CN101546646B - 变压器在线监测油气分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种电力工程技术领域的变压器在线监测油气分离装置，本发明包括：油气分离室、真空泵、超声振荡器、回油泵、PLC控制模块、电磁阀、液位检测器、油气过滤器、限流阀、连接管。通过PLC模块控制各个电器部件相互配合，实时工作。本发明利用抽真空和超声振荡原理相结合的方法进行油气分离，脱气效率更高，更快。同时装置自动化程度高，体积小巧，便于设置，十分适用变压器等油浸式设备的基于油中溶解气体的故障检测。

Description

变压器在线监测油气分离装置

技术领域

本发明涉及的是一种电力工程技术领域的油气分离装置，具体涉及一种基于超声振荡原理的变压器在线监测油气分离装置。

背景技术

随着电网建设的高速发展，社会对电网的安全稳定提出了更高的要求。电气设备故障，尤其是电力变压器故障，一直是危害电网稳定安全运行的主要因素。因此，对电力变压器的运行状态进行实时在线监测显得尤为重要，直接关系到电网的稳定可靠运行，然而变压器在线监测的第一步也是最重要的一步就是如何将溶解在变压器油中的故障特征气体实时快速地分离出来。

经过对现有技术的文献检索发现，孙才新等所著的《电气设备油中气体在线监测与故障诊断》一书(科学出版社，2003年第一版，北京)提到，目前，为了实现变压器油中溶解气体的实时或定时监测来达到及时发现故障的目的，近十几年来，国内外都致力于在线监测及诊断设备的研制，相继研制出了一些具有很好的实用价值的油中溶解气体在线监测及诊断装置。其中，国内外各个科研机构和企业也专门针对变压器在线监测中所用到的油气分离装置做了大量的研究。但是，各个装置都仍然存在一些不足之处。

(1)以高分子聚合物分离膜透气的油气分离装置，装置简单，主要部件就是一个聚四氟乙烯膜或聚六氟乙烯膜。即以高分子膜作为变压器油和样气室之间的分隔，根据亨利定律，油中溶解气体透过分离膜进入气室，直到气室内的气体浓度和油中气体浓度达到平衡。但是，需要十几甚至几十个小时，才能分离，而且分离还不是很彻底。此外，高分子透气膜受到变压器油的长时间浸泡后，将导致膜的变形和变质，从而要求工作人员过一段时间后就要进行高分子膜的更替。

(2)基于抽真空原理的油气分离装置，利用小型电机带动波纹管反复压缩，多次抽真空，将油中溶解气体抽出来，废油仍回到变压器中，虽然每次测试需要40min，测试周期可在1-99h或1-99年内调谐，但由于积存在波纹管空隙里的残油很难完全排出，将污染下次检测时的油样，不能真实地测出油中溶解气体组分含量及其变化趋势，同时分离不够彻底，某些气体很难分离出来。

(3)采用空气循环法的油气分离装置，日本日新电机株式会社研制出了一种空气循环取气方法，采用闭合管路装置，利用循环泵向油中吹入定量的空气，当油中的氢气浓度和空气中的氢气浓度达到平衡之前，空气一直是循环的，循环时间约3min。然后，将含有氢气的空气送入回收容器被检测。但是，由于油气分离过程中需要引入空气，空气中的各种气体不可避免地要对被检测气体造成污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种变压器在线监测油气分离装置。本发明基于超声振荡原理，通过在线取油回油的方式对变压器油样进行及时采集，首先开启真空泵抽气，油气分离室中形成真空环境，然后开启进油口的电磁阀注入一定的油样，当油样上升到一定高度时，触发液位检测器，同时开启超声振荡器，在超声振荡器的作用下进行油气分离。整个装置的电磁阀，真空泵，回油泵均通过PLC控制模块控制。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：油气分离室、真空泵、超声振荡器、回油泵、PLC控制模块、电磁阀、液位检测器、油气过滤器、限流阀、连接管，其中：油气分离室进油口外接变压器的取油阀，油气分离室进气口通过连接管与真空泵连接，油气分离室回油口与回油泵连接，油气分离室出气口外接变压器在线监测的气体检测装置入口连接，超声振荡器设置于油气分离室的下部，外接PLC控制模块，电磁阀分别设置在油气分离室外部，油气过滤器设置在油气分离室外部，液位检测器设置于油气分离室内侧与PLC控制模块相连，PLC控制模块输入端子外接传感器输出端子，PLC控制模块输出信号控制电磁阀和回油泵，真空泵一端与油气分离室连接，该端同时与外界大气相通排气，连接管用于构成气路系统，限流阀设置于油气分离室出气口外。

所述的油气分离室为圆柱形，油气分离室的底座设置有超声振荡器，油气分离室顶部设置有进油口和进气口，下部设置有回油口，油气分离室的上部侧面设置有出气口，其中进油口可以通过不锈钢管与变压器的取油阀相连接，进气口通过连接管与真空泵的排气口相连接，回油口外侧通过电磁阀及不锈钢管与回油泵相连接，出气口通过连接管与变压器在线监测的气体检测装置入口相连接。油气分离室具有很好的气密性，且油气分离室内壁需要抛光，防止油样粘附在油气分离室内壁造成对新油样的污染。

所述的超声振荡器包括：超声电源、放大器、匹配器、超声换能器。超声电源的输出端子和放大器的输入端子串联，超声电源的开关与PLC控制模块通过电线相连接，放大器的输出端子和匹配器串联，匹配器的输出端与超声换能器相连，实现电信号到超声波信号的顺序转换；各个组成部分由下到上依次排列安装，通过电线相连接。本发明采用压电陶瓷片作为超声换能器，通过胶带将压电陶瓷片固定于油气分离室的底部。超声电源用于产生超声频率的电能信号，放大器可以对超声电源产生的振荡信号放大到所需要的电平，匹配器同时实现阻抗变换和调谐，即选用一定值的电抗元件，使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振，只有在同时进行了阻抗变换和调谐之后，整个系统才算是达到了匹配，超声换能器才能正常工作。

超声振荡器在压电陶瓷片的正反表面上进行极化，覆盖上一层激励电极，作为压电振子，该压电振子具有正压电效应和逆压电效应。超声振荡器的压电振子相当于一个电容(具有容抗作用)，在超声发射电路中与线圈形成并联谐振，得到高频激励电压，产生机械振动和超声波。超声换能器上施加的交变电压的频率与超声换能器的压电振子的固有频率相等时，才能获得最大的机械振动。本发明初步设置为20kHz的超声振荡频率作为脱气频率。

所述的回油泵，设置在油气分离室的外侧，回油泵还可以通过不锈钢管和变压器的另一取油口相连。回油泵的功能是用来将已经脱气彻底的油样再泵回到变压器中去。回油泵同样是通过PLC控制模块来控制的。

所述的真空泵设置于装置的最末端，其排气口接有一个连接管，真空泵一端通过电磁阀和连接管与油气分离室的进气口相连接，该端同时通过电磁阀与外界大气相通用来排气。且真空泵的入口通过电磁阀和变压器在线监测气体检测样气室的出气口相连接。真空泵能保证仪器每次测量之前均处于很好的真空状态，同时还可以为被检测气体的循环流动提供动力。

所述的PLC控制模块作为整套装置的控制模块，起到对整套装置的所有电磁阀，真空泵，回油泵的控制作用。本发明PLC控制模块选用通过选用现有技术解决，根据整个脱气的流程进行设定工作时间和开关次序。

本发明通过在线取油回油的方式对变压器油样进行及时采集，油气分离室具有很好的气密性，且油气分离室内壁抛光，能有效防止油样粘附在油气分离室内壁造成对新油样的污染；真空泵能够仪器保证每次测量之前均处于良好的真空状态，从而克服了目前采用空气循环法的油气分离装置所带来的空气中的气体对被检测气体造成污染的缺陷；整个装置的电磁阀，真空泵，回油泵的控制均通过PLC控制模块控制，具有体积小巧，设置方便，且脱气效率高等优点。

附图说明

图1是本发明实例及其内部结构图；

图2是本发明超声振荡器内部结构示意图；

图3是本发明设置实例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：进油口1，电磁阀2，进气口3，电磁阀4，出气口5，电磁阀6，限流阀7，油气分离室8，液位检测器9，真空泵10，电磁阀11，T形管12，超声振荡器13，PLC控制模块14，回油泵15，电磁阀16，回油口17，聚四氟乙烯管18，电磁阀19，屏蔽箱20，进油阀外接端子21，真空泵外接端子22，出气阀外接端子23，回油泵外接端子24，排气口25，油气过滤器30，其中：

油气分离室8位于屏蔽箱20内，进油口1及电磁阀2可以通过进油阀外接端子21与变压器相连接；油气分离室8的回油口17经过电磁阀16，通过回油泵外接端子24与回油泵15相连接，油气分离室8的进气口3经电磁阀4通过T形管12和聚四氟乙烯管18与真空泵10相连，油气分离室的出气口5经电磁阀6和油气过滤器30及限流阀7与出气阀外接端子23相连，且在出气口5和出气阀外接端子23的任意位置处可以设置油气过滤器30，防止油气污染气体成分检测器；超声振荡器13设置于油气分离室8的下部；液位检测器9设置于油气分离室8的侧壁高度方向约3/4处，且液位检测器9通过电线与PLC控制模块14相连，PLC控制模块14位于屏蔽箱20的右侧位置，PLC控制模块14的输入端子外接传感器输出端子，真空泵10的抽气端经由电磁阀11和真空泵外接端子22相连，限流阀7设置于油气分离室8的出气口5外。

本实施例中，油气分离室8为圆柱形，底座设置有超声振荡器13，油气分离室8顶部设置有进油口1和进气口3，下部设置有回油口17，油气分离室8的上部侧面设置有出气口5，其中进油口1可以通过不锈钢管与变压器的取油阀26相连接，进气口3通过聚四氟乙烯管18与真空泵10的排气口25相连接，回油口17外侧通过电磁阀16及不锈钢管与回油泵15相连接，出气口5经电磁阀6和油气过滤器31及限流阀7与出气阀外接端子23相连接，而出气阀外接端子23与气体分析仪29相连接。油气分离室8具有很好的气密性，且油气分离室8内壁需要抛光，防止油样粘附在油气分离室8内壁造成对新油样的污染。

如图2所示，本实施例中的超声振荡器13包括，超声电源32，放大器33，匹配器34，超声换能器35。超声电源32位于整个超声振荡器13的最下部，用于产生超声频率的电能信号，而且它的开关与PLC控制模块14通过电线相连接，可以通过PLC控制模块14来灵活控制超声振荡器13的正常工作，放大器33位于超声电源32的正上方位置，超声电源32的输出端子与放大器33的输入端子通过电线连接，放大器33可以将超声电源32激发出的超声电能信号进一步放大到超声换能器35正常工作所需的电平。放大器33的输出端与匹配器34的输入端口通过电线连接，匹配器34位于放大器33的上方，匹配器34一方面实现阻抗变换的功能，另一方面实现调谐的功能，从而使得超声换能器35和匹配器34在超声电能信号的作用下实现并联谐振。超声换能器35由压电陶瓷片上下覆盖铜皮构成，与匹配器34通过电线相互并联，构成一个并联谐振电路，其特征频率为20kHz。当经过放大器33放大后的电信号流过超声换能器35和匹配器34时，超声换能器35和匹配器34即在超声电能信号的作用下发生并联谐振，从而发射出超声波信号。当该超声波信号传入到油气分离室8中时，变压器即在该超声波信号的作用下进行振荡脱气。

本实施例中，PLC控制模块14作为整套装置的控制模块，所有电磁阀2，4，6，11，16，19及限流阀7、真空泵10、回油泵15及液位检测器9和超声振荡器13都通过电线与PLC控制模块14的特定输入、输出端相连接，本实施例中，PLC控制模块14采用的是西门子公司生产的SIMATIC S7-200型号的PLC控制器进行编程控制的，根据整个脱气的流程进行设定工作时间和开关次序。而且PLC控制模块14具有易扩展，易维护等优点，可以方便的实现与其它可编程逻辑器件或计算机等具有通信接口的装置进行连接。

本实施例中，回油泵15设置在油气分离室8的外侧，回油泵15还可以通过不锈钢管和变压器的另一取油口27相连。回油泵15的功能是用来将已经脱气彻底的油样再泵回到变压器中去。

本实施例中，真空泵10设置于变压器的最末端，其排气口接有一个T形管12，真空泵10一端通过电磁阀4和聚四氟乙烯管18与油气分离室的进气口3相连接，该端同时通过电磁阀19与外界大气相通用来排气。且真空泵的入口通过电磁阀11和气体分析仪29的出气口相连接。真空泵10能保证变压器每次测量之前均处于很好的真空状态，同时还可以为被检测气体的循环流动提供动力。

本实施例中，所有电磁阀2，4，6，11，16，19及限流阀7、真空泵10、回油泵15及液位检测器9和超声振荡器13都通过电线与PLC控制模块14的特定输入、输出端相连接，通过对PLC控制模块14编程对油气分离装置的各个部件进行控制，而且PLC控制模块14具有易扩展，易维护等优点，可以方便的实现与其它可编程逻辑器件或计算机等具有通信接口的装置进行连接。

本实施例中，系统工作时，首先开启阀门4，6，7，11，而电磁阀2，16，19处于关闭状态，然后，启动真空泵10，对整个油气分离室8及所有管路系统进行抽真空，以保证油气分离室8在油气分离之前具有很好的真空度，从而提高检测灵敏度；当抽真空完毕后，则关闭阀门4，6及真空泵10，并开启电磁阀2向油气分离室8中注油，其中电磁阀2为注油阀，设置于油气分离室8的顶部。当油气分离室中的油样达300ml时，将触发液位检测器9，从而液位检测器9通过PLC控制模块14将关闭电磁阀2，同时启动超声振荡器13，对油样进行超声脱气，PLC控制模块预先定时1min左右后，便可开启阀门4，6，7，11，同时开启真空泵10，此时真空泵10的气流速度通过限流阀7调节为为50ml/min，可以很好地保证气流的连续流动性，对被检测油样进行循环脱气，直到脱气完全时，即可关闭超声振荡器13和真空泵10，同时开启电磁阀16和回油泵15将脱气后的油样泵回到变压器中去，油样排空后则可开始下一次采油及脱气。

如图3所示，按以下操作设置本实施例的装置，首先对变压器28寻找特定的两个位置开孔，上部作为取油阀26，下部作为回油阀27，其中取油阀26可以通过不锈钢管与油气分离装置的进油阀外接端子21相连，回油阀27可以通过不锈钢管与油气分离装置的回油泵外接端子24相连，油气分离装置的排气口25与外界大气相通，用于抽真空时排气，真空泵外接端子22与气体分析仪29的出气口相连，出气阀外接端子23与气体分析仪29的进气口相连，从而形成一个闭合的气路循环系统。

本实施例的有益效果和特点：

1、油气分离室采用不锈钢做材料，内壁通过抛光液进行抛光，且具有很好的气密性，能有效防止油样粘附在油气分离室内壁造成对新油样的污染；

2、油气分离室的出气口和出气阀外接端子的任意位置处可以设置油气过滤器，防止油气污染气体成分检测器；

3、真空泵，对整个油气分离室及所有管路系统进行抽真空，以保证油气分离室在油气分离之前具有很好的真空度，从而提高检测灵敏度；

4、利用抽真空和超声振荡原理相结合的方法进行油气分离，脱气效率更高，更快；

5、PLC控制模块对油气分离装置的各个部件进行统一控制，而且PLC控制模块具有易扩展，易维护等优点，可以方便的实现与其它可编程逻辑器件或计算机等具有通信接口的装置进行连接。

Claims (6)

1.一种变压器在线监测油气分离装置，包括油气分离室、真空泵、回油泵、电磁阀、液位检测器、油气过滤器、限流阀、连接管，其特征在于还包括：超声振荡器、PLC控制模块，其中：油气分离室进油口外接变压器的取油阀，油气分离室进气口通过连接管与真空泵连接，油气分离室回油口与回油泵连接，油气分离室出气口外接端子与变压器在线监测的气体检测装置的入口连接，超声振荡器设置于油气分离室的下部，外接PLC控制模块，电磁阀分别设置在油气分离室外部，油气过滤器设置在油气分离室外部，液位检测器设置于油气分离室内侧与PLC控制模块相连，PLC控制模块输入端子外接传感器输出端子，真空泵一端与油气分离室连接，该端同时与外界大气相通排气；限流阀设置于油气分离室出气口外，整个装置的电磁阀、真空泵、回油泵均通过PLC控制模块控制；

所述超声振荡器包括，超声电源、放大器、匹配器、超声换能器，其中，超声电源的输出端子和放大器的输入端子串联，超声电源的开关与PLC控制模块通过电线相连接，放大器的输出端子和匹配器串联，匹配器的输出端与超声换能器相连。

2.根据权利要求1所述的变压器在线监测油气分离装置，其特征是，油气分离室顶部设置有进油口和进气口，下部设置有回油口，上部侧面设置有出气口。

3.根据权利要求1或2所述的变压器在线监测油气分离装置，其特征是，所述油气分离室为圆柱形，材料为不锈钢。

4.根据权利要求1或2所述的变压器在线监测油气分离装置，其特征是，所述油气分离室，容积为400ml。

5.根据权利要求1或2所述的变压器在线监测油气分离装置，其特征是，所述油气分离室的内壁为抛光面。

6.根据权利要求1所述的变压器在线监测油气分离装置，其特征是，所述超声振荡器，采用压电陶瓷片作为超声换能器，压电陶瓷片固定于油气分离室的底部。

Images