基于SOFC的變壓器油中溶解氣體檢測機(jī)理與技術(shù)研究.pdf

1、油中溶解氣體是表征運(yùn)行充油型電氣設(shè)備早期潛伏性故障的重要特征量之一，油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)在充油型電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線評估及剩余壽命的預(yù)測領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell，簡稱SOFC)具有靈敏度高、檢測氣體種類豐富及使用壽命長等優(yōu)點，其在變壓器油中溶解氣體檢測領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。論文從SOFC的多組份氣體檢測理論分析、SOFC氣體傳感器的研制、SOFC變壓器油中溶解氣體在線

2、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用四個方面著手，系統(tǒng)地研究了油中溶解氣體的SOFC檢測原理及技術(shù)。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.提出了適用于多組份氣體的SOFC檢測理論。通過熱力學(xué)和動力學(xué)理論的分析證明了SOFC對H2，CO，CH4，C2H6，C2H4和C2H2等故障氣體具有線性響應(yīng)特性，但對N2無響應(yīng)。設(shè)計了結(jié)合色譜分離的SOFC多組份氣體實驗方案，實驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性。
　　2.構(gòu)建了SOFC氣體檢測器的應(yīng)用模型。綜合考慮檢測過

3、程中的各種損耗因素，通過改進(jìn)SOFC發(fā)電模型，建立了SOFC氣體檢測的應(yīng)用模型。詳細(xì)分析了模型中的熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)恒定的溫度是熱力學(xué)穩(wěn)定的重要條件、動力學(xué)極化損耗隨待測氣體濃度的變化而變化，而歐姆損耗僅取決于材料本身。
　　3.研制了管狀SOFC氣體傳感器。通過氣體燃燒損耗的流體力學(xué)分析，優(yōu)化了通道結(jié)構(gòu)設(shè)計和流速控制。設(shè)計了基于PID控制算法的雙路溫度控制系統(tǒng)，該設(shè)計既能保證管狀SOFC傳感器溫度穩(wěn)定在700±1℃，又使色

4、譜柱溫度穩(wěn)定在70±0.1℃。實驗結(jié)果表明:SOFC氣體傳感器較其它傳感器精度高、壽命長、需要的載氣種類少。
　　4.研制了基于SOFC的變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)計了基于高分子膜油氣分離和多柱聯(lián)用氣體分離的預(yù)處理單元，使脫氣的最高效率可以達(dá)到每小時一次;設(shè)計了基于ARM加CPLD的主控制單元，不僅保證了測量精度、通訊的可靠性，而且實現(xiàn)了開關(guān)量的實時控制;設(shè)計了當(dāng)?shù)乜刂婆_、當(dāng)?shù)厥謩訖z測和計算機(jī)自動檢測流程為一體的綜合嵌入式

5、軟件系統(tǒng)，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供了高可靠的、人性化的及便捷的多功能操作模式;提出了一種結(jié)合平滑濾波和增加斜率檢索法的自動尋峰算法，保證了數(shù)據(jù)處理的正確性。最后，模擬實驗驗證了系統(tǒng)對設(shè)備故障診斷的正確性。
　　5.將基于SOFC的變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于某500kV三相一體變壓器。通過采用高性能連接材料和精密齒輪泵，保證了油路的可靠性，避免了油流帶電現(xiàn)象的發(fā)生;通過機(jī)械和電氣的優(yōu)化設(shè)計保證了設(shè)備長期運(yùn)行的可靠性以及數(shù)據(jù)融合的靈