CN101416039B - 执行溶解气分析的仪器 - Google Patents
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Abstract
一种对电器绝缘油执行溶解气体分析的仪器。该仪器与第一油源和第二油源相连，并且具有用于每个油源的各自样品池、分析池以及气体分析仪。每个样品池与所述的分析池相连以便使其间流体流通，而另一样品池则与分析室相隔离。该仪器可以对来自一个以上的油源的样品中执行溶解气体分析，同时最达程度降低样品之间交叉污染的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种执行溶解气体分析的仪器，特别涉及对存在于电器绝缘油中的故障气体的分析。
背景技术
电器绝缘油通常被用于产生和分配电功率的装置中。此类装置包括：变压器(有时也被称作油浸式变压器)、抽头切换开关(tap-changers)和断路器。当这些装置发生故障时，故障气体便在绝缘油中形成。对故障气体进行分析便可以用于诊断电器的操作。例如，一般的变压器故障包括形成电弧、电晕放电和过热(高温分解)，而此类故障可以通过分析变压器油中存在的包括乙烷、甲烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、氢和/或氧的故障气体的量来诊断。此类分析不仅可以确定故障的类型，还可以确定故障的严重程度。对于电力公司来说，准确了解电气设备包括变压器的运行状态最为重要的，因为这可以使财产达到最佳状态并且还可以避免潜在的灾难性故障。
对绝缘油的溶解气体分析(DGA)和湿度测量被认为是对变压器运行状态评估的最重要的测试。溶解气体分析DGA也迅速成为监测带载负抽头变换开关(LTCs)的关键诊断技术。
需要指出，此处用到的术语“气体”可包含术语“蒸汽”。与DGA有关的一个问题是油之间的交叉污染。因此，如果在各测量之间不对设备进行完全清洁，那么对来自一件装置(也叫做变压器)的油样执行DGA的测量设备，便不可能容易地对来自另一件装置(也叫做抽头转换开关)的油样执行DGA。进行清洁会很费时且通常来说只能在现场外进行。作为选择，也可以提供分离的测量设备，但费用会很高。
例如，常规的测量装置往往采用一个气相色谱仪来执行DGA。气相色谱仪比较昂贵，而且操作起来比较复杂、笨重。此外，操作上述装置通常要求比较高的训练水平并且对油样的处理也很缓慢。因此，使用气相色谱仪技术进行分析通常由适当训练的技术人员在现场外执行，即在实验室中执行。问题更加严重的是，气相色谱仪相对难以清理到避免交叉污染的程度。
因此，需要提供一种执行溶解气体的装置，该装置可以比较轻松地测量来自不同源的油样同时能够避免或者使交叉污染达到最小。此外，还需要这样一种装置，它有助于在线DGA分析，即，由连接设备例如变压器和/或抽头转换开关的仪器现场执行的分析，其油样从所连接的设备中例如变压器和/或抽头转换开关中提取。
发明内容
因此，本发明第一方面提供了一种执行溶解气体分析的仪器，该仪器可连接第一油源和第二油源，并且具有用于每个源的相应顶部空间或者样品池；分析池；用来有选择地把每个样品池连接到上述分析池以使得流体可以在其间流动的装置；以及使流体特别是气体经由所述连接装置从选定的一个样品池送往分析池同时使另一个或每个其它样品池与所述分析池分离的装置。
在最佳实施方式中，该仪器还可连接一种清洁流体的源，该清洁流体通常为气体如空气，并且还包括：使上述清洁液体被引入上述分析池并且最好引入至少部分上述连接装置的装置；用来从仪器中排除上述清洁流体的装置。
一般地，上述连接装置包括用来把相应的样品池连接到第一阀的相应入口的相应流体导管；和用来把第一阀的出口连接到分析池的公共流体导管。同样地，上述连接装置还可以包括把相应样品池连接到第二阀的相应出口的相应流体导管；和用来把第二阀的入口连接到上述分析池的公共流体导管。为了方便，第一阀包括连接所述清洁流体源的入口。第二阀可以包括一个通向排气容器或者通向周围环境的出口。
本发明的第二方面提供了一种在本发明第一方面的仪器中执行溶解气体分析的方法。该方法包括使得一个样品池与分析池相互流通流体；将每个或另一样品池与所述分析池相隔离；将来自上述一个样品池的气体样品引入到上述分析池。该方法最好还包括：将所有样品池与上述分析池相隔离；使清洁流体充分地清洁上述分析池。
本发明特别但不仅仅适用于存在于(通常溶解于)电绝缘油如变压器油或抽头变换器油中的故障气体形式的目标气体如乙烷、甲烷、乙炔和乙烯。因此，在顶部空间室的气体源一般包括一些其中已经溶解一种或者多种目标气体的油。
在一个实施例中，上述第一油源包括变压器主油箱，上述第二油源包括带载负抽头变换开关的选择器油箱和/或分流器油箱。在可选实施例中，可以有多个油源，以及为各个油源提供的相应样品池。
在最佳实施例中，该仪器包括一个取分光计形式的用于测量分析池中的目标气体量的分析仪，该分光计利用红外线(IR)或者其他辐射源。此外，该分析仪包括一个光声分光计。
本发明的其他有利方面被包含在权利要求中，以及/或者本领域技术人员将会通过下文对本发明特定实施例的说明而明白这些有利方面。
附图说明
下面将通过举例方式并参考图1描述本发明的一个实施例，其中图1根据是本发明一个方面执行DGA的仪器的方框图。
具体实施方式
图中示出了一种用于执行溶解气体分析的仪器，它通常被标识为10。仪器10可连接至少两个含有电绝缘油的设备。在图中，仪器10被显示为例如连接两个设备，即变压器50和抽头变换器或带载负抽头变换器(LTC)52。仪器10包括一个用来容纳从每个设备50、52得到的相应油样的相应样品室或样品池14、14′。样品池14、14′通常可连接相应的设备50、52，从而使油能够在两者之间传输。为此，最好在样品池14、14′和设备50、52之间安装例如取管道或导管形式的输油合回油管道15、15、15′、17′。输油管道允许油从设备50、52输送到样品池14、14′，而回油管道17、17′允许油返回到设备50，52。在一个实施例中，可以通过管道15，15′，17，17′将仪器10永久性地连接设备50，52。然而，在优选实施例中，管道15，15′，17，17′含有可拆卸连接设备50，52的装置，或者可与该装置合作。这样仪器10便可以作为适合于直接插入连接任何相配设备的便携单元。
上述配置使得在使用期间，样品12、12′不会充满相应的样品池14、14′，因此相应的顶部空间16、16′被定义在样品池14、14′之内(样品室14、14′也可以叫做顶部空间池14、14′)。仪器10还包含一个用来容纳在使用中从各个样品12、12′中提取出来的气体和蒸气的分析室或池18(也可以称作测量室)。
凭借相应的流体流动环或环路，顶部空间池14、14′与分析池18保持流体联通，所述流动环或环路包括相应的输送流体通道20、20′和相应的返回流体通道22、22′。可以使用任何适合运输气体的管道或者导管提供流动环路。
在输送流体通道20、20′中设有一个第一阀23。第一阀23具有：与第一顶部空间池14相连以便从中接收顶部空间气体的第一入口25；与第二顶部空间池14′相连以便从中接收顶部空间气体的第二入口27；和与分析池18相连的公共出口29，以便根据阀23的运行状态，向分析池18提供来自顶部空间池14、14′的顶部空间气体。因此，可以看出，输送流体通道20、20′被分离设置在顶部空间池14、14′与阀23之间，但是在阀23与分析池18之间则是公共的。
在返回流体通道22、22′中设有一个第二阀31。第二阀31具有：与第一顶部空间池14相连以便向其返回流体的第一出口33；与第二顶部空间池14′相连以便向其返回流体的第二出口35；和与分析池18相连的以便从中接收流体的公共入口37。根据阀31的运行状态，流体特别是气体被从分析池18引向顶部空间池14、14′中的任何一个。因此，可以看出，返回流体通道22、22′在顶部空间池14和阀31之间是分离的，但是在阀31和分析池18之间则是公用的。
仪器10还包括用来将比较干净或者清洁的流体或气体引入分析池18的装置。简单地说，这包括把清洁流体引入输送流体通道20，20′的公共部分使其被引向分析池18的装置。仪器10还设置了从分析池18提取清洁流体的装置。也就是，这包括从返回流体通道22、22′的公共部分提取清洁流体的装置。在优选实施例中，阀23设有用来接收清洁流体的第三入口39，并且阀23被设置成把来自其三个入口中的任一个入口的气体引入分析池18。类似地，阀31设有用来从返回流体通道22，22′中排出流体的第三出口41，并且阀31被设置成可以把从分析池18接收的流体从它的三个出口中的任一个中引出。一般地，阀23的第三入口39与清洁流体特别是气体(例如洁净空气)的源相连，而阀31的第三出口41则与一个相配的清除容器或者外界(未示出)相连，例如可以简单地通向周围环境。
一个常规泵26被用来促使和控制流体沿着输送和返回通道20、20′、22、22′和输送和返回管道15、15′、17、17′流动。
仪器10还包含用来分析分析池中的内容的分析设备，通常由标号28表示。分析仪28包括一个控制模块30，这个控制模块包括用合适的计算机软件编程的微处理器或微控制器，用于执行分析池18里的内容物分析和方便地控制阀23，31和泵26的操作。
分析池18通常与一个使其与输送流动通道20、20′相隔离的入口阀(未显示)相关联，并且还与一个使其与返回通道22、22′相隔离的出口阀(未显示)相关联。在一个典型的测量循环中，入口阀和出口阀均打开，使得分析池18中的内容物被从输送通道20、20′接收的气体/蒸汽冲洗出来。经过一段适当的冲洗时期(一般大约15秒)后，入口阀和出口阀均关闭，这时分析池18中便含有用来分析的新气体/蒸汽。当入口阀和出口阀关闭时，旁通阀(未显示)被打开，使得气体/蒸汽绕过分析池18从输送通道20、20′流入返回通道22、22′。在分析仪28对新样品进行测量前最好提供一个稳定时间(一般为关闭入口阀和出口阀后约20秒)。执行测量花费的时间取决于分析器28需要执行的测量和其它操作的数量。在本实例中，测量时间近似为55秒。因此，整个标准测量循环耗时大约90秒。测量结束后，入口阀和出口阀均打开，便进入了冲洗或清洗阶段，下文将给出详细描述。
在优选实施例中，分析仪28包含一个光声气体分析仪，它最好利用红外(IR)光声分光计(未显示)。丹麦(地址在Blokken61，DK3460，Denmark)的PASTechnology A/S提供的PGA07红外分光计是一种合适的设备。一般地，执行红外光声光谱分析的仪器比较便宜、紧凑和耐用，且有助于并入便携装置中。此外，这种设备比较容易使用(因此不需要特别熟练的操作人员)，而且可以很快的给出结果。在下面的描述中，将在红外光声光谱范围说明本发明，尽管可以理解本发明不限于在红外光谱或光声光谱范围使用。
红外光声分光计的详细操作已经为人们所熟知。在英国专利申请GB2190998中给出了一种红外光声分光计的适当实施例。一般地，辐射源如红外光源以及调制盘(chopper wheel)(未给出)被用来产生红外光脉冲，随后这种红外光脉冲经过一系列滤光片(未给出)。每一滤光片只能使与特定目标气体有关的相应频段的红外光透过(例如，用于乙烷的一个滤光片，用于甲烷的一个滤光片，等等)。虽然未在图中示出，但在最佳实施例中，分析仪28还包括一个带有相关滤光片的辐射源，该相关滤光片配置成通过分析池18上的窗口(未显示)使辐射射入分析池18。已滤光的红外光脉冲接着穿过含有一定量待分析气体的分析室18。每一特定的目标气体可以吸收它的相应谐振频率的能量，从而引起该气体的分子振动，被吸收的能量很快被释放，产生压力波。分析池18附近设有一个或多个麦克风32(一般为两个)，用于探测压力波。相应的被检测压力波的振幅可以用来确定相应目标气体的量。
在使用中，各个样品12，12′被从设备50，52中吸入到各自样品池14，14′。通过使用常规的搅拌器(未示出)搅拌，使得溶解气体从样品12，12′释放进入相应的顶部空间16，16′。经过一段时间的搅拌，顶部空间便达到平衡，也就是此时顶部空间16，16′中相应的气体量已经稳定。在对顶部空间的气体测量之前，最好使用分析仪28测量分析池18种的天然气体浓度(并且最好还测量周围管道20，22)。这样本底气体浓度便能被计算出来，并且该信息可以用来更精确地分析顶部空间气体。为了更好地分析顶部空间气体，控制模块30通过适当地控制阀23，31，使顶部空间的一些气体直接从池14，14′之一引入分析池18，并且还建立了一个从分析池18到顶部空间上述池14，14′的所述一个的返回连接，也就是建立从池14，14′之一个池到分析池18再返回上述池14，14之一池的流动环路。然后可以关闭分析池18的入口阀和出口阀，从而便得到样品。因此，来自所述池14，14′之一个池中的顶部空间气体样品被捕获并在分析池14、14’中进行分析。类似的，通过适当地交替控制阀23，31，来自池14，14′之另一个的顶部空间气体样品被捕获并在分析池14、14’中进行分析。依赖使用的测量技术，阀31可以设置成使气体从分析池18返回到各自相应顶部空间14，14′(闭环测量)或者使来自分析池18的气体得以从流动环路22，22′排出(开环测量)。当池18的入口阀和出口阀同时关闭，或者当所述入口阀和出口阀中的一个或两个打开时，都可以进行分析池18中的测量，这取决于使用的测量技术。当仅仅需要开环测量时，便不再需要返回通道22、22′，可以省略它们。此外，可以在顶部空间达到平衡之前、之后或者平衡期间进行测量。
在分析池18中为测量而捕获的顶部空间气体通常是在顶部空间达到平衡之后，从各自的顶部空间16、16′中得到的。然而，根据使用的测量技术，顶部空间气体也可以在达到平衡之前进行测量。
当来自池14、14′之一的顶部空间气体被测量之后，在测量来自另一个池的顶部空间气体之前，要对分析室18(以及与此相连的公共流动同通道20、20′、22、22′)进行净化和清洗。通过适当设置阀23、31，控制模块30把清洁流体特别是气体(如纯净空气)在阀23处注入到输送流体通道20，20′，通过分析池18引入公共返回流体通道22、22′，并且从阀31处流动环路流出。一旦清洁完成，阀23、31将被重新设置成从池14、14′的一个或另一个池中提取顶部空间气体，以及把顶部空间气体再循环到池14、14′的一个或另一个池中。
仪器10可以包括一个顶部空间系统。此处描述和说明的本发明实施例以电绝缘油(特别是变压器油)中的故障气体的分析为语境，但是本发明不仅限于此。一般来说，本发明的一个方面涉及到对存在一种或多种干扰物的顶部空间系统中的一种或多种目标气体的分析。本发明特别但不仅仅适用于对乙烯、乙炔、乙烷和/或甲烷的测量。
在未图示的可选实施例中，仪器10可以同时与两个以上的设备相连接，且为每个设备提供相应的顶部空间，并且阀23、31具有相应数量的入口/出口，使得可以同时从相应的一个顶部空间提取气体并且再循环到该顶部空间。此外，在没有交义污染的情况下，每个顶部空间可以连接一个以上的油源或一个以上的设备。例如，单个顶部空间可以连接LTC选择器箱和LTC分流箱相连(借助于一个适当的使油抽取/被返回到一个或另外一个源的阀系统)。
在另外的一个具体实施例(未图示)，相应的顶部空间池14、14′与分析池18之间设有一个相应的分离的输送流体通道和/或返回流体通道，也就是，可以没有输入通道和/或返回通道的公共部分。这可以通过，例如在测量池18的入口处，安装一个多入口单出口阀(类似于阀23)，和/或在测量池18的出口处，安装一个单入口多出口的阀(类似于阀31)来实现，其中相应的输送通道、返回通道以及清洗管道的导管可连接这些出口和入口。根据要求，在分析池18的入口和/或出口处可以为每个输入通道和/或输出通道和/或清洗管道提供各自独立的阀。
该仪器特别但不仅仅适用于对来自主变压器油箱和抽头开关(例如LTC选择器箱和/或LTC分流器箱)的气体进行联机测量。这是因为尽管主油箱的油中通常含有极少的气体，但是抽头开关油中却含有溶解在油中的非常高浓度的可燃气体。因此，交叉污染的风险很高。
仪器10可以精确地测量抽头开关气体，所以可以精确地确定乙烯和乙炔的关键比例，从而便可以联机诊断给定的抽头开关接触状态。
因此，本发明的最佳实施例为主油箱和LTC提供至关重要的可靠联机DGA，从而实时观察整个变压器系统运行状态。此外，变压器和LTC故障可以在早期被检测出来，这样便减少了高成本的的意外供电和设备故障。同时，又不需要高耗能的负载或者校准气体，并且维修和运营成本都很低廉。
本发明不仅限于此处所描述的具体实施例，可以在不背离本发明范围的条件下修改这些实施例。
Claims (19)
1.一种执行溶解气体分析的仪器，该仪器可与第一油源和第二油源相连，并且包括：
用于容纳来自每个油源的各自油样的样品池；
分析池；
用来在使用中对所述分析池中包含的一定量流体执行气体分析的装置；
用来有选择地把每个样品池连接到所述分析池以便使其间流体流通的装置；以及
使流体得以由选择的一个样品池经由所述连接装置流向分析池，同时使另一个或每个其它样品池与所述分析池隔离的装置。
2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于所述仪器可与清洁流体源相连，还包含将所述清洁流体引入到所述分析池的装置。
3.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于还包括从所述仪器中排除所述清洁流体的装置。
4.根据权利要求所述1或2或3的仪器，其特征在于所述连接装置被配置成提供由每个样品池的出口至所述分析池的入口的各自的流体流动通道，所述各自的流体流动通道的至少部分是由各自分离的流体导管提供。
5.根据权利要求4所述的仪器，其特征在于所述各自的流体流动通道包括与所述分析池的入口相连的公共流体导管。
6.根据权利要求1或2或3所述的仪器，其特征在于所述连接装置被配置成提供由所述分析池的出口到每个样品池的入口的流体返回通道，独自的流体返回通道的至少部分是由各自分离的流体导管提供。
7.根据权利要求6所述的仪器，其特征在于所述各自的流体返回通道包括与所述分析池的出口相连的公共流体导管。
8.根据权利要求1或2或3所述的仪器，其特征在于所述连接装置包括第一阀，第一阀具有与每个样品池相连的相应入口和与所述分析池入口相连的出口，并可操作以使所述第一阀入口之一或者其余入口得以与所述第一阀出口保持流体相通。
9.根据权利要求8所述的仪器，其特征在于所述连接装置包括第二阀，第二阀具有与每个样品池相连的相应出口和与所述分析池出口相连的入口，并可操作以使所述第二阀出口之一或者其余出口与所述第二阀入口保持流体相通。
10.根据依赖于权利要求2的权利要求9所述的仪器，其特征在于所述第一阀包括在使用中与所述清洁流体源相连的入口。
11.根据依赖于权利要求2的权利要求9所述的仪器，其特征在于所述第二阀包括通入清除容器或通向外界的出口。
12.根据权利要求4所述的仪器，其特征在于连接装置具有旁管道，旁管道被配置成提供在分析室周围的旁回路，所述仪器还包括有选择地将流体引入分析池或流入所述旁管道的装置。
13.根据权利要求6所述的仪器，其特征在于连接装置具有旁管道，旁管道被配置成提供在分析室周围的旁回路，所述仪器还包括有选择地将流体引入分析池或流入所述旁管道的装置。
14.根据权利要求8所述的仪器，其特征在于连接装置具有旁管道，旁管道被配置成提供在分析室周围的旁回路，所述仪器还包括有选择地将流体引入分析池或流入所述旁管道的装置。
15.根据权利要求1或2或3所述的仪器，其特征在于所述执行气体分析的装置包括光声气体分析仪。
16.根据权利要求1或2或3所述的仪器，其特征在于所述第一油源是变压器的主油箱。
17.根据权利要求1或2或3所述的仪器，其特征在于所述第二油源是带载负抽头开关的选择箱和/或分流箱。
18.一种在仪器中执行溶解气体分析的方法，所述仪器可与一个第一油源和一个第二油源相连，并且包括：用于容纳来自每个油源的各自油样的样品池；分析池；用来在使用中对所述分析池中包含的一定量流体执行气体分析的装置；用来有选择地把每个样品池连接到所述分析池以便使其间流体流通的装置；以及使流体得以由选择的一个样品池经由所述连接装置流向分析池，同时使该样品池或每个样品池、其它样品池与所述分析池隔离的装置，该方法包括：使一个样品池与所述分析池保持流体相通；使每个或另一样品池与所述分析池隔离；将来自所述一个样品池的气体样品引入所述分析池；和在所述分析池中对所述气体样品执行气体分析。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于还包括使所有样品池与所述分析池隔离；以及使得清洁流体充分地净化所述分析池。
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