CN103424296A - 一种无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统 - Google Patents

Abstract

一种无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，包括油循环模块、脱气模块、气体循环模块，采用动态顶空平衡法分离油中气体。所述脱气模块包括脱气室、驱动器、回油室三个部分；所述的脱气室上安装有控制进样量的液位计；所述脱气室采用驱动器驱动脱气室底部的永磁搅拌子旋转；所述回油室设置在脱气室下部，脱气室中油可以自动流入回油室中，回油室上装设了控制排油电磁阀开断的液位计；采用所述方式可以有效避免回油时将空气压入一次设备，同时脱气室内残存的油样少，有效减少对下次测量的影响。

Description

一种无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统

技术领域

本发明涉及一种电气设备在线监测装置，特别涉及一种适用于变压器油中溶解气体在线检测系统中的在线油气分离装置。

背景技术

电力变压器是电力系统的枢纽设备，其可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。因此需要对电力变压器的运行状态进行检测。目前通过油中溶解气体分析（即Dissolved GasAnalysis，DGA）能够在无需停电的情况下对变压器的状态进行检测和诊断，是世界公认的监测变压器早期故障、预防灾难性事故最好的方法。在变压器溶解气体分析过程中，提取油样品中的气体是最重要的环节。目前主要有真空脱气法、载气脱气法、溶解平衡法以及膜脱气法等。

专利CN102527094A中提到采用密封腔体以及安装在密封腔体内的高分子微孔毛细管的方式脱气。其缺点是脱气速度较慢，且对不同气体组分脱出速率不同，影响测量。类似的还有专利CN200520070133.2。专利US4112737提到类似的使用隔膜管的气体提取设备。

专利CN200410069203.2中提到采用基于静态顶空原理的变压器油中溶解气体在线采样方法，通过一个直接插入油中的探头采集油中溶解气体，其缺点是需靠油循环过程气体自然溢出到空白气体中，脱气效率低且油循环情况对脱气过程影响很大，另外，对于油中溶解气体含量少的场合脱气效率较差。专利US5659126公开了类似方法，但具体结构及实现方法不同。

专利CN200920231084.4中提到一种全自动真空脱气装置，其缺点是采用了真空泵，真空传感器等元件，增加了成本降低了可靠性。

专利CN201220202906.8中提到采用磁驱动搅拌器搅拌绝缘油来脱出气体的方法。由于其油循环及油气分离采用同一通路，在有循环过程中脱出的气体将影响测量结果。所述专利中油脱气后脱气装置内会有大量残余油及气体，对下次测量结果有较大影响，此外脱气过程使用多个油泵，成本高、控制复杂。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统。本发明具有较高的脱气速率，还可以降低在线脱气系统成本，同时降低上次脱气过程对下次测量的影响。提高了检测精度。

本发明绝缘油中气体在线分离系统包括：油循环模块、脱气模块和气体循环模块三个部分。所述油循环模块通过进油管、回油管与脱气模块相连，脱气模块通过第一气体管路、第二气体管路与气体循环模块相连。所述的油循环模块通过油路管道和电力绝缘设备连通。

本发明的工作过程分为四个过程：一为吹扫，二为进油样，三为脱气，四为回油。吹扫主要由气体循环模块实现，进油样由油循环模块实现，脱气由脱气模块与气体循环模块共同实现，回油由油循环模块和脱气模块共同实现。吹扫时气体从大气进入气体循环模块，吹扫测量气体等部分后再流入大气。吹扫结束后开始进油样的过程，进油样时电力变压器等油绝缘电气设备的油样流出后通过电磁阀进入脱气室，为下一步的脱气做好准备；而后采用动态顶空平衡的方法使溶解在油中的气体析出进入测量气室。脱气过程结束后，脱气室内的油流入回油室并经油循环模块流回电力变压器等油绝缘电气设备。

所述的油循环模块包括油循环泵、电磁阀、机械阀门和油过滤器。所述各部件之间使用φ10的不锈钢管、紫铜管或聚四氟乙烯管相连。油循环模块通过油路管道和变压器等电力绝缘设备连通，所述的油路管道上依次连接有第一机械泵、油过滤器和第一三通。第一三通的另外两路又分别连接第一电磁阀和进油管，所述的第一电磁阀和第二三通连接。第二三通的其他两路分别连接脱气模块回油室的回油管和油循环泵，油循环泵和第三三通连接，第三三通一路通过第二机械阀门与大气相通，另一路通过第三机械阀门流入变压器等油绝缘电力设备。油样从变压器等油绝缘电力设备流出，经过第一机械阀门进入油过滤器，经第一三通分为两路，一路经第一电磁阀流入第二三通，另一路流入所述的进油管；第二三通的其他两路分别连接脱气模块回油室的回油管和油循环泵；油样经过油循环泵后进入第三三通，然后分为两路，一路通过第二机械阀门与大气相通，另一路通过第三机械阀门流入变压器等油绝缘电力设备。所述第二机械阀门用于在调试时放气。

所述的脱气模块包括脱气室、驱动器、回油室、电磁阀及管路。所述各部件之间使用φ10的不锈钢管、紫铜管或聚四氟乙烯管相连。脱气模块的三个部分脱气室、驱动器、回油室从上到下顺序安装。所述驱动器安装在脱气室外部，且紧贴脱气室下部。所述回油室通过第三电磁阀及连接油管与脱气室底部相连，同时回油室位置低于脱气室，保证脱气室内的油可以自动流入回油室，同时为保证油样自由流动，回油室顶部设有平衡口。工作时油样首先通过油循环模块的进油管进入脱气室，在脱气完毕后，流入回油室，并进一步返回变压器等油绝缘电力设备。所述进油管上安装有第二电磁阀，用以控制进样量。所述脱气室内部放置有永磁搅拌子，永磁搅拌子受驱动器驱动搅拌脱气室内的油样。脱气室底部还设有出油孔。脱气室顶部设有液位计、温度传感器、进油管、第一气体管路、第二气体管路和平衡口。所述液位计通过继电器或其他方式控制第二电磁阀动作，当油位达到所需位置时，第二电磁阀动作停止进油样。在进油样时，所述脱气室通过平衡口与大气相通，进样完毕后与大气隔离。工作时所述的第二气体管路深入脱气室油样液位以下，所述第一气体管路处于脱气室油样液位之上。所述回油室底部有回油孔，回油室的回油管与第二三通相连。第四电磁阀安装在回油管上，所述回油室顶部设有液位计，在回油室液位低于设定值后控制第四电磁阀动作，停止回油。

所述气体循环模块包括气体循环泵、电磁阀、三通、过滤装置以及测量气室；所述部件之间使用φ3的不锈钢管或聚四氟乙烯管相连。气体循环模块通过气体管道和脱气模块，测量气室等联通，所述气体管道上依次连接有第一过滤装置、第五电磁阀、第四三通。第四三通的另外两路分别连接气体循环泵和第六电磁阀，所述的第六电磁阀和第六三通连接，所述的气体循环泵和第五三通连接；第六三通的另外两路分别连接第三过滤装置和第八电磁阀；所述第三过滤装置的另一端与大气相通；所述第五三通的另外两路分别连接第八电磁阀和第二过滤装置。所述第二过滤装置的另一端与第七电磁阀连接；第七电磁阀的另一端与测量气室连接。测量气室还与第九电磁阀连接，并经过第四过滤装置与第七三通连接；所述第七三通的另外两路分别与第十电磁阀和第十一电磁阀连接；所述第十电磁阀的另一端经过第五过滤装置与脱气模块连接；所述第十一电磁阀的另一端经过第六过滤装置与大气相通。所述脱气模块脱气室脱出的气体经第一气体管路进入第一过滤装置，而后经第五电磁阀流过第四三通，经第四三通分为两路，一路流过气体循环泵，另一路流过第六电磁阀；气体经第四三通流过气体循环泵后经第五三通分为两路，一路进入第二过滤装置，而后经第七电磁阀流入测量气室，另一路流过第八电磁阀；第六电磁阀、第八电磁阀分别与第六三通其中两端相连，所述第六三通的第三端通过第三过滤装置与大气相通。所述脱气模块测量气室的气体经第九电磁阀流过第四过滤装置，而后经第七三通分为两路，一路流入第十电磁阀，另一路流入第十一电磁阀；气体流过第十电磁阀后进入第五过滤装置，而后通过第二气体管路进入脱气室；气体流过第十一电磁阀后进入第六过滤装置与大气相通。所述过滤装置可以是滤片、冷阱等装置。

工作时，先通过油循环模块向脱气模块注入油样，而后脱气模块与油循环模块隔离，脱气模块与气体循环模块共同作用，采用动态顶空平衡的方法进行脱气；脱气过程中脱气室内的永磁搅拌子不停地旋转，搅动油样脱气；析出的气体进入测量气室后受气体循环泵驱动返回脱气室的油样中。在此过程中，间隔检测测量气室内气体组分并与上一次测量结果比较，差值小于设定值时，认为气体达到溶解平衡，脱气完成。将脱气室内的油样通入回油室，然后被油循环泵压回电力变压器等油绝缘电气设备。采用上述方式可以有效避免回油时将空气压入一次设备，同时脱气室内残存的油样少，有效减少对下次测量的影响。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的结构组成简图；

图2为本发明脱气模块示意图；

图3为本发明气体循环模块示意图；

图4为本发明所用液位计示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为本发明的一种实施方式的结构组成简图。如图1所示，本发明油中气体分离系统包括油循环模块、脱气模块1和气体循环模块3。所述油循环模块通过进油管11、回油管13与脱气模块1相连，脱气模块1通过第一气体管路14、第二气体管路15与气体循环模块3相连。设备工作分为四个过程一为吹扫，二为进油样，三为脱气，四为回油；吹扫由气体循环模块3实现，进油样由油循环模块实现，脱气由脱气模块1与气体循环模块3共同实现，回油由油循环模块和脱气模块1共同实现。工作时电力变压器等油绝缘电气设备2的油样进入脱气模块1，进油样结束后，脱气模块1与油循环模块隔离；脱气模块1与气体循环模块3连通，并采用动态顶空平衡的方法进行脱气，脱气过程结束后，脱气模块1与气体循环模块3隔离；脱气模块1与油循环模块连通，脱气模块1中的油样经油循环模块流回电力变压器等油绝缘电气设备2。

所述进油管11、回油管13通常为φ10或φ6的不锈钢管或紫铜管或聚四氟乙烯管。所述第一气体管路14、第二气体管路15通常为φ3的不锈钢管或聚四氟乙烯管。

所述的油循环模块由油循环泵、电磁阀、油路管道和油过滤器23构成。所述各部件之间使用φ10的不锈钢管、紫铜管或聚四氟乙烯管相连。油循环模块通过油路管道和电力绝缘设备2连通。所述的油路管道上依次连接有第一机械泵211、油过滤器23和第一三通263；第一三通263的另外两路又分别连接第一电磁阀272和进油管11；所述的第一电磁阀和第二三通262连接，第二三通262的其他两路分别连接脱气模块回油室18的回油管13和油循环泵22；油循环泵22和第三三通261连接，第三三通261的一路通过第二机械阀门271与大气相通，另一路通过第三机械阀门212流入变压器等油绝缘电力设备2。

油样从变压器等油绝缘电力设备2流出，经过第一机械阀门211进入油过滤器23，经第一三通263分为两路，一路经第一电磁阀272流入第二三通262，另一路流过进油管11；第二三通262的其他两路分别连接脱气模块1回油室18的回油管13和油循环泵22；油样经过第二三通262、油循环泵22后进入第三三通261，经第三三通261分为两路，一路通过第二机械阀门271流入大气，另一路通过第三机械阀门212流入变压器等油绝缘电力设备2。所述第二机械阀门用于在调试时放气。所述的第一电磁阀272为常闭电磁阀。

图2为本发明脱气模块示意图。如图2所示，脱气模块包括脱气室16、驱动器17、回油室18。所述脱气室16，回油室18为密封容器，所述脱气室16通过进油管11与图1所示的第一三通263相连，所述第二电磁阀112位于进油管11上；所述脱气室16通过连接油管12与回油室18相连，第三电磁阀113安装在连接油管12上；回油室18安装位置低于脱气室16，保证脱气室16内的油可以自动流入回油室18；所述驱动器17处于脱气室16外部，并紧贴脱气室16的下部，工作时驱动放置于脱气室16内部的永磁搅拌子115旋转；所述永磁搅拌子115位于脱气室16内的底部，第二液位计110安装在脱气室16的上端面117上，第一液位计19安装在回油室18的上端面118上；所述第二液位计110为单球液位计，当脱气室16的液位也即油样的量达到要求后，控制关闭第二电磁阀112，停止进样；所述第一液位计19为双球液位计，在回油室18的液位高于上球表示的液位时，控制第四电磁阀114导通排油，液位低于下球表示的液位时控制第四电磁阀114关闭。所述的第四电磁阀114安装在回油管13上，回油管13连接回油室18与图1所示的第二三通262。第一气体管路14和第二气体管路15安装在脱气室16的上端面117上，温度传感器111安装在脱气室16的上端面117上，伸入脱气室16内使其在工作时处于油液面以下；第一气体管路14在工作时处于油液面以上。脱气室16的上端面117和回油室18的上端面118上还分别开有平衡口119和120。脱气室16的上端面117上还装设有温度传感器111.

工作时油样品通过第二电磁阀112进入脱气室16，在油液位到达设定值后通过第二液位计110控制关闭第二电磁阀112。温度传感器111测量油样温度，在达到要求的温度后启动驱动器17，永磁搅拌子115搅拌油样，同时通过第一气体管路14、第二气体管路15与气体循环模块3产生气体交换；脱气完毕后，停止驱动器17，油样通过第三电磁阀113流入回油室18，并在液位超过第一液位计19的上球液位后，通过第四电磁阀114流出。第一气体管路14、第二气体管路15在脱气室16的上端面117上。

图3为本发明气体循环模块示意图，如图3所示，气体循环模块3包括气体循环泵、电磁阀、三通、过滤装置以及测量气室。所述各部分之间使用φ3的不锈钢管或聚四氟乙烯管相连。所述的过滤装置可以是滤片也可以是冷阱等。气体循环模块3通过气体管道和脱气模块1）及测量气室连通，所述气体管道上依次连接有第一过滤装置351、第五电磁阀331、第四三通342；第四三通342的另外两路分别连接气体循环泵31和第六电磁阀337，所述的第六电磁阀337和第六三通344连接，所述的气体循环泵31和第五三通343连接；第六三通344的另外两路分别连接第三过滤装置356和第八电磁阀333；所述第三过滤装置356的另一端与大气相通；所述第五三通343的另外两路分别连接第八电磁阀333和第二过滤装置355；所述第二过滤装置355的另一端与第七电磁阀336连接；第七电磁阀336的另一端与测量气室32连接；测量气室32还与第九电磁阀335连接，并经过第四过滤装置354与第七三通341连接；所述第七三通341的另外两路分别与第十电磁阀332和第十一电磁阀334连接；所述第十电磁阀332的另一端经过第五过滤装置352与脱气模块1连接；所述第十一电磁阀334的另一端经过第六过滤装置353与大气相通。

气体循环模块3分为两种工作状态：吹扫状态和检测循环状态。当气体循环模3块处于检测循环状态时，脱气模块1的气体依次通过第一过滤装置351，第五电磁阀331，第四三通342，气体循环泵31，第五三通343，第二过滤装置355，第七电磁阀336，进入测量气室32，而后又依次经过第九电磁阀335，第四过滤装置354，第七三通341，第十电磁阀332，第五过滤装置352回到脱气模块1。在此气体流动过程中，第十一电磁阀334、第六电磁阀337、第八电磁阀333处于关闭状态。所述的吹扫状态又分为两类，一类为吹扫脱气模块1，另一类为吹扫测量气室32。当气体循环模块吹扫脱气模块1的脱气室16时，气体依次经过第六过滤装置353，第十一电磁阀334，第七三通341，第十电磁阀332，第五过滤装置352进入脱气模块1，然后又依次经过第一过滤装置351，第五电磁阀331，第四三通342，气体循环泵31，第五三通343，第八电磁阀333，第六三通344，第三过滤装置356流出，起到吹扫脱气模块1中脱气室16及对应气路的作用，在此气体流动过程中不处于流通气路的电磁阀处于关闭状态。吹扫测量气室32时，气体依次经过第三过滤装置356，第六三通344，第六电磁阀337，第四三通342，气体循环泵31，第五三通343，第二过滤装置355，第七电磁阀336进入测量气室32，而后又依次经过第九电磁阀335，第四过滤装置354，第七三通341、第十一电磁阀334，第六过滤装置353流出，起到吹扫测量气室32及对应气路及元件的作用，在此气体流动过程中不处于流通气路的电磁阀处于关闭状态。

所述的电磁阀331、332、333、334、335、336、337为常闭电磁阀，所述过滤装置351、352、353、354、355、356采用滤片时，材质为聚四氟乙烯片或其他材料滤片，用于过滤油蒸气及空气中杂质。

图4为本发明所用液位计示意图，如图4所示，第一液位计19为双球液位计，包括引线及主体191，安装法兰192，上球193，下球194。上球193，下球194可随液位沿着主体191滑动，到达设定的位置后，引线输出信号导通或截止信号。

Claims (7)

1.一种无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：所述的气体在线分离系统包括油循环模块、脱气模块（1）和气体循环模块（3）；所述油循环模块通过进出油管（11）和回油管（13）与脱气模块（1）相连，脱气模块（1）通过气体管路（14、15）与气体循环模块（3）相连；所述的油循环模块通过油路管道和电力绝缘设备（2）连通，所述的脱气模块（1）包括脱气室（16）、驱动器（17）和回油室（18）；所述的驱动器（17）安装在脱气室（16）外部，且紧贴脱气室（16）的下部；所述回油室（18）与脱气室（16）的底部相连，回油室（18）的位置低于脱气室（16）。

2.按照权利要求1所述的无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：所述的油循环模块包括油循环泵（22）、电磁阀、油路管道和油过滤器（23）；所述的油路管道上依次连接有第一机械泵（211）、油过滤器（23）和第一三通（263）；第一三通（263）的另外两路又分别连接第一电磁阀（272）和进油管（11）；第一电磁阀（272）和第二三通（262）连接，第二三通（262）的其他两路分别连接脱气模块回油室（18）的回油管（13）和油循环泵（22）；油循环泵（22）和第三三通（261）连接，第三三通（261）的一路通过第二机械阀门（271）与大气相通，另一路通过第三机械阀门（212）流入油绝缘电力设备（2）。

3.按照权利要求1所述的无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：所述的脱气模块（1）包括脱气室（16）、驱动器（17）和回油室（18）；所述的脱气室（16）和回油室（18）为密封容器；所述的脱气室（16）上安装有控制进样量的液位计（110）；所述回油室（18）通过第三电磁阀及连接油管与脱气室（16）的底部相连；回油室（18）的顶部设有平衡口；回油室（18）上安装有第二电磁阀（112）和第一液位计（19）；脱气室（16）内的底部放置有永磁搅拌子（115），脱气室（16）的上端面（117）和回油室（18）的上端面（118）上还分别开有平衡口（119）和（120）；脱气室（16）的上端面（117）还装设了温度传感器（111）。

4.按照权利要求3所述的无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：所述的脱气模块（3）中，脱气室（16）通过进油管（11）与第一三通（263）相连，所述第二电磁阀（112）位于进油管（11）上；所述脱气室（16）通过连接油管（12）与回油室（18）相连；第三电磁阀（113）安装在连接油管（12）上；第二液位计（110）安装在脱气室（16）的上端面（117）上，第一液位计（19）安装在回油室（18）的上端面（118）上。

5.根据权利要求4所述的无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：所述第一液位计（19）为双球液位计；所述第二液位计（110）为单球液位计；

6.按照权利要求1所述的无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：所述气体循环模块（3）包括气体循环泵（31）、电磁阀、三通、过滤装置，以及测量气室（32）；所述气体循环模块（3）通过气体管道和脱气模块（1）及测量气室（32）连通；所述气体管道上依次连接有第一过滤装置（351）、第五电磁阀（331）、第四三通（342）；第四三通（342）的另外两路分别连接气体循环泵（31）和第六电磁阀（337），所述的第六电磁阀（337）和第六三通（344）连接，所述的气体循环泵（31）和第五三通（343）连接；第六三通（344）的另外两路分别连接第三过滤装置（356）和第八电磁阀（333）；所述第三过滤装置（356）的另一端与大气相通；所述第五三通（343）的另外两路分别连接第八电磁阀（333）和第二过滤装置（355）；所述第二过滤装置（355）的另一端与第七电磁阀（336）连接；第七电磁阀（336）的另一端与测量气室（32）连接；测量气室（32）还与第九电磁阀（335）连接，并经过第四过滤装置（354）与第七三通（341）连接；所述第七三通（341）的另外两路分别与第十电磁阀（332）和第十一电磁阀（334）连接；所述第十电磁阀（332）的另一端经过第五过滤装置（352）与脱气模块（1）连接；所述第十一电磁阀（334）的另一端经过第六过滤装置（353）与大气相通。

7.根据权利要求1-6的任何一项所述的无真空泵的绝缘油中气体在线分离系统，其特征在于：工作时，所述的油循环模块向脱气模块（1）注入油样，而后脱气模块（1）与油循环模块隔离，脱气模块（1）与气体循环模块（3）共同作用，采用动态顶空平衡的方法脱气；脱气过程中脱气室内的永磁搅拌子（115）旋转，搅动油样脱气，析出的气体进入测量气室（32）后受气体循环泵驱动返回脱气室（16）的油样中；当间隔检测测量气室内气体组分并与上一次测量结果比较，差值小于设定值时，认为气体达到溶解平衡，脱气完成，将脱气室（16）内的油样通入回油室（18），然后被油循环泵（22）压回油绝缘电气设备。

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