中溶解气体所完全 包含时， 首先计算收集到的溶解气体在各种故障类型对应的映射中的匹配度： 其中， F(j)表示收集到的溶解气体在第i组故障类型中的匹配度， nu表示收集到的溶解 气体与第i组故障类型中溶解气体相一致的溶解气体的个数， n(yi)表示第i组故 障类型中 溶解气体的总个数； 对匹配度大于预设匹配度阈值的各组故障类型， 分别按照 ①的方法计算故障发生概 率； 步骤5： 将故障发生 率大于预设故障发生 率阈值时， 进行 预警， 并输出故障发生 率。 9.根据权利要求8所述的变压器油中溶解气体在线监测装置， 其特 征在于， 步骤2中映射关系包括： A、 当同一故障类型各组数据 所包含的溶解气体完全一致， 则直接基于该故障类型和对 应的溶解气体构建映射关系； B、 当同一故障类型各组数据 所包含的溶解气体不完全一致， 则映射关系为该故障类型 和该故障类型 下， 各组数据所 出现的所有溶解气体。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115406839 A 3