CN103217991A - 一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统 - Google Patents

一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统。本发明包括循环泵、循环电磁阀、进油电磁阀、回油电磁阀、油缸和出油电磁阀；其特征在于它还包括进气电磁阀、出气电磁阀、压力传感器、压缩空气源以及压力控制器；所述油缸上部为带有进油孔的油腔，其下部为设有出气口和进气口的气腔；在油缸活塞杆的轴线位置设有通孔；所述气腔底部内嵌有压力传感器；所述压缩空气源通过装有进气电磁阀的管道与进气口相连通，所述出气口与装有出气电磁阀的管道相连通；所述压力控制器通过蓝牙或USB与装有控制软件的上位机通信。本发明的优点是通过压力传感器测量气室压力，自动控制各电磁阀开闭，反应灵敏，稳定了油缸压力。

Description

一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，属于压力控制领域。
背景技术
目前，对于绝缘油中溶解气体在线监测装置数据的准确性、检测精度等测试指标，通常是现场取油样带回试验室内，使用气相色谱仪进行比对分析。整个过程标定时间长、操作过程繁琐、人为误差较多，且不能对运行中变压器色谱在线监测进行现场校验，不能够真实的反应出绝缘油中溶解气体在线装置的现场运行环境，因此设计一种专门配制一定特征气体含量绝缘油的装置，将特征气体与绝缘油以一定配比混合，配制出不同组分含量的标准油样，用于直接校验绝缘油色谱在线监测装置。
标准油样配制过程是在常压下利用气液两相溶解平衡的原理制备。由亨利定律CA=H*PA知：压力是气液两相溶解平衡的重要因素，当温度一定时，压力P决定着组分浓度C的大小，压力变大组分浓度C大，压力变小组分浓度C随之变小。压力波动影响气液两相溶解平衡稳定性，当环境压力偏离原平衡压力时，压力变小，形成负压环境，已溶解气体组分大量析出；压力变大，气体组分溶解量将增大。校验过程中，取样后油缸因失去部分液相体积而总体积不变气相压力因此形成负压，标准油样中特征气体会因此大量析出，改变标准油样溶解气体组成含量，影响色谱在线监测装置校验的准确性。标准油样配制过程中的油缸注油、自动进气、油缸上部排气、取样、回油等基本操作都与压力息息相关。
针对油中溶解气体在线监测装置的校验装置，目前国内只有个别电科院和研究机构开展了类似科技项目的研究，且都不成熟，存在着大小不同的问题，其中密封式或半密封式油箱设计，存在油压不稳、不可控制的问题，油样含量易受压力不稳及外界大气的影响。
本发明为标准油样配制装置设计一种控制准确，反应快速的压力控制系统，以实现标准油样配制装置的稳压控制，保证标准油样作为标准物质的准确性和校验变压器色谱在线监测装置的准确性和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，在额定范围内可任意调节压力，稳定配油装置的油缸压力，保证所配置油样含气量的稳定，从而保证校验结果的准确性和稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
    本发明包括循环泵、循环电磁阀、进油电磁阀、回油电磁阀、油缸和出油电磁阀；其特征在于它还包括进气电磁阀、出气电磁阀、压力传感器、压缩空气源以及压力控制器；
所述油缸上部为带有进油孔的油腔，其下部为设有出气口和进气口的气腔；在油缸的活塞杆的轴线位置设有通孔；在所述气腔的底部安装有压力传感器；所述压缩空气源通过装有进气电磁阀的管道与进气口相连通，所述出气口与装有出气电磁阀的管道相连通；
活塞杆下端的出油孔通过依次装有出油电磁阀、第二三通和四通的管道与取油设备相连通，所述四通的下端口通过装有进油电磁阀的管道与油箱相连通，所述四通的上端口通过管道与在线监测设备的进油口相连通，所述在线监测设备的出油口与油缸上部的进油孔之间通过依次装有回油电磁阀、第一三通的管道相连通；所述第一三通的下端口和第二三通的上端口之间通过依次装有循环泵、循环电磁阀的管道相连通；所述压力控制器通过蓝牙或USB模块与装有控制软件的上位机通信；
所述压力控制器包括单片机控制电路、I/O驱动电路、A/D转换器、液晶显示电路、通信模块；所述A/D转换器的输出端接单片机控制电路的相应输入端，所述单片机控制电路的相应输出端分别接I/O驱动电路和液晶显示电路的输入端；所述通信模块与单片机控制电路双向连接；所述A/D转换器的相应输入端压力传感器的输出端，所述I/O驱动电路的输出端分别控制循环泵、循环电磁阀、出气电磁阀、进油电磁阀、进气电磁阀、回油电磁阀以及出油电磁阀的通断；
所述回油电磁阀、出油电磁阀为常开电磁阀，所述循环电磁阀、进气电磁阀、进油电磁阀和出气电磁阀为常闭电磁阀。
本发明所产生的积极效果如下：本压力控制系统通过压力传感器测量气室压力，结合压力控制器自动控制各电磁阀开闭，调节气室压力恒定，操作简单，反应灵敏，在额定范围内方便调节压力至设定值，稳定了标准油样配制装置内油缸压力，保证所配置油样含气量的稳定，为进出油缸的流体提供合适压力环境，保证校验结果的准确性和稳定性；满足标准油样配制装置的油缸注油、取样等基本功能。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明中压力控制器的电路原理块图；
图3为本发明中压力控制器的电路原理图（单片机控制电路、显示电路）；
图4为本发明中压力控制器的电路原理图（I/O驱动电路）；
图5为本发明中压力控制器的电路原理图（A/D转换器）；
图6为本发明中压力控制器的电路原理图（通信模块）。
其中，1循环泵，2循环电磁阀，3进气电磁阀，4进油电磁阀，5出气电磁阀，6油缸，7回油电磁阀，8出油电磁阀，9压力传感器，10油箱，11取油设备，12在线检测装置，13出气口，14进气口，15四通，16压缩空气源，17压力控制器，18进油孔，19出油孔，20第一三通，21第二三通。图1中实线代表输油、输气管道，虚线代表信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
由图1~6所示的实施例可知，它包括循环泵1、循环电磁阀2、进油电磁阀4、回油电磁阀7、油缸6和出油电磁阀8；其特征在于它还包括进气电磁阀3、出气电磁阀5、压力传感器9、压缩空气源16以及压力控制器17；
所述油缸6上部为带有进油孔18的油腔，其下部为设有出气口13和进气口14的气腔；在油缸6的活塞杆的轴线位置设有通孔；在所述气腔的底部安装有压力传感器9；所述压缩空气源16通过装有进气电磁阀3的管道与进气口14相连通，所述出气口13与装有出气电磁阀5的管道相连通；
活塞杆下端的出油孔19通过依次装有出油电磁阀8、第二三通21和四通15的管道与取油设备11相连通，所述四通15的下端口通过装有进油电磁阀4的管道与油箱10相连通，所述四通15的上端口通过管道与在线监测设备12的进油口相连通，所述在线监测设备12的出油口与油缸6上部的进油孔18之间通过依次装有回油电磁阀7、第一三通20的管道相连通；所述第一三通20的下端口和第二三通21的上端口之间通过依次装有循环泵1、循环电磁阀2的管道相连通；所述压力控制器17通过蓝牙或USB模块与装有控制软件的上位机通信；
所述压力控制器17包括单片机控制电路、I/O驱动电路、A/D转换器、液晶显示电路、通信模块；所述A/D转换器的输出端接单片机控制电路的相应输入端，所述单片机控制电路的相应输出端分别接I/O驱动电路和液晶显示电路的输入端；所述通信模块与单片机控制电路双向连接；所述A/D转换器的相应输入端压力传感器9的输出端，所述I/O驱动电路的输出端分别控制循环泵1、循环电磁阀2、出气电磁阀3、进油电磁阀4、进气电磁阀5、回油电磁阀7以及出油电磁阀8的通断；
所述回油电磁阀7、出油电磁阀8为常开电磁阀，所述循环电磁阀2、进气电磁阀3、进油电磁阀4和出气电磁阀5为常闭电磁阀。
    所述单片机控制电路由单片机U4及其外围元器件晶振Y1、电容C1~C3、电阻R1、排阻RP1组成；所述晶振Y1和电容C1~C2组成的晶振电路接在单片机U4的18和19脚之间；电容C3和电阻R1串联后接在+5V电源和地之间，单片机U4的9脚接在电容C3和电阻R1的节点上，组成自动复位电路；单片机U4的32~39脚依次接排阻RP1的9~2脚，单片机U4的40脚和排阻RP1的1脚均接+5V，单片机U4的20脚接地。
    所述液晶显示电路由液晶模块U3及其外围元器件电阻R2、滑动变电阻R3组成；所述电阻R2和滑动变电阻R3串联后接在液晶模块U3的18~19脚之间，液晶模块U3的3脚接滑动变阻器R3的滑动端，液晶模块U3的7~14脚依次接单片机U4的39~32脚，液晶模块U3的2脚接+5V，液晶模块U3的1脚和20脚接地。
    所述I/O驱动电路由复合晶体管阵列U2及其外围元器件继电器J1、插座Z1~Z2组成；所述循环泵1接在插座Z1的1脚和5脚之间，所述循环电磁阀2、进气电磁阀3、进油电磁阀4、出气电磁阀5、回油电磁阀7和出油电磁阀8分别对应接在插座Z2的2~7脚和1脚之间，所述复合晶体管阵列U2的1~7脚依次接单片机U4的21~27脚；复合晶体管阵列U2的16脚接循环泵1的继电器控制电路，其继电器控制电路包括继电器J1和循环泵1的插座Z1，所述继电器J1的线圈接在复合晶体管阵列U2的16脚和+5V之间，继电器J1的常开触点J1-1接在插座Z1的3脚和5脚之间，插座Z1的2脚和3脚相连接，插座Z1的1脚和4脚相连接，连接后的两脚接220V交流电；所述插座Z2的2~7脚依次接复合晶体管阵列U2的15~10脚，插座Z2的1脚接+24V；复合晶体管阵列U2的8脚接地，复合晶体管阵列U2的9脚接+5V。
    所述A/D转换器由集成块U6及其外围元器件晶振Y2、电容C4~C8、电阻R4~R5、插座Z3组成；所述压力传感器9接在插座Z3的1脚和4脚之间；所述集成块U6的1脚接单片机U4的1脚，集成块U6的14~12脚分别对应接单片机U4的13脚、3脚、2脚，集成块U6的5脚接+5V；所述插座Z3的2~3脚分别接集成块U6的7~8脚，插座Z3的1脚接+5V，4脚接地；所述晶振Y2和电容C4~C5组成的晶振电路接在集成块U6的2脚和3脚之间；电容C6接在+5V电源和地之间，电阻R4~R5串联后接在+5V电源和地之间，集成块U6的9脚接在R4和R5的节点上，电容C7~C8并联后接在R4和R5的节点与地之间，集成块U6的10脚接地。
    所述通信模块由蓝牙模块U1、USB模块U5和双刀双掷开关S1组成；所述双刀双掷开关S1的2个静触点接单片机U4的10脚、11脚，双刀双掷开关S1的动臂选择性接入蓝牙模块U1或USB模块U5的2~3脚；所述蓝牙模块U1和USB模块U5的1脚均接+5V，其4脚均接地。
 
在实施例中，所述复合晶体管阵列U2的型号为ULN2003A(16)；所述液晶模块U3的型号为SMG12864；所述单片机U4的型号为AT89c51； 所述集成块U6的型号为AD7705；所述蓝牙集成块U1的型号为GC-04；所述USB集成块U5的型号为ZF-23V4.0。
本发明的工作原理如下：
1）油缸注油：循环电磁阀2、进油电磁阀4、出气电磁阀5为常闭电磁阀，此时上电打开，回油电磁阀7和出油电磁阀8为常开电磁阀，此时上电关闭，然后循环泵1上电，外置空白油样流经进油电磁阀4、循环电磁阀2后由循环泵1抽送至油缸6，随着上部空白油的加入，为平衡油缸6上下压力，活塞将向下缓慢运动，油缸内压力超过设定的恒压值时，油缸6下部多余气体通过出气电磁阀5排至外界，直至注油体积达到所需要值，所有电磁阀断电，循环泵断电。
2）油缸取油：出油电磁阀8此时不上电常开，其他电磁阀不上电关闭，外接取油设备11时，一般不伴随回油流程，标准油从活塞杆通孔经出油电磁阀8流至取油设备11后不回油，故回油电磁阀7此时上电关闭，随着油缸6油样减少，油缸6内部压力将变小，降至设定的恒压值以下时进气电磁阀3上电打开，压缩空气源对油缸6下部充气，推动活塞上移保证油腔内部的压力恒定。
3）油缸回油：油样经过在线检测设备后通过依次装有回油电磁阀7和第一三通20的管道流回油腔，回油电磁阀7和出油电磁阀8此时不上电打开，其他电磁阀不上电关闭，随着上部油样增多，油缸6内部压力变大，超过设定的恒压值时，出气电磁阀5上电，把油缸6下部的压缩空气排出一部分，活塞下降，降低油腔内部的压力，保证油腔内部的压力恒定。
所述压力控制器17与装有控制软件的上位机通过蓝牙或USB相连接，在所述装有控制软件的上位机中设定恒压值，将设定的恒压值发送给压力控制器17。油缸6的活塞以下进气、活塞以上进油，活塞上下的油、气压力最终保持平衡，油缸6上部油压通过下部空气推动活塞上下运动控制，进气电磁阀3打开时，压缩空气源16从油缸6下部进气口14充气，下部压力增大使活塞向上运动，从而减小油缸6上部空间以增大上部压力；当出气电磁阀5打开时，空气从油缸6下部出气口13排出，下部压力减小使活塞向下运动，从而增大油缸6上部空间以减小上部压力。压力控制器17根据压力传感器9的反馈值，判断油缸6内部压力是否在设定值，从而调节控制进气电磁阀3和出气电磁阀5的开闭，完成压力调节和稳定压力的功能。

Claims (6)

1.一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，其包括循环泵（1）、循环电磁阀（2）、进油电磁阀（4）、回油电磁阀（7）、油缸（6）和出油电磁阀（8）；其特征在于它还包括进气电磁阀（3）、出气电磁阀（5）、压力传感器（9）、压缩空气源（16）以及压力控制器（17）；
所述油缸（6）上部为带有进油孔（18）的油腔，其下部为设有出气口（13）和进气口（14）的气腔；在油缸（6）的活塞杆的轴线位置设有通孔；在所述气腔的底部安装有压力传感器（9）；所述压缩空气源（16）通过装有进气电磁阀（3）的管道与进气口（14）相连通，所述出气口（13）与装有出气电磁阀（5）的管道相连通；
活塞杆下端的出油孔（19）通过依次装有出油电磁阀（8）、第二三通（21）和四通（15）的管道与取油设备（11）相连通，所述四通（15）的下端口通过装有进油电磁阀（4）的管道与油箱（10）相连通，所述四通（15）的上端口通过管道与在线监测设备（12）的进油口相连通，所述在线监测设备（12）的出油口与油缸（6）上部的进油孔（18）之间通过依次装有回油电磁阀（7）、第一三通（20）的管道相连通；所述第一三通（20）的下端口和第二三通（21）的上端口之间通过依次装有循环泵（1）、循环电磁阀（2）的管道相连通；所述压力控制器（17）通过蓝牙或USB模块与装有控制软件的上位机通信；
所述压力控制器（17）包括单片机控制电路、I/O驱动电路、A/D转换器、液晶显示电路、通信模块；所述A/D转换器的输出端接单片机控制电路的相应输入端，所述单片机控制电路的相应输出端分别接I/O驱动电路和液晶显示电路的输入端；所述通信模块与单片机控制电路双向连接；所述A/D转换器的相应输入端压力传感器（9）的输出端，所述I/O驱动电路的输出端分别控制循环泵（1）、循环电磁阀（2）、出气电磁阀（3）、进油电磁阀（4）、进气电磁阀（5）、回油电磁阀（7）以及出油电磁阀（8）的通断；
所述回油电磁阀（7）、出油电磁阀（8）为常开电磁阀，所述循环电磁阀（2）、进气电磁阀（3）、进油电磁阀（4）和出气电磁阀（5）为常闭电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，其特征在于所述单片机控制电路由单片机U4及其外围元器件晶振Y1、电容C1~C3、电阻R1、排阻RP1组成；所述晶振Y1和电容C1~C2组成的晶振电路接在单片机U4的18和19脚之间；电容C3和电阻R1串联后接在+5V电源和地之间，单片机U4的9脚接在电容C3和电阻R1的节点上，组成自动复位电路；单片机U4的32~39脚依次接排阻RP1的9~2脚，单片机U4的40脚和排阻RP1的1脚均接+5V，单片机U4的20脚接地。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，其特征在于所述液晶显示电路由液晶模块U3及其外围元器件电阻R2、滑动变电阻R3组成；所述电阻R2和滑动变电阻R3串联后接在液晶模块U3的18~19脚之间，液晶模块U3的3脚接滑动变阻器R3的滑动端，液晶模块U3的7~14脚依次接单片机U4的39~32脚，液晶模块U3的2脚接+5V，液晶模块U3的1脚和20脚接地。
4.根据权利要求3所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，其特征在于所述I/O驱动电路由复合晶体管阵列U2及其外围元器件继电器J1、插座Z1~Z2组成；所述循环泵（1）接在插座Z1的1脚和5脚之间，所述循环电磁阀（2）、进气电磁阀（3）、进油电磁阀（4）、出气电磁阀（5）、回油电磁阀（7）和出油电磁阀（8）分别对应接在插座Z2的2~7脚和1脚之间，所述复合晶体管阵列U2的1~7脚依次接单片机U4的21~27脚；复合晶体管阵列U2的16脚接循环泵（1）的继电器控制电路，其继电器控制电路包括继电器J1和循环泵（1）的插座Z1，所述继电器J1的线圈接在复合晶体管阵列U2的16脚和+5V之间，继电器J1的常开触点J1-1接在插座Z1的3脚和5脚之间，插座Z1的2脚和3脚相连接，插座Z1的1脚和4脚相连接，连接后的两脚接220V交流电；所述插座Z2的2~7脚依次接复合晶体管阵列U2的15~10脚，插座Z2的1脚接+24V；复合晶体管阵列U2的8脚接地，复合晶体管阵列U2的9脚接+5V。
5.根据权利要求4所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，其特征在于所述A/D转换器由集成块U6及其外围元器件晶振Y2、电容C4~C8、电阻R4~R5、插座Z3组成；所述压力传感器（9）接在插座Z3的1脚和4脚之间；所述集成块U6的1脚接单片机U4的1脚，集成块U6的14~12脚分别对应接单片机U4的13脚、3脚、2脚，集成块U6的5脚接+5V；所述插座Z3的2~3脚分别接集成块U6的7~8脚，插座Z3的1脚接+5V，4脚接地；所述晶振Y2和电容C4~C5组成的晶振电路接在集成块U6的2脚和3脚之间；电容C6接在+5V电源和地之间，电阻R4~R5串联后接在+5V电源和地之间，集成块U6的9脚接在R4和R5的节点上，电容C7~C8并联后接在R4和R5的节点与地之间，集成块U6的10脚接地。
6.根据权利要求5所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统，其特征在于所述通信模块由蓝牙模块U1、USB模块U5和双刀双掷开关S1组成；所述双刀双掷开关S1的2个静触点接单片机U4的10脚、11脚，双刀双掷开关S1的动臂选择性接入蓝牙模块U1或USB模块U5的2~3脚；所述蓝牙模块U1和USB模块U5的1脚均接+5V，其4脚均接地。
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