CN104569258A - 变压器油中气体在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种变压器油中气体在线监测方法及装置，包括油路装置、真空脱气膜管、气路装置和电控装置，进油油泵从变压器油箱中抽油，进油进入真空脱气膜管内，由真空渗透膜进行油气分离，气体进入六通阀1、六通阀3支路，与此同时，从载气瓶中出来的载气推动之前进入六通阀1中的油中气体由六通阀3、定量管进入色谱柱，色谱柱将混合气体中的每种气体一段一段分离出来，然后载气推动气体进入气体传感器，气体传感器输出的电压信号经AD模数转换后进入CPU分析计算，CPU输出进入数据库存储和现场显示，还能通过通信网络上传至后台的综合自动化系统。本发明在线实时连续监测变压器的运行状态，及时排除早期隐患，保障电力设备的安全可靠运行。

Description

变压器油中气体在线监测方法及装置

技术领域

本发明属于智能电网电力设备技术领域，具体涉及一种变压器油中气体在线监测方法及装置。

背景技术

2009年7月国家电网公司明确提出，要从2010年起全面推广实施设备状态检修，全面提升设备智能化水平，推广应用智能设备和技术，实现电网安全在线预警和设备智能化监控。因此，变压器的智能在线监测势在必行。

变压器在进行投运前，国家规程明确要求必须进行色谱试验，但传统的方法是在实验室里进行色谱测试，周期长，不易发现快速发展性故障，每次试验的误差较大，对试验人员要求很高，试验时需要停电，影响正常运行，减少了设备的可用时间，不能真实反映变压器的实时运行状况。而且试验时间集中，工作量大，使人力、物力造成较大浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种变压器油中气体在线监测方法及装置，能够在线、实时、连续分析变压器油中气体浓度和变化趋势，以判断充油变压器的运行状态，及时排除油变压器的早期隐患，为电力设备的安全可靠运行提供保障。

本发明采用的技术方案是：

一种变压器油中气体在线监测方法，进油油泵通过进油管路从变压器油箱中抽油，油经过进油过滤器进入真空脱气膜管内，由真空脱气膜管内的真空渗透膜通过物理作用将油气进行分离，分离出来的气体进入六通阀1、六通阀3支路，与此同时，从载气瓶中出来的载气通过稳压阀的调节后进入六通阀4、六通阀5支路，在程序控制下六通阀4、六通阀5、六通阀1导通连接，使载气依次进入，推动之前进入六通阀1中的油中气体由六通阀3、定量管进入色谱柱，色谱柱里的填充物质根据对每种气体的亲和性不同，将混合气体中的每种气体一段一段分离出来，然后载气推动每一段气体进入气体传感器，相应的气体传感器将每种气体的浓度转变为电压信号，而多余的气体则排到空气中，由气体浓度转变成的电压信号经AD芯片将模拟电压信号转换为数字信号，数字信号由CPU进行分析计算，CPU的分析计算结果输出进入数据库存储和现场显示，还能通过通信网络上传至后台的综合自动化系统。

上述技术方案中，所述的通信网络采用有线通信RS485/232/以太网或无线通信GPRS/CDMA。

上述技术方案中，所述的气体传感器包括可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，所述的可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和乙烷。

上述技术方案中，所述的载气为99.9％的氮气。

上述技术方案中，所述的六通阀由电控装置程序控制。

一种变压器油中气体在线监测装置，包括油路装置、真空脱气膜管、气路装置和电控装置，所述的油路装置包括进油油泵、进油过滤器、出油油泵和出油过滤器，进油油泵及其进油过滤器连接变压器箱体法兰上的进油管路，进油油泵输出连接真空脱气膜管，真空脱气膜管的回油输出通过出油油泵及其出油过滤器连接至变压器油箱；所述的真空脱气膜管内安装有真空渗透膜；所述的气路装置包括六通阀、定量管、色谱柱、传感器、稳压阀、载气瓶、载气阀和压力表；真空脱气膜管分离出的油中气体输出进入六通阀1，六通阀1、六通阀3、定量管、色谱柱、传感器依次连接，构成样气检测支路；载气瓶、载气阀、稳压阀1、稳压阀0、六通阀4、六通阀5、六通阀1依次连接，构成载气推动支路；传感器检测后剩余气体输出通过稳压阀、六通阀、脱气样气过滤器连接至脱气样气出口，排入大气；传感器输出的油中气体浓度电压模拟信号连接模数转换电路，模数转换电路输出连接CPU，CPU进行分析计算，CPU输出连接数据库存储器及现场显示器，数据库存储器还通过通信网络连接至后台的综合自动化系统。

上述技术方案中，所述的六通阀3、六通阀4、六通阀5由电控装置程序控制。

上述技术方案中，所述的传感器为可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和乙烷。

上述技术方案中，所述的载气瓶内为99.9％的氮气。

上述技术方案中，所述的通信网络采用有线通信RS485/232/以太网或无线通信GPRS/CDMA。

上述技术方案中，所述的真空脱气膜管可采用GE公司生产的E‐cell‐ED型号的真空透气膜管；所述的色谱柱可采用美国安捷伦公司生产的型号DB‐17MS的色谱柱；所述的六通阀和稳压阀可采用美国VICI公司生产的Valco阀；所述的气体传感器可采用英国CT公司生产的型号4p‐90的气体传感器；所述的真空渗透膜可采用加拿大MorganSchaffer公司生产的型号GP100的真空渗透膜。

本发明的变压器油中气体在线监测方法及装置是根据国家标准《GB/T7252‐A1变压器油中溶解气体分析和判断导则》的相关规定而研制的，能分析油中溶解气体的组份和含量。可连续、实时、在线、自动的分析变压器油中气体的含量和增长率，通过故障诊断专家系统，对变压器故障进行自动诊断。装置制造生产工序严格把关，确保质量过硬。变压器油中气体在线监测装置是可靠和免维护的，是服务于智能电网的智能变压器设备。

本发明的变压器油中气体在线监测装置包括现场在线监测装置的不锈钢机柜、后台计算机系统及管理软件、变压器接口法兰等。

测量对象全面，在线、连续测量变压器油中H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、油中微水、油温及水活性等参数。

油气分离技术安全、可靠。

关键部件均采选用行业最高等级产品。关键环节部件如电动六通阀、循环油泵、电磁阀等均采用原装进口且具有多年现场运行经验的产品，保证了整个在线监测装置运行的可靠性与稳定性，使得在线监测装置在现场运行过程中尽可能免维护或少维护。

现场安装方便，无须停电，现场装置的进出油管通过定制法兰安装在变压器阀门上，安装过程中变压器无需停电。整个安装过程可在半天内完成。

全面的自检功能，随时可以发现装置本体故障

多种通讯方式，轻松实现多台在线监测装置联网与数据远传，可以采用RS485/232/以太网等有线通信或GPRS/CDMA无线通讯技术，实现在各种现场工况的数据通讯与联网。

现场装置结构设计新颖，具备防雷、防雨、防潮等功能。现场装置采用双层机柜，并内置温湿度调节模块，可满足户外高海拔、高寒、高热等各种恶劣运行环境要求；同时具有优良的电磁兼容设计，能抵抗变电站各种电磁场、无线电波干扰。产品通过国家级实验室的电磁兼容检测试验。

技术参数如下：

检测原理：气相色谱原理

油气分离：可在1个小时内完成一次检测流程

测量种类：H2、CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2，选配测量CO2、油中微水、油温及水活性

具体指标如下：

序号	检测对象	最小检测浓度	检测范围	检测精度
					1	H2	1uL/L	1～4000uL/L	±10％或最低检测限值
2	CO	1uL/L	1～6000uL/L	±10％或最低检测限值
					3	CO2	10uL/L	10～10000uL/L	±10％或最低检测限值
4	CH4	0.1uL/L	0.1～4000uL/L	±10％或最低检测限值
					5	C2H4	0.1uL/L	0.1～4000uL/L	±10％或最低检测限值
6	C2H2	0.1uL/L	0.1～1000uL/L	±10％或最低检测限值
					7	C2H6	0.1uL/L	0.1～4000uL/L	±10％或最低检测限值
8	总烃	0.5uL/L	0.5～8000uL/L	±10％或最低检测限值
					9	微水	1uL/L	1～200uL/L	±10％或最低检测限值
10	水活性	0.01	0～100％	±0.02
					11	油温	/	－40～+180℃	±0.1℃

报警输出：

现场机柜指示灯报警、手机短信息报警、通信报警，现场装置输出硬接点报警

数据通讯：

RS485/232/以太网等有线通信或GPRS/CDMA无线通讯技术，采用标准MODBUS规约或用户指定规约

环境条件：

工作环境温度：－50℃～+70℃

储存温度：－50℃～+80℃

耐压：0～0.4MPa

相对湿度：5％～95％，无冷凝

工作电源：

电压：220VAC±15％

频率：50HZ

电流：最大4A

外壳：不锈钢，IP55以上

装置尺寸：约700(长)×520(宽)×1250(高)mm

装置重量：100KG

安装方式：现场安装，采用定制的接口法兰与变压器现有阀门对接，定制法兰上安装有不锈钢油管将变压器油引入在线监测装置。

安装位置：强烈建议变压器为在线监测装置提供两个阀门，两阀门可以为两侧位置或上下位置，分别作为油路循环的进油口和出油口。特殊情况下如果只能提供一个阀门，也可将两根油管均安装在此阀门上。

安装前准备工作：用户需选定安装法兰，并提供法兰图纸，以便我公司生产装置用的接口法兰

电缆：装置工作需提供AC220V、4A电源；通信电缆为一根2芯屏蔽通讯电缆或光纤，用于现场装置到后台计算机之间的通信连接。

工作原理：

首先，一次检测流程启动后，安装在现场机柜里的进口高性能油泵将变压器油循环引入机柜内的油气分离装置，高效油气分离装置把变压器油中溶解气体自动分离出来

然后，分离出来的气体进入色谱分离装置，使得混在一起的多种气体按照特定的顺序一一进入气体检测装置，在检测装置中配置有高灵敏度的气体检测器，实现对气体信号的检测

数据采集及计算装置根据气体检测器输出的电信号自动计算出各种气体的浓度值，然后根据故障诊断系统的结果判断变压器是否存在故障以及故障的种类，便于变压器进行下一步的检修工作

4)每次检测出的数据可以通过现场装置直接送往在线监测后台软件或者综合自动化系统。

优点效果：

变压器进行投运前，国家规程明确要求必须进行色谱试验。传统的方法，周期长，不易发现快速发展性故障；每次试验的误差较大；对试验人员要求很高。试验时需要停电，影响正常运行，减少了设备的可用时间不能真实反映设备的运行状况。试验时间集中，工作量大，对人力、物力造成巨大浪费。本发明的系列变压器油中气体在线监测装置解决了传统问题，可在线、连续分析油中气体浓度和变化趋势，以判断充油电气设备运行状态，及时排除充油电气设备的早期隐患，为电力行业设备安全、可靠运行提供保障。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明装置结构示意图。

图2中，1‐色谱柱，2‐电控装置和油、气路装置，3‐载气瓶，4‐进出油口，5‐进油管，6‐出油管，7‐电源线，8‐通讯电缆线。

具体实施方式

本发明的变压器油中气体在线监测方法，进油油泵通过进油管路从变压器油箱中抽油，油经过进油过滤器进入真空脱气膜管内，由真空脱气膜管内的真空渗透膜通过物理作用将油气进行分离，分离出来的气体进入六通阀1、六通阀3支路，与此同时，从载气瓶中出来的载气通过稳压阀的调节后进入六通阀4、六通阀5支路，在程序控制下六通阀4、六通阀5、六通阀1导通连接，使载气依次进入，推动之前进入六通阀1中的油中气体由六通阀3、定量管进入色谱柱，色谱柱里的填充物质根据对每种气体的亲和性不同，将混合气体中的每种气体一段一段分离出来，然后载气推动每一段气体进入气体传感器，相应的气体传感器将每种气体的浓度转变为电压信号，而多余的气体则排到空气中，由气体浓度转变成的电压信号经AD芯片将模拟电压信号转换为数字信号，数字信号由CPU进行分析计算，CPU的分析计算结果输出进入数据库存储和现场显示，还能通过通信网络上传至后台的综合自动化系统。

上述通信网络采用有线通信RS485/232/以太网或无线通信GPRS/CDMA。

上述气体传感器包括可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，所述的可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和乙烷。

上述载气为99.9％的氮气。

上述六通阀由电控装置程序控制。

一种变压器油中气体在线监测装置，包括油路装置、真空脱气膜管、气路装置和电控装置，所述的油路装置包括进油油泵、进油过滤器、出油油泵和出油过滤器，进油油泵及其进油过滤器连接变压器箱体法兰上的进油管路，进油油泵输出连接真空脱气膜管，真空脱气膜管的回油输出通过出油油泵及其出油过滤器连接至变压器油箱；所述的真空脱气膜管内安装有真空渗透膜；所述的气路装置包括六通阀、定量管、色谱柱、传感器、稳压阀、载气瓶、载气阀和压力表；真空脱气膜管分离出的油中气体输出进入六通阀1，六通阀1、六通阀3、定量管、色谱柱、传感器依次连接，构成样气检测支路；载气瓶、载气阀、稳压阀1、稳压阀0、六通阀4、六通阀5、六通阀1依次连接，构成载气推动支路；传感器检测后剩余气体输出通过稳压阀、六通阀、脱气样气过滤器连接至脱气样气出口，排入大气；传感器输出的油中气体浓度电压模拟信号连接模数转换电路，模数转换电路输出连接CPU进行分析计算，CPU输出连接数据库存储器及现场显示器，数据库存储器还通过通信网络连接至后台的综合自动化系统。

上述六通阀3、六通阀4、六通阀5由电控装置程序控制。

上述传感器为可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和乙烷。

上述载气瓶内为99.9％的氮气。

上述通信网络采用有线通信RS485/232/以太网或无线通信GPRS/CDMA。

下面针对附图进一步说明本发明技术方案的具体实施：

图1所示为本发明的变压器油中气体在线监测装置原理框图，装置内的进口油泵通过连接变压器箱体上的法兰的进油油路管道，从变压器油箱中抽油，油经过进油过滤器，进入真空渗透膜，真空渗透膜通过物理作用将油气进行分离，分离出来的油经出油油泵并经出油过滤器进入出油油管，出油油管连接变压器油箱上的法兰，这样经过油气分离的变压器油又重新回到变压器油箱里。分离出来的样气进入六通阀1，同时从载气瓶中出来的载气通过稳压阀的调节进入六通阀4，程序控制六通阀4跟5导通，载气进入六通阀5，程序又控制六通阀5跟六通阀1导通，使其推动前期进入的样气运动，当六通阀1跟3导通时，载气推动样气进入定量管，定量管达到满额时，样气不在进量，载气进入六通阀，载气继续推动定量管里的样气进入色谱柱，色谱柱里的填充物质根据对每种气体的亲和性不同，将混合气体如氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、乙烷和二氧化碳在色谱柱中一段一段分离出来，载气推动每一段气体进入可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，相应的传感器将每种气体的浓度转变为电压信号。而多余的气体则通过六通阀6和2排到空气中。浓度转变成的电压信号输入到AD芯片中，AD芯片将模拟电压信号转变为数字信号，数字信号通过装置CPU的分析计算，根据变压器油的分析可以直观的了解到变压器的运行状态，装置可以自我显示和报警，也可以通过各种通讯协议将数据传递到后台，在后台实时显示，更加安全的监控变压器，免除了每隔一段时间现场检测变压器油的烦恼。

图2所示为本发明变压器油中气体在线监测装置主要部件的布局，它包括电控箱及油路、气路装置、载气装置和色谱柱箱。

我们设计的电控箱及油、气路分离检测装置包括整套装置正常工作的恒温恒湿仪、进口油泵、真空渗透膜和稳压阀，恒温恒湿仪主要确保整个装置在稳定的温度和湿度环境下工作，当温度偏移正常范围或者湿度不适合时恒温恒湿仪就会对环境温湿度进行修复，确保整个环境在最适应的范围之内。进口油泵则是将变压器中的变压器油通过法兰抽到装置内，变压器油经过处理后，在将变压器油返回到变压器中，是实现油气分离的重要元器件。真空渗透膜是真正实现油气分离的元件，油泵抽过来的变压器油经过真空渗透膜之后发生物理反应，根据油和气物质的特性不一样变压器油中的气体进入稳压阀油则经过油泵返回到变压器中，从油中分离出来的气体我们称之为样气。稳压阀是整个气路安全稳定运行的关键元件，它确保整个气体以正确的压力进入其他元件当中，如柱箱中的气管、色谱柱等。

载气装置由载气瓶、气路、压力表和稳压阀组成，载气瓶为99.9％的氮气，是储存载气的，当装置运行时必须先拧开载气瓶上的载气阀释放出载气，载气主要有两个作用，其一清洗整个装置的气路；其二是推动样气运动是样气的动力来源。气路是整个气体运行的场所有稳压阀自动控制调节。压力指示仪有载气瓶指示仪和气路指示仪，载气瓶指示仪指示载气瓶载气的含量；气路指示仪指示整个气路的运行状态。

色谱柱箱是整个装置的核心，包含电动六通阀、定量管、色谱柱和传感器；元器件要求严苛。电动六通阀，顾名思义有六个通道，由程序控制，可以两两导通，是控制气体进入定量管和色谱柱的元件。定量管的作用是采取定量的样气为进入色谱柱做准备。色谱柱是通过色谱柱填充材料对每种气体的特性不一样，将进入的样气分段分离，以便进入传感器分别检测。传感器其作用为将气体的浓度信号转变为电压信号，采样精度高。

本发明变压器油中气体在线监测装置外部接线，包括RS485通讯线和电源线；RS485通讯线为屏蔽电缆线，2芯分别为A跟B上正下负，线截面大于1个平方毫米，它将装置的数据和信息传递到后台在后台软件下实时显示装置的各种状态！电源线为2芯截面大于1.5个平方毫米的电线电缆，接入电源为AC220V、4A和50HZ的工作电源，电压波动范围为±15％。为了确保通讯线和电源线的正常工作不受外部的过多干扰，特别设计安装了信号防雷和电源防雷装置！确保在严苛的工作环境中正常运行。

Claims (10)

1.一种变压器油中气体在线监测方法，其特征在于，进油油泵通过进油管路从变压器油箱中抽油，油经过进油过滤器进入真空脱气膜管内，由真空脱气膜管内的真空渗透膜通过物理作用将油气进行分离，分离出来的气体进入六通阀1、六通阀3支路，与此同时，从载气瓶中出来的载气通过稳压阀的调节后进入六通阀4、六通阀5支路，在程序控制下六通阀4、六通阀5、六通阀1导通连接，使载气依次进入，推动之前进入六通阀1中的油中气体由六通阀3、定量管进入色谱柱，色谱柱里的填充物质根据对每种气体的亲和性不同，将混合气体中的每种气体一段一段分离出来，然后载气推动每一段气体进入气体传感器，相应的气体传感器将每种气体的浓度转变为电压信号，而多余的气体则排到空气中，由气体浓度转变成的电压信号经AD芯片将模拟电压信号转换为数字信号，数字信号由CPU进行分析计算，CPU的分析计算结果输出进入数据库存储和现场显示，还能通过通信网络上传至后台的综合自动化系统显示和监控。

2.根据权利要求1所述的变压器油中气体在线监测方法，其特征在于，所述的通信网络采用有线通信RS485/232/以太网或无线通信GPRS/CDMA。

3.根据权利要求1所述的变压器油中气体在线监测方法，其特征在于，所述的气体传感器包括可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，所述的可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和乙烷。

4.根据权利要求1所述的变压器油中气体在线监测方法，其特征在于，所述的载气为99.9％的氮气。

5.根据权利要求1所述的变压器油中气体在线监测方法，其特征在于，所述的六通阀由电控装置程序控制。

6.一种变压器油中气体在线监测装置，其特征在于，包括油路装置、真空脱气膜管、气路装置和电控装置，所述的油路装置包括进油油泵、进油过滤器、出油油泵和出油过滤器，进油油泵及其进油过滤器连接变压器箱体法兰上的进油管路，进油油泵输出连接真空脱气膜管，真空脱气膜管的回油输出通过出油油泵及其出油过滤器连接至变压器油箱；所述的真空脱气膜管内安装有真空渗透膜；所述的气路装置包括六通阀、定量管、色谱柱、传感器、稳压阀、载气瓶、载气阀和压力表；真空脱气膜管分离出的油中气体输出进入六通阀1，六通阀1、六通阀3、定量管、色谱柱、传感器依次连接，构成样气检测支路；载气瓶、载气阀、稳压阀1、稳压阀0、六通阀4、六通阀5、六通阀1依次连接，构成载气推动支路；传感器检测后剩余气体输出通过稳压阀、六通阀、脱气样气过滤器连接至脱气样气出口，排入大气；传感器输出的油中气体浓度电压模拟信号连接模数转换电路，模数转换电路输出连接CPU，CPU进行分析计算，CPU输出连接数据库存储器及现场显示器，数据库存储器还通过通信网络连接至后台的综合自动化系统。

7.根据权利要求6所述的变压器油中气体在线监测装置，其特征在于，所述的六通阀3、六通阀4、六通阀5由电控装置程序控制。

8.根据权利要求6所述的变压器油中气体在线监测装置，其特征在于，所述的传感器为可燃性气体传感器和二氧化碳传感器，可燃性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔和乙烷。

9.根据权利要求6所述的变压器油中气体在线监测装置，其特征在于，所述的载气瓶内为99.9％的氮气。

10.根据权利要求6所述的变压器油中气体在线监测装置，其特征在于，所述的通信网络采用有线通信RS485/232/以太网或无线通信GPRS/CDMA。