检测有载抽头变换器的真空断路器的故障的方法和设备 技术领域 本发明涉及用于检测有载抽头变换器中的真空断路器的故障的方法和设备， 其中 该抽头变换器包括充油外壳、 包括可移动触头 (MC、 RC) 的转换器开关 (3) 以及被配置为通 过该转换器开关的可移动触头来将电流断路的至少一个真空断路器 (MVI、 RVI)。
背景技术 抽头变换器是变压器用来调节电压水平的设备。 这是通过使得抽头变换器改变变 压器中的绕组匝数来实现的。
有载抽头变换器 (OLTC) 通常包括转换器开关以及抽头选择器开关， 该抽头选择 器开关操作为用于实现从一个电压抽头到另一个电压抽头的转换电流的单元。
转换器开关进行电流的完整的有载接通和断开， 而抽头选择器预选择该转换器开 关将要把负载电流转换到的抽头。抽头选择器无载操作。当来自变压器的功率输出要从一 个电压水平变成另一个电压水平时， 这通过首先将选择器连接到变压器绕组的与新电压水 平相对应的抽头点同时转换器开关仍然从现有电压水平馈电来实现。
因此， 选择器的连接在没有电流负载的情况下发生。当将选择器连接到用于新电 压水平的抽头时， 切换操作然后在转换器开关的辅助之下发生， 从而使得输出电流从该变 压器的新抽头点流出。当变压器有多个抽头点时， 切换通常仅发生于在电压方面彼此接近 的两个抽头点之间。如果需要到更远距离位置的调整， 那么这必须一步接一步地进行。本 文所参考的这种类型的转换器开关通常用于功率控制或配电变压器。 OLTC 还可以有利地用 于其他类型的电气设备的控制， 如电力传输或配电产品， 如电抗器、 工业变压器、 移相器、 电 容器等等。
转换器开关的操作涉及从一个电路到另一个电路的紧接着电弧发生的换向。 转换 器开关以及全部子系统一起位于油箱中并且浸在油中。 有载抽头变换器包括与油在一起的 油箱、 转换器开关以及子系统。
油箱中的油作为电绝缘体并且作为冷却液来去除 OLTC 中的生成热量。该油还将 熄灭切换期间生成的电弧。在 OLTC 的操作期间的电弧将污染绝缘油并且磨损开关触头。
为了克服油中的电弧， 以前已知的是对于出现电弧的那些切换操作使用真空开关 或真空断路器。电气触头磨损和电弧然后将仅出现在真空开关中。对于从电气观点看来合 适的程序， 向这种类型的转换器开关提供至少一个主支路以及一个电阻支路， 他们中的每 一个具有真空断路器。
以前从例如 US 5,786,552(D0) 得知以上类型的转换器开关。因此， 其中所述的 转换器开关具有一个主支路和一个电阻支路， 处于并行连接的稳定状态或者连接到输出线 路。每个支路配备有与之串行连接的真空开关和触头。当要进行转换器切换时他们按照明 确的顺序操作， 在该情况中重要的是确保对于 OLTC 而言该主支路在电阻支路之前操作， 但 是对于一些负载断路器而言该主支路不在电阻支路之前操作。这样， 可以将主支路在真空 开关定标为仅用于负载电流的断开并且使电阻支路的真空开关定标为用于出现的循环电
流。在逆序的情况下， 主支路的真空开关将被迫断开这些电流的总和并且因此被如此地定 标。
US 3,206,569(D1) 示出了配备有真空开关的抽头变换器 (8)。将该抽头变换器连 接到 (5) 主变压器 (1)。该抽头变换器与变压器分离， 并且在与变压器相同的容器和液体 ( 图 2) 或者在独立的容器和独立的液体 ( 图 3) 中提供该抽头变换器。将用于收集气体的 机罩 (39) 设置于该抽头变换器之上， 并且该机罩 (39) 适用于向气体传感器 (40) 传送气 体。气体传感器 (40) 是一种用于感测氢气和碳氢气体的传感器。如果真空开关故障 ( 见 第 5 列， 第 11-25 行 )， 那么触头 (9、 10) 打开并且引起产生气泡的电弧。由传感器检测该气 体， 该传感器给出警报。这样， 该警报指示真空开关故障。
在真空断路器故障的情况中， OLTC 中的辅助接触系统能够将电流断开有限次数的 操作， 这取决于 OLTC 类型和负载， 且可能在 10-500 次之间。
如果辅助接触系统， 即转换器开关的可移动触头， 必须断开电流超过限制的次数， 则辅助触头被电弧的磨损导致该触头不再能够连接并且引导电流。 如果辅助主触头不能连 接， 那么将发生两件事 ：
1、 主支路断开并且将在电阻电路上携带负载。随着过渡电阻器上的连续的全负 载， 该电阻器将最终融化并且结果是随着 OLTC 之中的电弧生长而断开。期望该电弧会被检 测到并且应当立即导致 OLTC 变压器系统的紧急关闭。将导致转换器开关的长时间维修和 更换， 并且在维修时间期间变压器将离线。 2、 辅助触头之上出现直立电弧， 其将导致两相之间的短路， 该短路将导致两个灾 难性的故障 ( 例如爆炸或起火 )。 如果一个转换器开关足够幸运， 那么直立电弧熄灭并且一 个转换器开关回到点 1。
因此， 重要的是监视真空断路器的操作， 以防止以上可能的故障。 当前不存在用于 检测抽头变换器中真空断路器是否故障以及该故障的严重程度的简单并且可靠的方法。
ABB 提供了一种监视和计算系统， 称为 TEC( 变压器电子控制 )， 其监视变压器和抽 头变换器， 如 OLTC。 具有 TEC 的系统装配有传感器和测量单元， 并且适用于测量并且监视抽 头变换器或变压器的状态和性能。其还包括计算单元， 用于计算来自测量的过程数据。例 如， TEC 系统测量并且监视变压器油箱中的底部和顶部油温， 并且计算变压器绕组的热点温 度。 其他监视数据是通过高压套管和低压套管的电压和电流、 环境温度、 累积使用时间内的 老化、 热老化、 取决于温度的相对老化、 最高负载、 负载比、 过载能力、 油中的湿度、 油中氢气 含量 ( 表示为 ppm)、 冷却设备的状态、 抽头变换器位置、 传感器状态 ( 例如故障 ) 等等。TEC 还适用于显示参考值， 例如用于顶部温度和底部温度的参考值。
氢气传感器已设置在变压器油中并且被通信地连接到 TEC， 提供变压器中的 氢气的测量， 指示 OLTC 的变压器部分中的电弧或火花。在网站 http://www.abb.com/ electricalcomponents 处所公布的 “Intelligent Monitoring System， Type TEC User′ s manual” 中， 更详细地描述了 TEC。
并且， 当抽头变换器的自动控制单元向抽头变换器的电机驱动机构提供随后导致 抽头变换器中的抽头改变的切换命令时， 由 TEC 计算系统登记该事件。
发明内容本发明的一个目的在于提供用于检测有载抽头变换器 (OLTC) 的真空断路器的故 障的方法。
通过根据本发明所述的方法来实现该目的。
本发明可用于改善来自 ABB 的 TEC 系统的功能以及来自其他供应商的用于抽头变 换器的类似的监视和控制系统的功能。
该方法包括重复测量抽头变换器外壳的油中的氢气含量， 并且基于对该外壳中的 氢气含量的该测量， 确定在该真空断路器中是否存在故障。提供该方法来监视氢气含量并 且使其能够监视氢气含量的变化。
并且， 该确定步骤可以包括使用该抽头变换器的切换历史， 例如该抽头变换器已 被切换过多少次或者多久被切换一次， 以确定故障。将氢气含量的该测量与基于该切换 历史的预测含量比较， 并且只有当该测量含量与该预测含量偏差特定数量 ( 即差异大于阈 值 ) 时， 该方法才指示故障。
可以使用如上所述的氢气传感器和 TEC 系统的结合， 但是该传感器应该位于抽头 变换器油中而不是变压器油中 ( 或者除了变压器油中的传感器之外另外有传感器位于抽 头变换器油中 )， 并且可以执行不同的分析， 因为不再测量变压器的性能。 并且， 通过监视用 于分析氢气含量和油中的氢气含量的改变的操作数量， 来监视抽头变换器的使用。
本发明的另一个目的在于提供用于检测抽头变换器的真空断路器的故障的设备。
通过本发明所述的设备来实现该目的。
该设备包括抽头变换器的充油外壳， 其设置有用于重复测量油中的氢气含量的传 感器 10， 并且计算单元被配置为分析该油中的氢气含量的测量并且确定真空断路器 (MVI、 RVI) 中是否有故障。
通过认识到如果真空断路器故障则不再由该真空断路器而由辅助触头系统断路 电流来解决本发明的该目的。辅助触头必须断开电流， 因此在油中引起电弧。这些电弧与 已知的事实相关联， 即绝缘油中的电弧增加了该绝缘油中的氢气含量。使用氢气传感器检 测油中的绝对氢气含量或者油中的氢气的改变速率， 能够检测该真空断路器已不能够断开 电流并且因此允许真空断路器故障的检测。
在本发明的另一个实施方式中， 该方法还包括以下步骤 ：
- 存储该油中的氢气含量的该测量， 并且
- 基于该油中的氢气含量的该测量以及该油中的氢气含量的至少一个存储的测 量， 确定在真空断路器 (MVI、 RVI) 中是否存在故障。
可以通过将油中氢气的测量水平与固定的最大允许氢气水平比较和 / 或通过使 用以前存储的油中氢气测量比较油中氢气随着时间的增加， 来进行在真空断路器中是否存 在故障的确定。
在本发明的另一个实施方式中， 该方法还包括以下步骤 ：
- 如果在真空断路器中确定故障则执行动作。
该动作可以是向抽头变换器或变压器的控制系统发送警告。 还可以向整厂的控制 系统发送该警告。该动作还可以是仅允许有限数量的关键操作而不会使转换器开关过载。 该动作还可以是完全停止转换器开关移动。 所选择的动作可以基于油中氢气的水平或者油 中氢气的水平的增加速率。当检测到严重的真空断路器故障时， OLTC 必须立即停止操纵或者如果有限数量的 关键操作对于该 OLTC 进行服务的系统的操作而言被认为是关键的操作则在不会过载的情 况下仅进行该有限数量的关键操作。转换器开关的该有限数量的操作可以小于 200 或者甚 至小于 20， 直到维护人员检查 OLTC 为止。
当 OLTC 停止操纵时， 仍然可以使用变压器， 但是电压水平不再可控， 但是在当未 检测到错误并且 OLTC 经历灾难性故障时的情况中， 这是优选的状态。
在本发明的另一个实施方式中， 确定在该真空断路器中是否存在故障的步骤包括 以下步骤的重复 ：
- 接收该抽头变换器的操作的数据，
- 基于该抽头变换器的数学模型以及该抽头变换器的该操作的所述数据， 计算期 望氢气含量改变， 并且
- 基于所计算的期望氢气含量改变以及至少两个氢气含量测量， 确定是否存在该 真空断路器的故障。
重复执行该步骤意味着几乎持续地执行他们， 或者在步骤之间具有几秒钟的离散 时间步骤中执行他们， 或者在步骤之间具有时间为若干分钟的更长时间的步骤执行。抽头 变换器的操作是转换器开关的开关移动以及切换移动时刻的负载电流的定时。 该模型可以 是这样一种物理模型， 该物理模型基于开关的数量以及负载电流来计划氢气释放， 或者该 模型可以是基于测量和 / 或过去数据的查找模型， 其中基于开关的数量以及负载电流来计 算平均氢气释放。 抽头变换器油中的氢气的水平自然将取决于如何操作该抽头变换器而改变， 如多 久执行一次该抽头以及必需短路什么负载电流。 与仅将油中的测量氢气水平与绝对氢气水 平比较的系统相比， 该基于模型的真空断路器故障确定在确定故障时造成错误的可能性更 小。为了进行真空断路器的故障确定， 故障可能导致变压器——抽头变换器系统的不必要 的关闭。该不必要的关闭将导致全部连接的系统 ( 例如非常昂贵的工业实施或住宅建筑 ) 的潜在功率损失。
在本发明的另一个实施方式中， 基于 [H2mes( 新 )-H2mes( 旧 )]-ΔH2est ＞ eps 是否为 真来确定是否存在该真空断路器的故障。
H2mes( 新 ) 是用于描述油中的当前测量的氢气含量的参数， 其可以是单个测量或者 mes 大量测量的一些均值或平均。H2 ( 旧 ) 是用于描述油中的以前测量的氢气含量的参数， 其 可以是单个测量或者大量以前测量的一些均值或平均。
ΔH2est 是油中的氢气含量基于抽头变换器的期望改变。抽头变换器的操作是转换 器开关的切换移动以及该切换移动时刻的负载电流的定时， eps 是将确保除非氢气的测量 增加高于 eps 则不确定真空断路器故障的安全参数。 eps 的量级可以是油中氢气从若干 ppm 到数百 ppm， 这取决于抽头变换器的类型、 负载、 油龄以及伪警报的风险。
抽头变换器中的氢气检测和监视具有的附加优点在于， 其还可以用于检测 ：
- 换向火花——其与完全电弧相比将在油中生成少得多的氢气，
- 局部放电——其将生成油中氢气的恒定的低的增加， 其是与用于电弧的氢气信 号不同的氢气信号，
- 相关电弧的严重过热将生成与用于抽头变换电弧的氢气信号不同的氢气信号。
在本发明的另一个实施方式中， 该计算单元被配置为如果检测到该真空断路器 (MVI、 RVI) 的故障则向该控制系统发送警告。
在另一个实施方式中， 该计算装置是该控制系统的集成部件， 其可以由用于升级 现有控制程序的计算机程序产品来提供。
在本发明的另一个实施方式中， 该计算单元被配置为如果检测到该真空断路器 (MVI、 RVI) 的故障则向该控制系统发送信号以停止或者限制该转换器开关的移动。
在本发明的另一个实施方式中， 该计算单元被配置为接收该抽头变换器的操作的 数据， 并且所述计算单元被配置为计算期望氢气含量改变， 并且将该期望氢气含量改变与 油中氢气含量的分析的测量比较， 以确定该真空断路器 (MVI、 RVI) 中的故障。 附图说明
附图组成了本说明书的一部分并且其包括本发明的示例性的实施方式， 可以用多 种形式来体现本发明的示例性的实施方式。
图 1 示意性地显示根据本发明的实施方式的变压器中的有载抽头变换器。
图 2a- 图 2e 示意性地显示了没有真空断路器的有载抽头变换器的切换。 图 3a- 图 3g 示意性地显示了具有真空断路器的有载抽头变换器的切换。
图 4 显示了在具有真空断路器的有载抽头变换器中的辅助开关中将存在电弧的 这样一种情况。
图 5 是有载抽头变换器的示意图。
图 6- 图 8 是抽头变换器中的油中的氢气含量随时间发展以及不同的警告或警报 水平的示意图。
图 9 示出了本发明的一个实施方式， 其提供了作为图 1 的有载抽头变换器装置的 替换。
具体实施方式
在这里提供优选实施方式的详细描述。然而要理解， 可以用各种形式来实现本发 明。 因此， 不要将本文所公开的具体细节理解为是限制性的， 他们只是作为权利要求的基础 并且作为用于教导本领域的技术人员在实际上任意合适的详述系统、 结构和方式中使用本 发明的代表性基础。
图 1 示意性地显示根据本发明的实施方式的变压器 8 中的有载抽头变换器 2。抽 头选择器 1 被装配在转换器开关 3 之下。OLTC 的移动从电机驱动机构 9 获得能量， 电机驱 动机构 9 在本文中被装配到变压器 8 的壁上。通过轴杆 6’ 、 6” 以及斜齿轮 7 来传输来自电 机 9 的运动。油枕 5 确保在全部温度下在 OLTC 中有足够的油。
氢气传感器设备 10 浸没在抽头变换器的油中， 本附图中的位置仅仅是指示性的， 该氢气传感器设备 10 可以被设置于外壳中的任意地方。
氢气传感器设备 10 向驱动控制单元 11 发送信号， 驱动控制单元 11 控制用于驱动 转换器开关 3 的电机 9 的运动。
可选择地， 氢气传感器设备 10 向计算单元发送信号， 该计算单元还接收用于指示 转换器开关的操纵的信号， 如用于电机 9 的驱动命令信号， 例如从电机 9 接收驱动命令信号。变压器 8 和 OLTC 2 都是充油的， 但是具有不同的外壳并且 OLTC 中的油与变压器中的 油永不接触。还有可能将 OLTC 设置于变压器箱之外。
图 1 示出了第一实施方式， 其中传感器 10 通信地连接到驱动控制单元 11， 驱动控 制单元 11 包括用于基于氢气测量来确定故障的装置。可以将控制单元 11 合并到电力传输 子站的控制系统中。
图 9 示出了可选择的实施方式， 其中传感器 10 通信地连接到计算单元 12， 计算单 元 12 包括用于基于氢气含量确定故障的装置。在图 9 中计算单元 12 还通信地连接到电机 驱动机构并且当抽头变换器被操纵时从该电机驱动机构接收信号。这些信号可以是电机 驱动机构 9 经由用于将驱动控制单元 11 可操作地连接到电机 9 的驱动控制连接而从驱动 控制单元 11 接收的命令信号。图 1 和图 9 的实施方式包括在抽头变换器的油中布置传感 器 10， 传感器向计算单元 11、 12 传输测量。可以由来自传感器的模拟信号的电信号发送来 提供通信， 例如通过用于对模拟过程数据进行抽样的 I/O 模块将该模拟信号转换成数字数 据， 其中该 I/O 模块包括 AC/DC 转换器以及用于数字通信 ( 如以太网通信能力 ) 的装置， 该 I/O 模块接收来自传感器的测量的电模拟信号， 将该信号转换成数字数据， 然后通过以太网 将该数字数据传输到例如子站的计算机控制系统。可选择地， 传感器 10 包括数字处理和通 信装置， 并且将该测量抽样成将要经由例如数字数据总线被传输到子站控制系统的计算单 元的数据。因此， 氢气传感器设备 10 向计算装置 11、 12 发送信号， 计算装置 11、 12 适用于 基于氢气含量， 优选地基于氢气含量的历史或者氢气含量的变化， 确定真空断路器是否出 故障。该计算装置还适用于使用抽头变换器的操作数据， 并且使用该数据来改进分析以更 好地确定真空断路器是否故障。这样， 当估计氢气含量时可以考虑抽头变换器的切换的效 果， 从而可以使用基于正常氢气含量变化的期望氢气含量水平以及从该切换得到的氢气含 量增加， 以代替仅仅使用固定氢气含量警报水平。
可以通过计算机程序来提供该计算装置， 当该计算机程序被安装在用于电力传输 的子站的控制计算机中时， 其通过根据本发明增加真空断路器故障确定功能来增强控制系 统的性能。因此， 该计算机程序将使得能够使用来自合适地安装在 OLTC 充油外壳中的氢气 传感器的信号来确定真空断路器出故障。 该计算机程序还将提供用于使用这样一种信号的 装置， 该信号指示 OLTC 的操纵以进一步增强确定。可以从已存在于控制系统中的电机驱动 机构 9 的驱动信号提供用于指示操纵的该信号， 或者可以采取动作来提供在系统中至今未 使用的对应的信号。当操作电机驱动机构 9 时适当地从电机驱动机构接收该信号， 或者从 用于向电机 9 提供这些命令信号的驱动控制单元 11 适当地接收该信号。
图 2a- 图 2e 示意性地显示了有载抽头变换器从变压器绕组上的位置 6 到位置 5 的切换顺序。
由灰色箭头指示主要的电力流。
为该顺序分配对称的标记循环。 这意味着转换器开关的主切换触头在过渡电阻连 接到调节步骤之前断开。这确保当开关过载操作时的最大可靠性。
在额定负载时， 在触头分离之后的第一电流零处发生断开， 这意味着大于 4-6ms 的平均电弧时间。完整的顺序的总时间大约是 50 毫秒。电机驱动机构的抽头变换器操作 时间大约是每个步骤 5 秒钟。
图 2a ： 选择器触头 V 连接抽头 6 并且选择器触头 H 在抽头 5 上。主触头 x 携带负载电流。 图 2b ： 主触头 x 已经打开。负载电流通过电阻器 Ry 以及电阻器触头 y。
图 2c ： 电阻器触头 u 已经闭合。在 Ry 与 Ru 之间共享负载电流。由 Ry 加上 Ru 的 电阻来限制循环电流。
图 2d ： 电阻器触头 y 已经打开。负载电流通过 Ru 和触头 u。
图 2e ： 主触头 v 闭合， 绕过电阻器 Ru， 并且负载电流通过主触头 v。有载抽头变换 器现在处于位置 5。
在触头打开的任意移动中发生电弧。
图 3a- 图 3g 示意性地显示了具有真空断路器的有载抽头变换器的切换。通过使 用辅助触头系统 (MC、 RC) 和真空断路器 (MVI、 RVI) 的结合， 对每个相仅需要两个真空断路 器。
图 3a 显示了正常操作期间的电流路径， 从 x 到星点 ( 也可以是下一个相 )。由灰 色箭头指示主电气路径。
当负载从 x 换向到 v 时， 该操作顺序的步骤如下 ：
图 3b- 打开主真空断路器 (MVI) 并且因此使得电流流经过渡电阻器 (TR)。
图 3c， 图 3d- 然后旋转主触头 (MC) 以连接到 v。
图 3e- 主真空断路器然后闭合， 意味着连接到新抽头， 导致由电势差所驱动的相 关循环电流。
图 3f- 当打开电阻器真空断路器 (RVI) 时， 过渡电阻断开。负载电流现在经由从 v 到星点的正常路径。
图 3g- 然后旋转电阻器触头 (RC) 并且使其就位。
图 3h- 最后， 该顺序完成， 并且当电阻器真空断路器闭合时到达下一个服务位置。
图 4 与图 3c 具有相同的位置， 其差别在于主真空断路器 (MVI) 无法打开或者无法 断开主辅助触头 (MC) 中的电流。当旋转主触头 (MC) 以连接到 v 时， 由主辅助触头 (MC) 中 的移动断开电流。 由油熄灭出现的电弧， 但是由于辅助触头未被设计为消灭重复的电弧， 所 以将发生一些损坏。如果这发生多于 10-500 次， 取决于负载电流， 那么存在辅助触头将出 故障并且 OLTC 将经历灾难性的毁灭的风险。如果电流被辅助触头断路并且被油熄灭， 那么 油中的氢气浓度将急剧增加， 并且对此的检测将是指示该错误状态的可靠方式。
图 5 是根据本发明的实施方式使用的有载抽头变换器的示意图。所示的抽头变换 器 12 由两个主要部件组成， 由连接 30 相互关联的转换器开关 24 和抽头选择器 26。转换器 开关 24 可以包括常规的顶壳 28。
图 6 显示了抽头变换器中的油中氢气含量 / 浓度 46 随时间的可能发展的示意图。 氢气检测器测量油中氢气含量 / 浓度 46， 并且该测量的分析将测量数据与不同的警告或警 报水平比较， 例如警告水平 40、 第一警报水平 41 和第二警报水平 42。
每个水平可以与不同的动作相关联。例如， 当氢气浓度高于 43 警告水平 40 时， 控 制系统警示该变压器的监视系统， 或者整厂的控制系统警示操作员使用该抽头变换器可能 有一些东西不好。当氢气浓度高于 44 第一警报水平 41 时， 控制系统警示该变压器的监视 系统， 或者整厂的控制系统警示操作员并且将仅执行最有必要的抽头变换。当氢气浓度高 于 45 第二警报水平 42 时， 控制系统警示该变压器的监视系统， 或者整厂的控制系统并且警
示操作员并且停止全部抽头变换。
图 7 显示了抽头变换器中的油中氢气含量 / 浓度 46 随时间的可能发展的示意图。 氢气检测器测量油中氢气浓度 46， 并且由计算装置执行的对测量的分析将测量的氢气浓度 数据序列与氢气浓度增加的不同的警告或警报水平比较。
在 52， 测量的氢气浓度的增加速率大于可能的警告增加 50。在 53， 测量的氢气浓 度的增加速率大于可能的警告增加 51。对数据序列 46 的分析可能包括测量值的平滑和滤 波。
图 8 显示了抽头变换器中的油中氢气含量 / 浓度 46 随时间的可能发展的示意图， 其中每个抽头变换与氢气浓度的上拐点相关联。 其示出该分析系统还应该包括抽头变换的 频率或者抽头之间的时间。与少得多的抽头 50 相比， 大量的抽头变换 51 可能生成氢气的 大量增加。但是用少量抽头时曲线 50 的增加可能指示问题。该系统必须能够并且适用于 区分两个情况 50、 51， 并且可能对于 50 而不对于 51 给出警告 / 警报。图 6- 图 8 中的曲线 的相对大小以及警报水平仅仅是示例性的。
已知绝缘油中的电弧在油中生成氢气。有时候使用这个效应来监视变压器的操 作。其尚未被用于监视没有真空断路器的 OLTC， 因为油中的电弧在正常操作中发生。 通过具有真空断路器的 OLTC 的介绍， 已经除去油中的正常电弧， 并且在正常操作 期间全部电弧发生在真空断路器中。如果油中的电弧确实出现在具有真空断路器的 OLTC 中， 那么这是某物严重出错的指示。
对于油中的电弧熄灭根据如图 2 中可见的标记循环原理来操作的常规 OLTC， 存在 两个断路， 对于每个抽头操作发生电弧。一个电弧发生在断开主触头时 ( 即图 2a 与图 2b 之间 )， 并且一个电弧发生在断开过渡触头时 ( 即图 2c 与图 2d 之间 )。
主触头中的电弧具有与负载电流相等的电流， 而过渡触头的电流由负载电流与循 环电流的一半构成。循环电流取决于步进电压以及过渡电阻器的阻抗， 并且其因此是取决 于负载的。
这些电弧中的每一个通常最多持续半个周期， 并且平均值将是半个周期， 其中对 于 50Hz 的周期是 5ms。这些电弧中的能量确定所生成的气体的数量。可以将气体生成估计 为是与电弧的能量耗散成线性的。
在真空断路器中具有电弧熄灭的 OLTC 的主要目的在于防止油中的电弧。油中的 电弧带来严重的不利， 如断开触头的触头材料的更高腐蚀以及油由于电弧的高温而恶化。 油的恶化生成降低油的耐绝缘性的物质， 特别是在出现潮湿时， 以及增加该机构的磨损。
该转换器开关在从一个抽头连接到其他抽头之前断开来自这一个抽头的电流。 为 了不在电路中生成断路， 在主触头安全地断开来自抽头 1 的电流的时间期间， 负载电流流 经过渡触头， 直到连接了抽头 2 为止。
如果 OLTC 中的负载的断开应故障， 例如由于有故障的真空断路器， 那么存在在断 开抽头 1 的连接之前连接抽头 2 的风险。由于变压器的电气特性， 一个调节步骤的短路， 导 致不仅破坏 OLTC 而且还破坏变压器绕组的巨大电流。还将存在由于起火、 爆炸等等而导致 的甚至更大的破坏的严重风险。
通过设计使得由真空断路器执行电流的换向， 这些真空断路器变成关键组件。如 果他们无法断开， 则可能发生早先所述的严重故障。
通过设计辅助触头使得他们能够在真空断路器故障的情况下断开负载电流或者 循环电流， 获得了抵抗该严重故障的大得多的安全裕度。
由于辅助触头主要用于引导电流， 所以将他的材料选择为低电阻而不是良好的弧 阻。 其目的在于他们应该能够进行操作的半个循环， 同时断开最大额定负载电流， 具有作为 电流导体并且作为断开触头两者的保留功能。
因此， 一些监管设备必须在触头被电弧严重破坏而不能实现他们的功能之前给出 警报。其目的在于给出不要使得该变压器跳闸的警报。由于可能有若干操作， 所以没有必 要使得该变压器跳闸。大量检测方法都是有可能的， 如压力检测、 油流检测 ( 在到油枕的管 中 )、 光检测、 辐射检测等等。
本发明处理使用绝缘油中的氢气浓度改变作为用于该油中的电弧检测的参数的 可能性。
其基于的事实是真空断路器中的电弧在油中不生成气体。但是， 具有用于高电流 的真空断路器的 OLTC 通常具有旁路触头， 当该 OLTC 就位时该旁路触头旁路真空断路器， 以 防止真空断路器继续传导电流并且防止他们免受短路电流。
当将电流从旁路路径换向到真空断路器电路时， 由于电路中的小电感所以旁路触 头将生成换向火花。这些火花将生成少量的氢气。该能量释放是通过油中的真实电弧的仅 仅少许百分比的能量释放， 并且气体生成与其有关。 不具有旁路触头的那些 OLTC 确实仍然具有辅助触头。这些 OLTC 不换向任何电 流， 但是在切换期间这些 OLTC 有可能短时断开连接， 这给予他们导致小电容放电火花的电 压。这些 OLTC 中的能量甚至小于来自旁路触头中的换向火花的能量， 但是在电压的大量操 作之后将在油中引起少量的氢气。
因此， 可以在不同类型的 OLTC 中使用本发明， 例如具有旁路触头的 OLTC 和不具有 旁路触头的 OLTC。应该对应地修改由计算装置执行的分析， 但是其主要特征可以相同。
这些气体的组成使得大约 75％是氢气 (H2) 并且大约 20％是乙炔 (C2H2)。 对于小 电容放电火花， 该组成将是接近 100％的氢气。乙炔在油中容易溶解， 因为其与油中的碳氢 化合物相似， 而氢气不容易溶解。
通过分析油中的氢气含量， 与应该分析碳氢化合物的方法相比， 可以获得更便宜 并且更可靠的测量设备。变压器油中的氢气的持续测量也是长期使用的被良好证实的方 法。
因此， 测量变压器油中的氢气毫无新意。应该将其结果理解为给出了可靠的监管 方法。 当使用不同的呼吸系统时， 该解释必然至少对电流低、 操作频率低的大部分不同的应 用行得通。
用于解释氢气测量的可行方法有两种 ：
1、 在油中的特定氢气浓度处给出警报
2、 估计与每个时间单元的操作数量有关以及与切换时的负载电流有关的氢气增 长速率。
解释 1 ： 由于随着时间流逝可能有特定数量的氢气消失到周围环境中， 所以少量 的生成将迅速在产生和消失之间找到平衡， 导致低的并且相当恒定的浓度。可以将警报水 平设置得如它对于全范围的负载电流工作时那么高， 因为用于油中的电弧的氢气生成更高
得多。油中的电弧将带来浓度快速升高， 使得即使在低负载电流时也超过警报水平。该设 备不需要智能并且因此是简单并且便宜的方法。
解释 2 ： 该方法需要一些智能以及关于操作何时发生以及变压器的负载的信息的 获取能力。但是其给出的优点在于， 更敏感并且反应更快速， 特别是在具有低电流和 / 或低 操作频率的应用中。该方法优选地与已接入所需要的数据的变压器控制和保护系统 ( 如 ABBTCE 或类似物 ) 结合使用。其当然还可以用独立的单元做成。用控制系统中的特殊程序 来做成该解释。该解释使得氢气浓度的改变与每个单位时间所释放的火花能量相关。负载 电流以及每个单位时间的操作次数也可用。因此可以容易地计算电弧能量， 且氢气浓度与 该电弧能量相关。如果负载改变和 / 或操作频率改变， 那么应该改变该方法以在特定容限 宽度之内自动计算期望的值。该宽度可能相当大， 因为正常服务时与油中有电弧时的氢气 浓度之间的差异变化很大。因此， 该计算无需特别精确。