基于SOFC的變壓器油中溶解氣體檢測機理與技術研究.pdf

1、油中溶解氣體是表征運行充油型電氣設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)測技術在充油型電氣設備運行狀態(tài)的在線評估及剩余壽命的預測領域具有良好的應用前景。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域具有巨大的應用潛力。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)設計及應用四個方面著手，系統(tǒng)地研究了油中溶解氣體的SOFC檢測原理及技術。主要研究內容如下:
　　1.提出了適用于多組份氣體的SOFC檢測理論。通過熱力學和動力學理論的分析證明了SOFC對H2，CO，CH4，C2H6，C2H4和C2H2等故障氣體具有線性響應特性，但對N2無響應。設計了結合色譜分離的SOFC多組份氣體實驗方案，實驗結果驗證了理論分析的正確性。
　　2.構建了SOFC氣體檢測器的應用模型。綜合考慮檢測過

3、程中的各種損耗因素，通過改進SOFC發(fā)電模型，建立了SOFC氣體檢測的應用模型。詳細分析了模型中的熱力學和動力學參數(shù)，發(fā)現(xiàn)恒定的溫度是熱力學穩(wěn)定的重要條件、動力學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分析，優(yōu)化了通道結構設計和流速控制。設計了基于PID控制算法的雙路溫度控制系統(tǒng)，該設計既能保證管狀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)。設計了基于高分子膜油氣分離和多柱聯(lián)用氣體分離的預處理單元，使脫氣的最高效率可以達到每小時一次;設計了基于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)了開關量的實時控制;設計了當?shù)乜刂婆_、當?shù)厥謩訖z測和計算機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;通過機械和電氣的優(yōu)化設計保證了設備長期運行的可靠性以及數(shù)據(jù)融合的靈