CN102585991B - 一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的系统，通过对变压器绝缘油中的各种化学物理成分进行检测，根据检测结果而去除变压器绝缘油中的液体杂质、固体杂质或是添加抗氧化剂至变压器绝缘油中，从而使得变压器绝缘油的品质自更新，实现对变压器绝缘油的再利用，不仅增长了变压器绝缘油的使用寿命、减少了不必要的环境污染，而且降低了更换变压器绝缘油的次数、提高了变压器设备的工作时间和可靠性。

Description

一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的系统

技术领域

本发明涉及变压器绝缘油质量的监测及恢复，尤其涉及一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法及系统。

背景技术

变压器绝缘油通常由深度精制的润滑油作为基础油，然后再加入抗氧化剂调制而成，其主要用作电器设备的电介质，变压器绝缘油的主要性能是低温性能、氧化安定性和介质损失。其低温性能是指在低温条件下，油在电器设备中能自动对流，导出热量和瞬间切断电弧电流所必需的流动性，一般均要求电器绝缘油倾点低和低温时粘度较小；但是在电器设备中，当油长时间地受到电场作用下的热和氧化剂的作用而容易被氧化；介质损失是反映油品在交流电场下其介质损耗的程度，一般以介质损耗角（δ）的正切值（tanδ）表示，通常变压器油在90℃时测得的介质损失应低于0.5％。输变电变压器由于高压导致的电弧和火花也会使变压器绝缘油的分子产生裂解，生成气体、有机酸和水等极性分子，而水和酸又是绝缘油继续被氧化的催化剂，因此水和酸的形成导致变压器绝缘油的电导率上升，从而不能起到绝缘的作用。

目前，有很多种变压器绝缘油质量的监测方法，但是，这些监测方法所使用的监测技术并不可靠，因为现有的这些监测方法所使用的监测技术多数是对绝缘油中溶解气体的检测，而要实现对绝缘油中溶解气体的检测，就必须周期性地将现场油样采集到实验室进行分析和检测，而且，每次检测都必须经过油样现场采集—油样运输—油气分离—色谱分析这样一个过程。而在油样现场采集过程中和长距离运输到实验室的过程中，无法避免使溶解在油样中的微量气体溢出到油样外界的空气中，或者无法避免使油样现场采集过程中油样外界空气中的气体或杂质进入到被采集的油样中。这样一来，就会降低实验室检测数据或结果的可靠性，使最终检测结果存在较大误差，增加了故障漏报或误报的可能性。

图1为现在普遍使用的DGA（dissolved gas analyzer，溶解气体分析）在线监测系统应用图，如图1所示，在变压器绝缘油油箱102的底部连接有导油管103，导油管103将油箱102内的油导入DGA监测系统101进行检测，因其是对绝缘油中溶解气体进行检测，当所需监测的微量气体生成时，由于气体的密度远远小远绝缘油的密度，因此生成的微量气体倾向于向油箱的上部运动，而使微量气体远离处于油箱底部的导油管103（吸取油样的导管安装在变压器油箱的下部是避免导管可能引起的尖端放电等事故），导致DGA在线监测结果出现误差，对判断充油设备内部的故障类型及其严重程度造成很大影响，给维护工作造成了极大的盲目性，加大了不必要的维护成本，从而也使贵重、高价值的变压器和输变电系统处于不确定的危险之中；另外，虽然DGA本身是实验室设备的小型化，但是体积却依然庞大，而且需要定期更换气体以及需要恒温箱，但是其可靠性却并不高；目前还存在一些电网在安装了DGA在线监测系统以后，依然需要定期的人工取样，拿回实验室检测，因此对于取样过程中的一系列问题还是无法避免。

上述对绝缘油中溶解气体监测的方法是1952年由美国科学家提出的，其是是一种间接的、且具有一定延迟的技术，由于60年前技术的局限性，所以此技术已不太适用于现阶段。事实上，国家标准（GB2536-90）对变压器绝缘油的技术要求都是由绝缘油的液体参数决定的，包括绝缘油的密度、粘滞度、酸值、腐蚀性硫、水溶性酸、水溶性碱、水分、透明度、介电常数、电阻率等等。尽管目前国家有标准，将上述技术和变压器绝缘油的液体状态进行间接的关联，但是上述对绝缘油中溶解气体的监测手段并不能对现有国家标准中预防变压器事故和保护变压器设备起到有效的作用。

又由于变压器绝缘油的本质就是润滑油，而近年来，对于发动机润滑油监测的手段和技术却有了很大的进步，例如以下用于检测润滑油的美国专利：

在美国专利US7148611中，公开了一种多功能液体特性传感器（Multiple function bulk acoustic wave liquid propertysensor），用于获取测量液体的腐蚀性、粘度、和电导率；美国专利US7322243中，公开了一种声波传感器系统（Acoustic wave etch ratesensor system），用于监测油类的腐蚀度；在美国专利US7321117中，公开了一种检测油中颗粒的光学传感器（Optical particulatesensor in oil quality detection），用于检测油中的颗粒物质；在美国专利US7243549中，公开了一种声波润滑传感器（Acoustic wavelubricity sensor），用于对液体的润滑性能进行测试量；在美国专利US7204128中，公开了一种监测发动机磨损和润滑油质量的传感器（Engine wear and oil quality sensor）；在美国专利US7219536中，公开了一种监测油质量的多功能传感器系统及方法（System andmethod to determine oil quality utilizing a singlemulti-function surface acoustic wave sensor），其利用声波传感器获取发动机油的粘度和腐蚀性数据；在美国专利US7293450中，公开了一种延长润滑油监测传感器寿命的结构（Oil quality sensorstructure for permanent applications），该结构由压电衬底和一个或多个的遥感图层组成压电基板，通过遥感图层形成保护层，从而延长传感器的使用寿命。

尽管上述美国专利所描述的技术手段对发动机润滑油的监测非常有效，但是上述技术手段却不能直接用于对变压器绝缘油进行监测，这是由于以下原因造成：首先，变压器设备本身和发动机还是有一定的区别，这两种设备中的油的工作温度不同，油所经历的温度梯度的变化也不同；其次，这两种设备中的油所接触的物质材料也不同，即变压器油的容器物质（如绝缘纸等）和发动机润滑油所接触的金属物质不同；另外，变压器绝缘油和发动机润滑油内的添加物质也有所不同；再者，变压器绝缘油和发动机润滑油可能遭到的污染物质也不同，如变压器绝缘油遭到的污染物质可能是水，而发动机润滑油可能遭到的污染物质还有制冷液、燃料油等；基于上述原因导致变压器绝缘油中的杂质产物和发动机润滑油中的杂质产物有所不同，因此评价两种油的标准也不同。

又由于变压器设备正常运行时所消耗绝缘油的数量巨大，而当变压器绝缘油质量下降时，将会导致变压器设备无法正常运行，严重时甚至会对变压器设备造成损坏，但是对于被更换的绝缘油无论采用何种方法回收，都会产生巨大的经济损失和潜在的环境污染。

基于上述这些问题和难题，导致对变压器绝缘油质量的监测以及对绝缘油品质更新的技术成为当今我国输变电行业难点，尤其成为我国输变电网运行和智能电网建设的难点和技术瓶颈，而且，至今为止，该领域仍然未能提出很好的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法及系统，通过对变压器绝缘油中的各种化学物理成分进行检测，根据检测结果而去除变压器绝缘油中的液体杂质、固体杂质或是添加抗氧化剂至变压器绝缘油中，从而实现变压器绝缘油的再利用。

本发明为了解决上述技术问题，公开了一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤A,对变压器绝缘油进行检测，以获得反映变压器绝缘油质量的各种物理化学参数；

步骤B，根据步骤A获得的变压器绝缘油的物理化学参数，而对变压器绝缘油中杂质成分进行去除或是添加抗氧化剂至绝缘油中。

进一步，所述步骤A进一步包括：

步骤A11，通过传感器对变压器绝缘油进行检测，以获取反应变压器绝缘油质量的粘滞度、密度、导热率、颜色、光学吸收光谱、介电常数、水分、不同频率的交流/直流阻抗系数、温度、颗粒度、过氧化值、酸度、碱度、极性分子的浓度参数；

步骤A12，对变压器绝缘油进行加热以测得绝缘油随温度变化的粘滞度参数、密度参数、导热率参数、腐蚀度参数、介电常数参数和不同频率的交流/直流阻抗参数；

步骤A13，输出上述检测参数。

进一步，所述步骤B进一步包括：

步骤B11，对步骤A中获得的变压器绝缘油中的物理化学参数进行分析处理以获得绝缘油的液体杂质、固体杂质以及抗氧化剂含量的参数；

步骤B12，将绝缘油的液体杂质、固体杂质以及抗氧化剂含量的参数与预设标准值进行比较以判定被检测绝缘油的质量是否符合标准；

步骤B13，当检测到变压器绝缘油中的液体杂质和固体杂质与预设标准值不符时，则通过去除变压器绝缘油中的液体杂质和固体杂质的方式而对变压器绝缘油的杂质进行去除；

步骤B14，当检测到变压器绝缘油中的抗氧化剂含量与预设标准值不符时，则通过添加抗氧化剂至变压器绝缘油中而使得变压器绝缘油中的的抗氧化剂含量符合标准。

进一步，所述去除变压器绝缘油中的液体杂质和固体杂质的方式为：对变压器绝缘油进行吸附、过滤、反应或分离。

本发明还公开了一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的系统，其特征在于，所述系统包括检测模块、处理器模块、杂质去除模块和抗氧化剂补给模块，其中：

所述检测模块，用于对变压器绝缘油进行检测，以获得反映变压器绝缘油成分的各种物理化学参数；

所述处理器模块，用于对检测模块获取的检测参数进行分析处理以判定被检测绝缘油的质量是否符合标准，以及发送控制指令控制检测模块、杂质去除模块和抗氧化剂补给模块的运行；

所述杂质去除模块，用于接收处理器模块发出的杂质去除指令，而去除变压器绝缘油中的杂质；

所述抗氧化剂补给模块，用于接收处理器模块发出的添加抗氧化剂指令，而对变压器绝缘油添加抗氧化剂。

进一步，所述检测模块包括容纳待检测绝缘油的检测油箱、设置于检测油箱箱体上的吸取待检测绝缘油进入检测油箱内部的第一进油装置、释放检测油箱中已检测绝缘油的第一出油装置和释放检测油箱内气体的第一排气装置、以及设置于检测油箱内部的对待检测绝缘油进行加热的加热部件和对待检测绝缘油进行直接检测的第一传感器装置。

进一步，所述杂质去除模块包括容纳待处理绝缘油的油箱、吸取待处理绝缘油进入油箱内部的第二进油装置、去除待处理绝缘油中杂质的杂质去除装置、以及释放油箱中已去除杂质绝缘油的第二出油装置和释放油箱内气体的第二排气装置。

进一步，所述抗氧化剂补给模块包括抗氧化剂储存箱，所述抗氧化剂储存箱通过导流管与所述杂质去除模块的油箱相连接。

进一步，所述导流管内设置有由所述处理器模块控制其管路导通或闭合的导流管阀门。

进一步，所述杂质去除模块还包括由所述处理器模块控制的搅拌装置，用于对已添加抗氧化剂的待处理绝缘油进行充分搅拌。

进一步，所述第一进油装置和所述第二进油装置分别由设置于油箱箱体上的进油管、进油管阀门和进油吸取部件组成，由所述处理器模块控制进油管阀门的打开或关闭，由进油吸取部件通过进油管吸取变压器绝缘油进入油箱。

进一步，所述第一排气装置和所述第二排气装置分别由设置于油箱箱体上的排气管、排气管阀门、对油箱内压力进行检测的压力检测部件和确定油箱内绝缘油的液面位置的液面位置检测部件组成，由所述处理器模块根据压力检测部件以及液面位置检测部件的检测参数控制排气管阀门的打开或关闭。

进一步，所述第一出油装置和所述第二出油装置分别由设置于油箱箱体上的出油管、出油管阀门和排油部件组成，由所述处理器模块控制出油管阀门的打开或关闭，由排油部件通过出油管释放油箱中已检测或已处理的绝缘油。

进一步，所述检测模块还包括与第一进油装置相连接的导油管，所述待检测绝缘油经过导油管进入检测油箱内，在所述导油管内壁设置有对待检测绝缘油进行直接检测的第二传感器装置。

进一步，所述第一传感器装置和所述第二传感器装置分别为碱传感器、酸传感器、粘滞度传感器、介电常数传感器、介质损耗因数传感器、交直流阻抗传感器、腐蚀性硫传感器、透明度传感器、颗粒传感器、水分传感器、温度传感器和化学成分吸附传感器中的一种或任意几种的组合。

进一步，所述酸传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被酸和水侵蚀的敏感材料制成。

进一步，所述碱传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被碱反应的敏感材料制成。

进一步，所述腐蚀性硫传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被腐蚀性硫反应的敏感材料制成。

进一步，所述振荡器式传感器为LC（电感和电容）振荡器式传感器、RC（电阻和电容）振荡器式传感器、RLC（电阻，电感，电容）振荡器式传感器或者是由等效RLC的电路构成的压电晶体振荡器、磁致伸缩振荡器或电致伸缩振荡器。

进一步，所述系统还包括与处理器模块相连接的控制中心，所述处理器模块通过有线或无线方式传输数据至控制中心。

进一步，所述控制中心包括用于向处理器模块发送控制信号的输入装置以及用于显示处理器模块运行信息的显示装置。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：本发明提供的变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法及系统，通过对变压器绝缘油中的各种化学物理成分进行检测，根据检测结果而去除变压器绝缘油中的液体杂质、固体杂质或是添加抗氧化剂至变压器绝缘油中，从而使得变压器绝缘油的品质自更新，实现对变压器绝缘油的再利用，不仅增长了变压器绝缘油的使用寿命、减少了不必要的环境污染，而且降低了更换变压器绝缘油的次数、提高了变压器设备的工作时间和可靠性。

附图说明

图1为目前普遍使用的DGA在线监测系统应用图；

图2为本发明实施例中系统的逻辑结构框图；

图3为本发明实施例中检测模块的应用图；

图4为本发明实施例中检测模块实施方式一的内部结构图；

图5为本发明实施例中检测模块实施方式二的内部结构图；

图6为本发明实施例中杂质去除模块的内部结构图；

图7为本发明实施例中抗氧化剂补给模块的内部结构图；

图8为本发明实施例中变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

需要说明的是，在本发明专利中，因为要对变压器绝缘油中的各种杂质进行去除，以及当绝缘油中的抗氧化剂含量低于标准值时，需要对其添加抗氧化剂以使得绝缘油符合标准，因此，首先要对绝缘油的各种化学物理成分进行检测，以得到绝缘油的液体状态信息，包括绝缘油的各种物理、化学、材料，以及新生成杂质物质成分和浓度变化的信息，根据这些信息才能有效地去除绝缘油中的各种液体杂质和固体杂质，或者是对其添加抗氧化剂，以实现绝缘油的再利用。

图2为本发明实施例中系统的逻辑结构框图，如图2所示：所述变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的系统包括检测模块300、处理器模块600、杂质去除模块400和抗氧化剂补给模块500，其中：

所述检测模块300，用于对变压器绝缘油进行检测，以获得反映变压器绝缘油成分的各种物理化学参数；

所述处理器模块600，用于对检测模块300获取的检测参数进行分析处理以判定被检测绝缘油的质量是否符合标准，以及发送控制指令控制检测模块300、杂质去除模块400和抗氧化剂补给模块500的运行；

所述杂质去除模块400，用于接收处理器模块600发出的杂质去除指令，而去除变压器绝缘油中的杂质；

所述抗氧化剂补给模块500，用于接收处理器模块600发出的添加抗氧化剂指令，而对变压器绝缘油添加抗氧化剂。

在该实施方式中，所述系统还可以包括控制中心700，所述处理器模块600通过有线或无线方式传输检测参数至控制中心700。本实施例中，所述控制中心700可以是远程的物联网中心或服务中心，也可以是本地的控制系统。

在本发明中，所述检测模块300对变压器绝缘油中各种化学物理成分的检测所针对的不是变压器绝缘油中气体的检测，而是对变压器绝缘油的液体成分进行直接检测，如对绝缘油中的抗氧化剂、酸、酚、水或其他极性分子进行检测。图3为本发明实施例中检测模块的应用图，如图3所示，本实施方式中的检测模块300通过油管103与绝缘油油箱102的底端相连接，检测模块300对油管103导入的绝缘油的液体成分进行监测。在本发明实施例中，因为是对绝缘油液体本身进行检测，而在绝缘油中所生成的有害成份如水或酸等有害成份的密度要大于油的密度，因此绝缘中生成的有害成分倾向于向油箱102的底部运动，而使绝缘油中的有害成分能够顺畅的通过油箱102底端的油管103而到达检测模块300，使得检测模块300能在第一时间监测到绝缘油液体成分的变化，通过绝缘油液体成分的变化而得到反映绝缘油质量的参数。

为了方便本领域技术人员更好的理解本发明的原理，以下通过具体的实施方式描述本发明系统各模块的内部结构，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围：

图4为本发明实施例中检测模块实施方式一的内部结构图，如图4所示：

在本发明实施例中，所述系统的检测模块300包括容纳待检测绝缘油的检测油箱301、设置于检测油箱301箱体上的吸取待检测绝缘油进入检测油箱内部的第一进油装置、释放检测油箱中已检测绝缘油的第一出油装置和释放检测油箱内气体的第一排气装置、以及设置于检测油箱内部的对待检测绝缘油进行加热的加热部件和对待检测绝缘油进行直接检测的第一传感器装置。该实施方式中，所述检测油箱301采用金属屏蔽外壳315制成，以避免在对变压器绝缘油进行检测时受到外界电弧或火花的影响而使得变压器绝缘油的分子产生裂解的现象；所述第一排气装置能够避免检测油箱301在吸取变压器油箱内的待检测绝缘油时检测油箱301内的空气回流到变压器油箱，使得空气中的氧化气体进入变压器油箱，导致变压器绝缘油的氧化变质现象。本实施方式中，可以将检测油箱301的上表面设计为倾斜状，而第一排气装置设置于检测油箱301倾斜面的最高点处，该设计有利于在将绝缘油导入检测油箱301的过程中更好的排出气体。

在具体实施时，所述第一进油装置由设置于检测油箱301箱体上的进油管302、进油管阀门303和进油吸取部件304组成，由所述处理器模块202控制进油管阀门303的打开或关闭，由进油吸取部件304通过进油管302吸取待检测绝缘油进入检测油箱。其中，所述进油吸取部件304可以采用泵或其他功能相同的能够将变压器油箱中的绝缘油抽取至检测油箱301内的装置。

所述第一排气装置包括设置于检测油箱301箱体上的排气管305、排气管阀门306、对检测油箱内压力进行检测的压力检测部件316和确定待检测绝缘油的液面位置的检测装置307，由所述处理器模块600根据压力检测部件316以及液面位置检测部件307的检测参数控制排气管阀门306的打开或关闭。当进油装置抽取待检测绝缘油进入检测油箱301时，同时启动排气装置释放检测油箱301内的气体，当待检测绝缘油的液面位置达到液面位置检测部件307的门限值时，液面位置检测部件307将该信号发送至处理器模块202，由处理器模块202控制进油管阀门303关闭，进油吸取部件304停止工作；同时处理器模块202控制排气管阀门306关闭，启动第一传感器装置312对检测油箱301内的待检测绝缘油进行检测；当压力检测部件316感应到检测油箱301内的压力达到门限值时，压力检测部件316将该信号发送至处理器模块202，由处理器模块202控制排气管阀门306打开，以释放检测油箱301内的压力。本实施例中，所述液面位置检测部件307可以是液面位置检测传感器，所述压力检测部件316可以是压力检测传感器。当然，本实施例中所述的第一排气装置也可以通过真空泵来实现，其目的都是将油箱301内部的气体排出到外面，从而避免绝缘油在检测过程中受到气体的侵蚀或在检测过程中气体回流至变压器油箱而导致绝缘油氧化变质等现象。

上述实施例中，所述第一传感器装置312所检测的绝缘油液体成分参数包括绝缘油的抗氧化剂、粘滞度、粘滞度随温度的变化曲线，密度、密度随温度的变化曲线，导热率、导热率随温度变化的曲线，颜色、光学吸收光谱，介电常数、介电常数随温度变化的曲线，水分，不同频率的交流/直流阻抗系数、不同频率的交流（包括直流）阻抗随温度的变化曲线，温度，颗粒度，酸度，腐蚀度的温度变化率，极性分子的浓度等参数。其中，第一传感器装置312为碱传感器、酸传感器、粘滞度传感器、介电常数传感器、介质损耗因数传感器、交直流阻抗传感器、腐蚀性硫传感器、透明度传感器、颗粒传感器、水分传感器、温度传感器和化学成分吸附传感器中的一种或任意几种的组合。

所述检测过程分为两步实现：首先，处理器模块600启动第一传感器装置312对检测油箱301内的待检测绝缘油进行检测，以获得绝缘油的抗氧化剂含量、粘滞度、密度、导热率、颜色、光学吸收光谱、介电常数、水分、不同频率的交流（包括直流）阻抗系数、温度、颗粒度、过氧化值、酸度、极性分子的浓度等参数；然后处理器模块600启动加热部件311对检测油箱301内的待检测绝缘油进行加热，由第一传感器装置312对加热的待检测绝缘油继续检测，以获得绝缘油的上述各种检测参数随温度的变化曲线。

图5为本发明实施例中检测模块实施方式二的内部结构图，如图5所示：该实施方式中，所述系统的检测模块300包括上述实施方式一的所有元器件，其与实施方式一的不同之处在于，所述系统的检测模块300中还包括与第一进油装置相连接的导油管314，所述待检测绝缘油经过导油管314进入检测油箱301内，在所述导油管314内壁设置有对待检测绝缘油进行直接检测的第二传感器装置313，该实施方式中，使用导油管314的目的是为了增加待检测绝缘油中各种杂质成分接触第二传感器装置表面的机会，从而获取更高的检测精度。

在该实施方式中，所述第二传感器装置313为碱传感感、酸传感器、粘滞度传感器、介电常数传感器、介质损耗因数传感器、交直流阻抗传感器、腐蚀性硫传感器、透明度传感器、颗粒传感器、水分传感器、温度传感器和化学成分吸附传感器中的一种或任意几种的组合。

在本发明实施例中，所述第一传感器装置和第二传感器装置内各种传感器所针对的是绝缘油中各种氧化产物，比如抗氧化剂、酸、酚、水和其他极性分子的检测。为了提高对绝缘油中抗氧化剂、酸、酚或水等极性分子的检测灵敏度，本发明采用在传感器上添加一些物质对绝缘油进行检测以获取上述检测参数，这些被添加的物质可以是遇到抗氧化剂、酸或水等极性分子后产生各种物理、化学、生化标志/标记性的有机或者无机物质，包括金属、非金属、氧化物、光敏物质、易氧化物质、亲水物质等等。这些物质遇到水或酸等极性分子后会产生物理和化学的变化，比如物理形状和体积的膨胀、表面的侵蚀、颜色的变化、介电常数的变化等等。而这些参数的变化，会导致传感器本身电压值、电流值、电感值、电阻值、电容值、频率值、颜色、光谱峰值等等的变化。因此，将这些被添加的物质加载到传感器表面或者是在传感器监测的范围内，就可以得到并检测出绝缘油液体成分参数的传感器，如以上提到的碱传感感、酸传感器、粘滞度传感器、介电常数传感器、腐蚀度传感器、透明度传感器、颗粒传感器、湿度传感器、温度传感器和化学成分吸附传感器等。

例如，国家标准是通过监测变压器绝缘油中的抗氧化剂含量来确定变压器绝缘油的质量，而抗氧化剂实际上又是一种碱性物质，因此采用一个碱传感器就能实现对变压器绝缘油中的抗氧化剂进行监测。该实施方式中，所述碱传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被碱反应的敏感材料如锌（Zn）或氧化铝（Al）制成。

类似地，所述酸传感器也是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被酸和水侵蚀的敏感材料如铬（Cr）或铁（Fe）制成。

同理，所述腐蚀性硫传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被腐蚀性硫反应的敏感材料如金属银或其他类似物质制成。当腐蚀性硫和银电极发生反应后易生成黑色物质硫化银，从而导致传感器的振动频率、振幅、电阻，或者电容发生变化。另外银电极颜色的变化也可以由光学颜色传感器检测到。

以上所述的振荡器式传感器为LC（电感和电容）振荡器式传感器、RC（电阻和电容）振荡器式传感器、RLC（电阻，电感，电容）振荡器式传感器或者是由等效RLC的电路构成的压电晶体振荡器、磁致伸缩振荡器或电致伸缩振荡器。

由于变压器绝缘油的监测灵敏度要求很高，如果仅监测绝缘油的介电常数变化是无法达到监测效果的，因此采用对于碱、酚、酸或水敏感的材料制成的电极形成的电容式传感器对绝缘油进行监测，当绝缘油质量变化的时候，电容式传感器不仅能够监测绝缘油的节点常数变化，而且由于变压器绝缘油的电导率很低，微量的碱、酸、水的产生会极大提高电导率的数值，电容器电极的氧化还会造成电容器电容数值更大的变化，因此电容式传感器从整体上提高了检测的灵敏度。

与上述电容式传感器一样，所述对于碱传感器和酸传感器的表面敏感材料也可以制作成电阻，形成电阻式传感器。所述电阻式传感器可以是一系列（比如100个）微小电阻的串联，电阻串联的优势是：即使绝缘油中产生很少的酸和水、亦或是绝缘油中的酸和水只和其中一个电阻发生反应或产生侵蚀，也会对整个串联电阻等效电阻值产生巨大的变化，也就是说其中任何一个电阻值的变化，都会使得这一系列串联电阻产生反应，因此在一定程度上提高了电阻式传感器监测的灵活性。当然也可以采用电阻并联的方式实现电阻式传感器。

在本发明实施例中，所述化学成分吸附传感器可以是压电晶体震荡式传感器，此压电晶体震荡式传感器的表面敏感镀膜由一种容易与液体极性分子结合吸附的敏感材料制成，当表面敏感镀膜材料吸附液体极性分子以后，此压电晶体震荡的频率值将会发生变化，可以通过压电晶体震荡的频率值对绝缘油质量进监测，因此在变压器绝缘油监测系统中可以采用具有不同敏感镀膜的此类传感器。其中，所述容易与液体极性分子结合吸附的敏感材料为聚酰亚胺（POLYIMIDE）、无机物质或是与带有羟基（COOH和OH）的有机液体物质发生反应的物质。当绝缘油中微量的含有COOH和OH的有机物质不断生成时，传感器表面敏感镀膜的材料将被酸不断地侵蚀，从而使频率值不断地上升，当水等极性分子出现时，由于传感器表面敏感物质的吸附，将导致压电晶体震荡式传感器的频率值降低。

通常，具有表面敏感镀膜的压电晶体震荡式传感器包括体波器件（BAW BULK ACOUSTIC WAVE）、音叉器件（TUNNING FORK）、一端固定的杠杆器件（CANTILEVER）、表面声波器件（SURFACE ACOUSTIC WAVE）、横切声表面波器件（SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE）、板块声波器件(ACOUSTIC PLATE MODE)、柔性板块震动器件（FLEXUALPLATE MODE)、横切板块声波器件（SHEAR HORIZONTAL ACOUSTIC PLATEMODE）、厚度方向横切震动器件（THICKNESS SHEAR MODE)、扭曲体震动器件（TORSIONAL MODE）、爱波器件（LOVE WAVE）、泄漏声表面波器件（LEAKY SURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、虚拟声表面波器件（PSEUDO SURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、横切震动波器件（TRANSVERSE MODE）、表面掠波器件（SURFACE-SKIMMING MODE）、表面扭曲震动波器件（SURFACE TRANSVERSE MODE）、和各种谐振波器件（HARMONICS AND OVERTONES）。

所述化学成分吸附传感器还可以是光学频谱分析传感器，所述光学频谱分析传感器包括对颜色敏感的传感器和能够显示敏感物质的光学吸收频谱曲线的传感器。通过对变压器绝缘油的颜色进行监测而判定绝缘油的质量变化，比如良好的变压器绝缘油应该是清洁而透明的液体，不得有沉淀物、机械杂质悬浮物及棉絮状物质，如果其受污染和氧化，并产生树脂和沉淀物，变压器绝缘油油质就会劣化，颜色会逐渐变为浅红色，直至变为深褐色的液体；当变压器有故障时，也会使绝缘油的颜色发生改变，一般情况下，变压器绝缘油呈浅褐色时就不宜再用了；另外，变压器绝缘油可表现为浑浊乳状、油色发黑、发暗。当变压器绝缘油浑浊乳状，表明绝缘油中含有水分；当变压器绝缘油油色发暗，表明变压器绝缘油绝缘老化；当油色发黑，甚至有焦臭味，表明变压器内部有故障。

所述颗粒传感器可以是光学颗粒物质传感器，其采用一种降低光学散射传感器噪音的光学黑盒子，其结构类似现在大量使用的光学散射式烟雾警报器，通过反射截面的设计使得当无杂质颗粒和气泡存在时，相互有一定角度的发光管（LED）和光电管（PHOTO-DETECTOR）无法产生输出信号，当检测到有颗粒物存在时，则会产生输出信号，以达到对杂质和颗粒物的检测目的。

在上述检测过程中，所述第一传感器装置312和所述第二传感器装置313检测的各种参数都由处理器模块600进行监控处理，控制中心700根据处理器模块600获取的各种监测参数而确定是否要启动杂质去除模块400和抗氧化剂补给模块500的运行。当经过上述检测后，反应变压器绝缘油成分的各种参数符合标准时，所述处理器模块600则启动第一出油装置将已检测的变压器绝缘油导入变压器油箱中，其中，所述第一出油装置由设置于检测油箱301箱体上的出油管308、出油管阀门309和排油部件310组成，由所述处理器模块600控制出油管阀门309的打开或关闭，由排油部件310通过出油管308释放检测油箱中已检测绝缘油；当经过上述检测，处理器模块600对检测模块300的检测数据进行处理后发现绝缘油中有杂质超标时，则向杂质去除模块400发出杂质去除信号，由杂质去除模块400进行相应的杂质去除工作；当处理器模块600对检测模块300的检测数据进行处理后发现绝缘油中的抗氧化剂低于标准值时，则向抗氧化剂补给模块500发出添加抗氧化剂信号，由抗氧化剂补给模块500向绝缘油中添加抗氧化剂以使得绝缘油的品质自更新，从而对绝缘油进行再利用。

图6为本发明实施例中杂质去除模块的内部结构图，如图6所示：所述杂质去除模块400包括容纳待处理绝缘油的油箱401、吸取待处理绝缘油进入油箱内部的第二进油装置、去除待处理绝缘油中杂质的杂质去除装置、以及释放油箱中已去除杂质绝缘油的第二出油装置和释放油箱内气体的第二排气装置。该实施方式中，所述油箱401与上述的检测油箱类似，同样采用金属屏蔽外壳制成，以避免在对变压器绝缘油进行处理时受到外界电弧或火花的影响而使得变压器绝缘油的分子产生裂解的现象；所述第二排气装置也是为了避免油箱401在吸取变压器油箱内的待检测绝缘油时油箱401内的空气回流到变压器油箱，使得空气中的氧化气体进入变压器油箱，导致变压器绝缘油的氧化变质现象。

在具体实施时，所述第二进油装置与检测模块的第一进油装置相类似，由设置于油箱401箱体上的进油管402、进油管阀门403和进油吸取部件404组成，由所述处理器模块600控制进油管阀门403的打开或关闭，由进油吸取部件404通过进油管402吸取待检测绝缘油进入油箱401。其中，所述进油吸取部件404可以采用泵或其他功能相同的能够将变压器油箱中的绝缘油抽取至油箱401内的装置。

所述第二排气装置也与检测模块的第二排气装置相类似，其包括设置于油箱401箱体上的排气管405、排气管阀门406、对油箱内压力进行检测的压力检测部件408和确定待处理绝缘油的液面位置的液面位置检测部件407，由所述处理器模块600根据压力检测部件408以及液面位置检测部件407的检测参数控制排气管阀门406的打开或关闭。当处理器模块600向杂质去除模块400发出杂质去除信号时，由第二进油装置抽取变压器油箱内的绝缘油进入油箱401，同时启动第二排气装置释放油箱401内的气体，当待处理绝缘油的液面位置达到液面位置检测部件407的门限值时，液面位置检测部件407将该信号发送至处理器模块600，由处理器模块600控制进油管阀门403关闭，进油吸取部件404停止工作；同时处理器模块600控制排气管阀门406关闭，启动杂质去除装置412对油箱401内的待处理绝缘油进行杂质去除；当压力检测部件408感应到油箱401内的压力达到门限值时，压力检测部件408将该信号发送至处理器模块600，由处理器模块600控制排气管阀门406打开，以释放油箱401内的压力。本实施例中，所述液面位置检测部件407可以是液面位置检测传感器，所述压力检测部件408可以是压力检测传感器。当然，本实施例中所述的第二排气装置也可以通过真空泵来实现，其目的都是将油箱401内部的气体排出到外面，从而避免绝缘油在处理过程中受到气体的侵蚀或在检测过程中气体回流至变压器油箱而导致绝缘油氧化变质等现象。

在本发明实施例中，所述杂质去除装置412包括杂质吸附、杂质过滤、对杂质进行反应或杂质分离的装置。例如，对于绝缘油中类似于水的极性分子，可以对其进行括吸附、透析、加热蒸溜等手段去除；而对于甲酸、乙酸这样的物质，可以采取直接吸附，或者先反应生成盐类，然后再吸附离子或生成产物的方法；而对于酚类，也可以采取吸附和产生反应的办法处理掉杂质；对于绝缘油中的颗粒杂质，则可采取过滤手段去除。

在对绝缘油中的杂质去除后，所述处理器模块600则启动第二出油装置将已进行杂质去除的变压器绝缘油导入变压器油箱中，其中，所述第二出油装置由设置于油箱401箱体上的出油管409、出油管阀门410和排油部件411组成，由所述处理器模块600控制出油管阀门410的打开或关闭，由排油部件411通过出油管409释放油箱401中已进行杂质去除的绝缘油。

图7为本发明实施例中抗氧化剂补给模块的内部结构图，如图7所示：在本发明实施例中，所述抗氧化剂补给模块500包括抗氧化剂储存箱501，所述抗氧化剂储存箱501通过导流管502与所述杂质去除模块400的油箱401相连接；所述导流管内设置有由所述处理器模块600控制其管路导通或闭合的导流管阀门503。在该实施方式中，对于抗氧化剂的释放控制，可以根据处理器模块600所监测绝缘油中酸类物质的浓度和成分来决定，根据系统中的酸传感器和碱传感器的数据来确定，例如，当变压器绝缘油中只有抗氧化剂时，酸和碱传感器都不反应，这时不需要释放抗氧化剂；当变压器绝缘油中有微量水时，如果只有碱传感器反应，说明变压器绝缘油中没有酸，有抗氧化剂，此时如果碱传感器反应越快，说明变压器绝缘油中抗氧化剂含量越多，这时也不需要释放抗氧化剂；当变压器绝缘油中有微量水时，如果酸和碱传感器都有反应，说明变压器油中有酸，没有抗氧化剂，此时如果酸和碱传感器反应越快，说明变压器油中酸越多，这时则需要启动抗氧化剂补给模块500释放抗氧化剂至绝缘油中。

在上述实施例中，当处理器模块600发出需要释放抗氧化剂时是，则发出信号控制导流管阀门503打开，使得导流管502导通，以便于抗氧化剂储存箱501内的抗氧化剂进入到杂质去除模块400的油箱401中，其中，所述抗氧化剂可以以颗粒的形式或者液体形式释放至绝缘油中；然后通过杂质去除模块400的搅拌装置413对已添加抗氧化剂的绝缘油进行充分搅拌，以使得抗氧化剂能够在绝缘油中均匀分布。在具体应用时，所述搅拌装置413可以采用多种形式实现，比如采用ACTUATOR（驱动器）、超生波、震荡，或者机械搅拌等方式。

在本发明实施例中，所述处理器模块600可以采用FPGA、DSP、ARM、ASIC，或者其他具有相同功能的微处理器芯片和随机存储器RAM实现，所述FPGA、DSP、ARM、ASIC以及具有相同功能的微处理器芯片可以具有以太网通信接口和串行通信接口。其中，所述串行通信接口可以是RS485串行通信接口、RS232串行通信接口或USB接口等。处理器模块600中获取的各种检测参数可以通过以太网通信接口和串行通信接口传输至控制中心700，而所控制中心700可以是远程的物联网中心或服务中心，也可以是本地的控制系统。所述控制中心700进一步包括用于向处理器模块600发送控制信号的输入装置如鼠标、键盘等，以及用于显示处理器模块运行信息的显示装置如显示器等。

本发明还提供了一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法，图8为本发明实施例中变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的方法流程图，如图8所示：所述方法开始于步骤801，执行步骤802，对变压器绝缘油进行检测，以获得反映变压器绝缘油质量的各种物理化学参数；进入步骤803，判断步骤802获取的变压器绝缘油的物理化学参数是否符合标准；如果绝缘油的各项物理化学参数均符合标准，则执行步骤804，将所述参数传输至控制中心；当绝缘油的物理化学参数不符合标准时，则进入步骤805，针对绝缘油中的杂质或是抗氧化剂参数进行杂质去除或是添加抗氧化剂，使得绝缘油的品质进行自更新；最后执行步骤806，将已进行品质更新的绝缘油回流至变压器中重复利用。

在本实施例中，所述反映变压器绝缘油质量的各种物理化学参数包括绝缘油的粘滞度、密度、导热率、颜色、光学吸收光谱、介电常数、水分、不同频率的交流/直流阻抗系数、温度、颗粒度、过氧化值、酸度、碱度、极性分子的浓度参数，通过上述参数可以确定绝缘油中的液体杂质、固体杂质以及抗氧化剂含量。其中，所述液体杂质包括各种氧化产物和极性分子如水、甲酸和乙酸等有机酸、酚类物质等；所述固体杂质包括碳颗粒杂质或其他颗粒杂质。而这些参数也用以评估绝缘油的质量和设备的运行状态，从而实现对变压器绝缘油成分变化的实时监测，以便于对绝缘油中的杂质进行去除，或是通过添加抗氧化剂来实现对变压器绝缘油的再利用，不仅增长了变压器绝缘油的使用寿命、减少了不必要的环境污染，而且降低了更换变压器绝缘油的次数、提高了变压器设备的工作时间和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种变压器绝缘油杂质去除和补给抗氧化剂的系统，其特征在于，所述系统包括检测模块、处理器模块、杂质去除模块和抗氧化剂补给模块，其中：

所述检测模块，用于对变压器绝缘油进行检测，以获得反映变压器绝缘油成分的各种物理化学参数，包括容纳待检测绝缘油的检测油箱、设置于检测油箱箱体上的吸取待检测绝缘油进入检测油箱内部的第一进油装置、释放检测油箱中已检测绝缘油的第一出油装置和释放检测油箱内气体的第一排气装置、以及设置于检测油箱内部的对待检测绝缘油进行加热的加热部件和对待检测绝缘油进行直接检测的第一传感器装置，所述检测油箱由金属屏蔽外壳制成，检测油箱的上表面为倾斜状，第一排气装置设置于检测油箱倾斜面的最高点处；

所述处理器模块，用于对检测模块获取的检测参数进行分析处理以判定被检测绝缘油的质量是否符合标准，以及发送控制指令控制检测模块、杂质去除模块和抗氧化剂补给模块的运行；

所述杂质去除模块，用于接收处理器模块发出的杂质去除指令，而去除变压器绝缘油中的杂质；

所述抗氧化剂补给模块，用于接收处理器模块发出的添加抗氧化剂指令，而对变压器绝缘油添加抗氧化剂。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述杂质去除模块包括容纳待处理绝缘油的油箱、吸取待处理绝缘油进入油箱内部的第二进油装置、去除待处理绝缘油中杂质的杂质去除装置、以及释放油箱中已去除杂质绝缘油的第二出油装置和释放油箱内气体的第二排气装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述抗氧化剂补给模块包括抗氧化剂储存箱，所述抗氧化剂储存箱通过导流管与所述杂质去除模块的油箱相连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述导流管内设置有由所述处理器模块控制其管路导通或闭合的导流管阀门。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述杂质去除模块还包括由所述处理器模块控制的搅拌装置，用于对已添加抗氧化剂的待处理绝缘油进行充分搅拌。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一进油装置和所述第二进油装置分别由设置于油箱箱体上的进油管、进油管阀门和进油吸取部件组成，由所述处理器模块控制进油管阀门的打开或关闭，由进油吸取部件通过进油管吸取变压器绝缘油进入油箱。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一排气装置和所述第二排气装置分别由设置于油箱箱体上的排气管、排气管阀门、对油箱内压力进行检测的压力检测部件和确定油箱内绝缘油的液面位置的液面位置检测部件组成，由所述处理器模块根据压力检测部件以及液面位置检测部件的检测参数控制排气管阀门的打开或关闭。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一出油装置和所述第二出油装置分别由设置于油箱箱体上的出油管、出油管阀门和排油部件组成，由所述处理器模块控制出油管阀门的打开或关闭，由排油部件通过出油管释放油箱中已检测或已处理的绝缘油。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测模块还包括与第一进油装置相连接的导油管，所述待检测绝缘油经过导油管进入检测油箱内，在所述导油管内壁设置有对待检测绝缘油进行直接检测的第二传感器装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一传感器装置和所述第二传感器装置分别为碱传感器、酸传感器、粘滞度传感器、介电常数传感器、介质损耗因数传感器、交直流阻抗传感器、腐蚀性硫传感器、透明度传感器、颗粒传感器、水分传感器、温度传感器和化学成分吸附传感器中的一种或任意几种的组合。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述酸传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被酸和水侵蚀的敏感材料制成。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述碱传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被碱反应的敏感材料制成。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述腐蚀性硫传感器是一种电阻式传感器、电容式传感器或者是振荡器式传感器，所述电阻式传感器的电阻阻体、所述电容式传感器的电极以及所述振荡器式传感器的电极为一种易被腐蚀性硫反应的敏感材料制成。

14.根据权利要求11至13任一项所述的系统，其特征在于，所述振荡器式传感器为LC（电感和电容）振荡器式传感器、RC（电阻和电容）振荡器式传感器、RLC（电阻，电感，电容）振荡器式传感器或者是由等效RLC的电路构成的压电晶体振荡器、磁致伸缩振荡器或电致伸缩振荡器。

15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与处理器模块相连接的控制中心，所述处理器模块通过有线或无线方式传输数据至控制中心。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述控制中心包括用于向处理器模块发送控制信号的输入装置以及用于显示处理器模块运行信息的显示装置。

Images