阅读说明：本技术 一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法 (Online monitoring system for main transformer of locomotive and operation method of online monitoring system ) 是由 褚衍廷 陈忠林 杨旭清 王玉昆 刘国联 王小斌 李佳 欧阳华 张范 凌慧萱 邓松 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法,该系统包括进样控制组件、脱气控制组件、定量控制单元、振动控制组件、色谱柱、温度控制单元、气体检测模块、绝缘监测模块、数据采集模块、管路清洁控制组件、载气压力监测器、本地数据存储器、显示屏和载气提供装置。本发明还公开了一种机车主变压器在线监测系统的操作方法。本发明在机车正常运行状态下,实时监测主变压器的情况,一旦主变压器油标准数值达到临界值,及时提醒作业人员滤油或者换油。从而防止发生影响机车正常运行的事故,保证机车的安全运用。(The invention discloses an on-line monitoring system for a locomotive main transformer and an operation method thereof. The invention also discloses an operation method of the locomotive main transformer on-line monitoring system. The method monitors the condition of the main transformer in real time under the normal running state of the locomotive, and reminds operators to filter oil or change oil in time once the oil standard value of the main transformer reaches a critical value. Thereby preventing accidents affecting the normal operation of the locomotive and ensuring the safe application of the locomotive.)

一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法，具体地说，涉及一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法。

背景技术

电力机车主变压器是交流电力机车上的一个重要部件，被称为电力机车的心脏，其重要性可见一斑，主变压器运行的可靠性和持续性是机车行车安全的有力保证。

电力机车主变压器的运行条件相对恶劣，相对于普通民用电力变压器，机车主变压器的短路阻抗高，网压波动大（约10kV），牵引绕组（低压绕组）电流中存在高次谐波，并且长期工作在大温差、持续振动、频繁启停、负载频繁变换的环境下，一些潜在的小故障在恶劣的环境中极有可能演变成灾难性事故而影响行车安全，造成重大损失。

目前针对机车主变压器的检修与维护手段主要以修程离线诊断为主，离线诊断的方式为人工抽取变压器油样品，送化验室进行油中溶解气体含量分析，此方式不能及时发现潜在故障因素，且工作效率较低，综合以上分析来看，开展对机车主变压器的在线监测技术研究具有十分重要的意义。

机车主变压器悬挂安装于机车车底的中间，原边电压（25KV）通过高压电缆由受电弓经高压电器柜连接到主变压器。主变压器采用油冷，具有温度、油流、压力、布赫继电器等保护功能。

目前机车主变压器油在春鉴过程中和主变压器异常时需要检测，抽取油样进行室内化验过程繁琐。取油样时需要打开主变压器走行部护板，拧开主变压器油箱阀门，阀门在多次开关后存在密封不严的隐患。为及时发现机车运行中主变压器油异常，防止发生意外情况，确保行车安全，需研制一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机车主变压器在线监测系统及其操作方法。

其具体技术方案为：

一种机车主变压器在线监测系统，包括进样控制组件、脱气控制组件、定量控制单元、振动控制组件、色谱柱、温度控制单元、气体检测模块、绝缘监测模块、数据采集模块、管路清洁控制组件、载气压力监测器、本地数据存储器、显示屏和载气提供装置；

所述进样控制组件用于通过机车主变压器取油接口进行取样。

所述脱气控制组件用于对抽取的样品油进行加温脱气处理，即进行油气分离处理。

所述定量控制单元用于对脱气处理后分离出来的气体进行定量取样送入色谱柱，以保证每次检测的气体量相等。

所述色谱柱用于将载入的被检气体进行分组，出峰时按分组排列的顺序出峰。

所述振动控制组件用于当脱气室内温度达到设定值后进行振动脱气处理。

所述管路清洁控制组件用于在测试前对管路进行抽空处理，排出残余气体，以及产生进样前管内负压。

所述温度控制单元用于在对脱气室与色谱柱保温室内加热时，通过温度检测部件采集温度数据进行温度监控，以达到恒温的目的。

所述气体检测模块用于当色谱柱出峰时将气体流量转化为电信号量，传给微处理器进行数据采集与分析。

所述绝缘监测模块用于对变压器油介电强度(绝缘强度)进行测试。

所述数据采集模块用于对脱气室温度、色谱柱温度、色谱柱出峰波形、机车主变压器绝缘监测、载气压力等进行实时数据采集。

所述本地数据存储器用于对测试数据进行保存，可将数据转储至计算机专家诊断系统进行数据分析。

所述显示屏用于提供简洁的人机操作界面，以及测试数据的图形显示。

所述载气提供装置用于将载气作为气相色谱的流动相，将被检气体带入色谱柱。

所述载气压力监测器用于对载气压力进行跟踪，如果是载气发生器则微控制器会根据工作时间以及压力情况控制其工作与停止。

进一步，所述进样控制组件每次取样量为150ml。

进一步，所述绝缘监测模块包含试验电压发生与取样两部分。

进一步，所述载气提供装置采用载气发生器和载气瓶。

一种机车主变压器在线监测系统的操作方法，包括以下步骤：

首先通过对机车主变压器进行变压器油取样，再对样品油采用振动脱气法实现高效的油气分离，分离后的气体在定量管内被惰性气体（即载气）带入色谱柱，然后在色谱柱中对气体进行组分，最后送至气体检测模块进行检测。

进一步，每次测试完成后，系统会将测试数据进行保存与显示，其历史数据可转储至计算机专家诊断系统进行数据分析。

有益效果：

本发明的机车主变压器在线监测系统是专门针对机车主变压器油与主变压器绝缘性能进行自动智能检测而开发的专业监测设备。机车主变压器在线监测系统采用智能化全程自动定期检测，无需人工操作，每次测试完测试数据自动保存至本地，供用户查询跟踪，使用户能及时撑握机车主变压器运行状况，以及性能的历史变化曲线。在机车正常运行状态下，实时监测主变压器的情况，一旦主变压器油标准数值达到临界值，及时提醒作业人员滤油或者换油。从而防止发生影响机车正常运行的事故，保证机车的安全运用。

附图说明

图1为本发明机车主变压器在线监测系统的原理图；

图2为本发明机车主变压器在线监测系统的流程图；

图3为主界面；

图4 为功能菜单界面；

图5为系统日期时间设置界面；

图6为预约设置界面；

图7为网络设置界面；

图8为手动控制界面；

图9为本发明机车主变压器在线监测系统的软件流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1，一种机车主变压器在线监测系统，由进样控制组件、脱气控制组件、定量控制单元、振动控制组件、色谱柱、温度控制单元、气体检测模块、绝缘监测模块、管路清洁控制组件、载气压力监测器、本地数据存储器、显示屏、以及载气提供装置等部件组成。

进样控制组件：通过机车主变压器取油接口进行取样，每次取样量为150ml。

脱气控制组件：对抽取的样品油进行加温脱气处理，即进行油气分离处理。

定量控制单元：对脱气处理后分离出来的气体进行定量取样送入色谱柱，以保证每次检测的气体量相等。

色谱柱：将载入的被检气体进行分组，出峰时按分组排列的顺序出峰。

振动控制组件：当脱气室内温度达到设定值后进行振动脱气处理。

管路清洁控制组件：主要在测试前对管路进行抽空处理，排出残余气体，以及产生进样前管内负压。

温度控制单元：在对脱气室与色谱柱保温室内加热时，通过温度检测部件采集温度数据进行温度监控，以达到恒温的目的。

气体检测模块：当色谱柱出峰时将气体流量转化为电信号量，传给微处理器进行数据采集与分析。

绝缘监测模块：模块包含试验电压发生与取样两部分，主要对变压器油介电强度(绝缘强度)进行测试。

数据采集：主要对脱气室温度、色谱柱温度、色谱柱出峰波形、机车主变压器绝缘监测、载气压力等进行实时数据采集。

本地数据存储器: 对测试数据进行保存，可将数据转储至计算机专家诊断系统进行数据分析。计算机专家诊断系统为上位机系统，主要对测试后的数据进行分析来判断当前变压器油的状况，同时可通过某些气体的量判断变压器是否存在故障，如乙炔由变压器内部高压放电产生。同时系统也对所有被检测变压器数据进行保存，得出历史变化曲线。

显示屏：提供简洁的人机操作界面，以及测试数据的图形显示。

载气提供装置：可选用载气发生器与载气瓶。载气主要是作为气相色谱的流动相，将被检气体带入色谱柱。

载气压力监测器：对载气压力进行跟踪，如果是载气发生器则微控制器会根据工作时间以及压力情况控制其工作与停止。

色谱柱为直径为3毫米不锈钢管，长度3米，内部填充有固体吸附剂，所填充的吸附剂称为固定相。与固定相相对应的还有一个流动相(即载气)。待测的气体在定量环中被载气带入色谱柱，固定相与待测气体中的各种成分的气体具有不同的亲合力。当载气带着待测气体连续地通过色谱柱时，和固定相亲合力大的气体在色谱柱中移动速度慢，亲合力小的则移动快，从而实现了被测气体的组分。组分后的气体按出峰时间顺序依次流经检测器，通过检测器的检测得出各成分气体含量数据。定量环是一根环形不锈钢管。计算好每次检测需要的量来确定定量环长度。如定量环长20厘米内径3毫米，算出容积后就能得出所容纳气体的体积。

本发明的机车主变压器在线监测系统在具体应用过程中，工作流程如图2所示，首先通过对机车主变压器进行变压器油取样，再对样品油采用振动脱气法实现高效的油气分离，分离后的气体在定量管内被惰性气体（即载气）带入色谱柱，然后在色谱柱中对气体进行组分，最后送至气体检测模块进行检测。每次测试完成后，系统会将测试数据进行保存与显示，其历史数据可转储至计算机专家诊断系统进行数据分析。

本发明的机车主变压器在线监测系统的操作说明如下：

1、设备使用说明

设备采用智能化设计，在使用时只需要在主机系统中进行简单设置设备即可正常工作，无需其它操作。具体操作如下：

设置好正确的系统日期时间。

设置好预约测试时间。

设置好预约时间后设备会自动按照预约时间进行定期测试，测试结果保存在SD卡中；用户可定期从SD卡拷贝测试数据至计算机数据分析系统进行测试数据分析与备份。

2、系统功能菜单及其操作介绍

主机开机后屏幕会自动进入图3所示主界面(测试界面)，点击左上角箭头按钮即可进入图4功能菜单界面，然后可按照菜单中的选项进行相关设置。

2.1系统日期时间设置

在功能菜单选项中点击“系统时间”图标即可进入图5所示系统日期时间设置界面，如设置“年”份；先点击年份输入框，界面底部会显示“年”，说明当前输入焦点已切入至年分输入框，如果是修改则应点击下面数字键盘“清除”按键清除原来数字，接着可按当前年份点击下面数字键盘相应数字按键输入年份。年份只需输入二位数，如2019年只需输入“19”两位数字即可。后面月日时分秒星期均按此方法输入或修改。修改或设置好后按“保存”按钮，在底部显示“设置成功”提示后再点左上角返回按钮返回功能菜单进行其它操作与设置。

系统日期时间一定要设置正确，因为保存的测试数据后面标注的日期时间，以及后面介绍的预约测试等都是参照系统日期时间来执行的，所以设置正确的日期时间非常重要。

2.2预约功能设置

在功能菜单选项中点击“测试周期”图标即可进入图6所示预约设置界面。测试周期设置支持“每月”、“每周”、“每天”。例如用户需要每个月设备自动测试一次，则首先选择“每月”单选框，然后按前面介绍的操作方法分别输入日、时、分，输入完预约的日期和时间后按“保存”按钮，在右上角显示“设置成功”提示后即可。

在用户设置好预约功能后，系统会按此设置的预约时间进行自动测试。

2.3网络设置

如果用户定制了网络功能，可在功能菜单中点击“网络设置”图标进入图7所示网络设置界面。界面中的IP地址，端口号等均可按上面介绍的设置和修改方法进行操作。

网络功能可实现网络自动校时，与测试数据自动上传至用户指定服务器。

2.4手动控制

在用户对设备进行维护检修需要手动控制时，可在功能菜单选项中点击“手动控制”图标即可进入图8所示手动控制操作界面，通过组合可完成预期的操作。

2.5立即测试

当用户需要对机车主变压器进行现场检测时，可在功能菜单中点击“自动测试”图标，系统便立即启动自动测试过程。

2.6参数设置

作系统预留。

软件流程框图如图9所示，程序执行开始，开机上电后设备自检，主要进行设备电路导通情况、传感器、气路阀门、油路阀门自检；判断系统时间与设置时间是否一致，若否则继续等待，若是则测试开始，同时开启温度监控，监控脱气室和色谱柱的温度，以实现脱气室和色谱柱恒温；测试前设备自检，主要对设备电路导通情况、传感器、气路阀门、油路阀门再次检查确认工作状态；通过控制电推杆拉动油缸在脱气室产生负压，通过进油控制阀和出油控制阀轮流导通来控制进油，实现自动进样。对变压器油介电强度(绝缘强度)进行绝缘检测，采集到的结果传递给处理器进行显示和分析；当变压器油加满脱气室后，关闭进油控制阀和出油控制阀开始加热脱气室，通过温度监控使油温恒温在80度后，开始利用电推杆来回抽动实现高温振动脱气；在脱气完成后，开启气泵对管路抽空处理，通过温度监控使色谱柱恒温在70度后，打开进气阀使脱出的气体流进定量环，再关闭进气阀。转动六通阀，调节气压微调阀，让定量环中待测气体由载气带入色谱柱，在色谱柱中对待测气体进行组分。当色谱柱出峰时开启检测器采集组分气体出峰数据将气体流量转化为电信号量，传给微处理器进行数据图形显示，然后进行数据分析计算，输出检测结果。系统会将测试数据进行保存与实时显示，其历史数据可转储至计算机专家诊断系统进行数据分析。最后清洁色谱柱，关闭加热装置和载气控制阀。完成测试。

关于系统的实时性，对于变压器油检测来说一个星期检测一次已经大大超出离线检测的频次，当然需要时也可以一天检一次甚至一天检多次，根据实际需要可以按需设置。一次测试所需时间约为一个小时。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。