CN105738548B - 一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备 - Google Patents

Abstract

本发为一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，包括气源接口、气路系统、控制模块、检测模块和电源模块，电源模块包括滤波器和变压器，电源模块为整个设备供电，气源接口通过气路系统连接检测模块，控制模块控制电磁阀和四通阀的开闭，该分析设备还包括脱气模块，脱气模块与气路系统相连。本发明操作简单，进样方便：该方法可实现绝缘油气相色谱的自动分析，分析时只需进样一次，其余操作自动进行；分析灵敏度高：通过动态顶空脱气法对样品油脱气，通过热导检测器和氢焰检测器实现特征气体的检测，本发明设备简单，便于携带：实现了色谱的全自动分析，实施所需设备方便携带，可以很容易的携带到现场快速分析。

Description

一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备

技术领域

本发明涉及到绝缘油气相色谱法分析技术领域，具体涉及一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备。

背景技术

绝缘油中溶解气体的含量是变压器等大型油电气设备投运前的一个重要验收指标，也是衡量充油设备运行状况的一个重要依据。油中溶解气体含量的变化趋势反映了设备的潜伏性缺陷，所以越来越受到发电厂、供电局等电力生产单位的重视。

当前，市面上的便携式检测设备分光声光谱法和色谱法。

光声光谱法设备可实现全自动分析，但烃类的最小检测浓度在1μL/L左右，达不到“GB/T 17623 变压器油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法”标准的要求。

色谱法设备最小检测浓度能达到国标要求，但需要先通过振荡脱气，再将气样转移进样，操作繁琐，容易引入误差，不能实现全自动化，而且分析周期长，振荡脱气时间加色谱分析时间接近1小时。

发明内容

有鉴于此，针对目前市面上的便携式油色谱分析仪器操作复杂、灵敏度低等问题，本发明提出了一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，可以自动分析绝缘油中的溶解气体，分析灵敏度高，设备简单，体积小，便于携带。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，包括气源接口、气路系统、控制模块、检测模块和电源模块，电源模块包括滤波器和变压器，电源模块为整个设备供电，气源接口通过气路系统连接检测模块，气路系统包括多个电磁阀、多个EPC和四通阀，检测模块包括依次相连的色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰检测单元NiFID，控制模块控制电磁阀和四通阀的开闭，所述便携全自动绝缘油溶解气体分析设备还包括脱气模块，脱气模块包括进油口、进油阀、排油阀、定油管和脱气柱，进油口连接进油阀输入端，进油阀包括两个输出端，一端连接脱气柱的输入端，另一端连接定油管，定油管的另一侧连接排油阀，排油阀和脱气柱的输出端连接至气路系统。

所述检测模块输入端连接至四通阀第四接口，检测模块与四通阀之间设有进样口，进样口和进油口通过注射方式进样或进油。

所述气源接口有三个端口，分别连接氮气源、氢气源和空气源。

所述氮气源端口输出两条支路：

支路一：氮气源端口经载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管连接至四通阀第三接口，第一EPC与第一电磁阀之间通过气阻连接至四通阀第二接口，四通阀第一接口通过第二热导检测器TCD连接至大气中；

支路二：氮气源端口经第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀连接至第一电磁阀。

所述氢气源端口经氢气电磁阀、第三EPC连接至镍氢焰检测单元NiFID。

所述空气源端口输出两条支路：

支路三：空气源端口经气阻管连接至第二电磁阀；

支路四：空气源端口经第四EPC连接至镍氢焰检测单元NiFID。

所述脱气模块的脱气柱的输出端连接至第三电磁阀和第一电磁阀之间，排油阀连接至第三电磁阀。

所述气源集成设置为气源模块，包括一个净化器，气源模块采用快插式软管与气路系统连通。

所述检测模块的检测结果转换为电信号，电信号经放大器处理后，通过USB信号输出端口或WiFi接口输出给工作站。

所述定油管、色谱柱、热导检测器集成放置在体积较小的柱箱内，所述镍氢焰检测单元NiFID包括集成设置的镍氢焰检测器、转化炉和加热器。

本发明的有益效果如下：

1.操作简单，进样方便：该方法可实现绝缘油气相色谱的自动分析，分析时只需进样一次，其余操作自动进行；

2.分析灵敏度高：通过动态顶空脱气法对样品油脱气，通过热导检测器和氢焰检测器实现特征气体的检测，最小检测浓度完全达到“GB/T 17623 变压器油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法”标准的要求；

3.本发明设备简单，便于携带：实现了色谱的全自动分析，实施所需设备方便携带，可以很容易的携带到现场快速分析；

4.本发明各元器件集成设置，设备体积小；定油管、色谱柱、高灵敏度热导检测器集合放置在体积较小的柱箱内，为了节省转化炉与氢焰检测器的空间，将氢焰检测器与转化炉整合成为一个镍氢焰检测单元，共用加热器件，缩小了模块体积，气源模块与主机集成在一个可移动式箱体内，实现了气源、主机的一体性，方便使用，减小了整机的体积。气源模块采用快插式软管与主机连通，由于软管的形状可变性，气路与油路占用空间极小。

附图说明：

图1 为本发明总体结构正视示意图；

图2 为本发明总体结构后视示意图；

图3 为本发明总体结构左视示意图；

图4 为本发明气路连接关系示意图；

图5为本发明整体外形示图；

具体实施方式：

依照以下的附图详细说明关于本发明的示例性实施例。其中，图中标号含义如下：

1-进油口，2-脱气柱，3-进样口，4-色谱柱，5-镍氢焰检测单元NiFID，6-第四EPC，7-排油阀，8-第二EPC，9-第一EPC，10-载气电磁阀，11-第三EPC，12-氢气电磁阀，13-控制模块，14-净化器，15-主板，16-开关电源，17-滤波器，18-变压器，19-放大器，20-点火板，21-USB信号输出端口，22-电源插口，23-轴流风机，100-氮气源，101-气阻，102-四通阀，103-第二TCD，104-第一电磁阀，105-第二电磁阀，106-第三电磁阀，107-定气管，108-第一TCD，201-进油阀，202-定油管，203-排油口，300-氢气源，400-空气源，401-气阻管。

如图所示，本发明实施例提供了一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，包括气源接口、气路系统、控制模块13、检测模块和电源模块，电源模块包括滤波器17和变压器18，220V电压经滤波器17滤波和变压器18变压后为整个设备供电，气源接口通过气路系统连接检测模块，气路系统包括多个电磁阀、多个EPC和四通阀102，检测模块包括依次相连的色谱柱4、第一热导检测器TCD 108和镍氢焰检测单元NiFID 5，控制模块13控制电磁阀和四通阀102的开闭，便携全自动绝缘油溶解气体分析设备还包括脱气模块，脱气模块包括进油口1、进油阀201、排油阀7、定油管202和脱气柱2，排油阀7输出端口连接排油口203，进油口1连接进油阀201输入端，进油阀201包括两个输出端，一端连接脱气柱2的输入端，另一端连接定油管202，定油管202的另一侧连接排油阀7，排油阀7和脱气柱2的输出端连接至气路系统。

四通阀102有四个接口，分别为第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，四通阀断电时，第一接口与第二接口连通，第三接口与第四接口连通；四通阀通电时，第一接口与第三接口连通，第二接口与第四接口连通。

检测模块输入端连接至四通阀102第四接口，检测模块与四通阀102之间设有进样口3，进样口3和进油口1通过注射方式进样或进油。

气源接口有三个端口，分别连接氮气源100、氢气源300和空气源400。

氮气源100端口输出两条支路：

支路一：氮气源100端口经载气进油阀阀0、第一EPC 9、第一进油阀阀04、定气管107连接至四通阀第三接口，第一EPC 9与第一进油阀阀04之间通过气阻101连接至四通阀第二接口，四通阀第一接口通过第二热导检测器TCD 103连接至大气中；

支路二：氮气源100端口经第二EPC 8、第二进油阀阀05、第三进油阀阀06连接至第一进油阀阀04。

氢气源300端口经氢气进油阀阀2、第三EPC 11连接至镍氢焰检测单元NiFID 5。

空气源400端口输出两条支路：

支路三：空气源400端口经气阻管401连接至第二进油阀阀05；

支路四：空气源400端口经第四EPC 6连接至镍氢焰检测单元NiFID 5。

脱气模块的脱气柱2的输出端连接至第三进油阀阀06和第一进油阀阀04之间，排油阀7连接至第三进油阀阀06。

气源集成设置为气源模块，包括一个净化器14，气源模块采用快插式软管与气路系统连通。

检测模块的检测结果转换为电信号，输出给工作站，电信号经放大器19处理后，通过USB信号输出端口21或WiFi接口输出给工作站。

定油管202、色谱柱4、热导检测器集成放置在体积较小的柱箱内，所述镍氢焰检测单元NiFID 5包括集成设置的镍氢焰检测器、转化炉和加热器。本发明内部检测器和气源采用模块化、小型化设计，减小了整机的体积。

本发明实施例进行检测的工作流程如下：

步骤一：将样油通过进油口注入脱气模块，样油流经定油管、排油阀后通过排油口流出，当排油口有柱状油流出时，停止注入；

步骤二：对定油管的样油进行预热一段时间；

步骤三：从气源通过气路系统输入高纯氮气，对脱气模块中样油进行动态顶空脱气，动态顶空脱气所萃取的样品气通过气路、定气管和四通阀进入第二热导检测器TCD；

步骤四：脱气过程结束后，打开或关闭相应的阀门，组成分析气路，从氮气源输入高纯氮气，通过气路经定气管和四通阀进入检测系统的色谱柱，同时将定气管中的样品气带入检测模块进行分析检测；

步骤五：将步骤四的分析结果输出同时进行吹扫流程；

其中，步骤一具体包括：

将注射器垂直插入进油口底部，垂直方向均匀用力将油样推入脱气模块，当排油口中有柱状油样流出时，说明油已注满，将注射器垂直取出，注射器可选用50ml至200ml的注射器。

步骤二中预热时间为1~5分钟，预热温度为50~70℃。

步骤三的动态顶空脱气具体包括以下步骤：

步骤1：排油阀、第一电磁阀、四通阀同时上电，组成脱气气路流程，即高纯氮气经过第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀、排油阀、定油管、脱气柱、第一电磁阀、定气管、四通阀和第二热导检测器TCD连通至大气中；

步骤2：从脱气柱中萃取的样品气，经第一电磁阀、定气管、四通阀进入第二热导检测器TCD，第二热导检测器TCD用于测试脱气效率极值点，通过谱图直观的反映出脱气效率最大值，保证仪器的灵敏度要求。

步骤四具体包括以下步骤：

步骤1：排油阀、第一电磁阀、四通阀同时断电，组成分析气路流程，即高纯氮气经过载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管、四通阀、进样口、色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰排至大气中；

步骤2：在定气管中捕集的样品气，随着高纯氮气进入色谱柱；

步骤3：样品气经过色谱柱分离，不同的组分被热导检测器和镍氢焰检测单元NiFID进行一定时间的分析采集，并转化为电信号。

步骤五中的分析结果输出到工作站，工作站自动保存谱图于样品记录库，输出样品计算结果。

另外，步骤一之前还包括标样流程，标样流程具体包括以下步骤：

步骤1：使用注射器将标气注入进样口，注射器为1ml注射器；

步骤2：高纯氮气经过载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管、四通阀、进样口、色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰检测单元NiFID连通至大气中，标气会随着高纯氮气进入色谱柱，经过色谱柱分离，不同的组分被热导检测器和镍氢焰检测单元NiFID放大器转换成为电信号，输出到工作站；

步骤3：工作站经过一定时间的采集分析后，自动保存谱图与标样记录库，标样采集结束。

步骤五中的吹扫流程具体包括：

步骤1：大流量的空气经过第二电磁阀、第三电磁阀、脱气柱、进油阀阀、定油管、排油阀连通至废油瓶中；

步骤2：高纯氮气吹扫油路流程；高纯氮气经过第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀、排油阀、定油管、脱气柱、第一电磁阀、定气管、四通阀和第二热导检测器TCD连通至大气中。

各气路流程流程说明：

分析气路流程：氮气源经过载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管、四通阀、进样口、色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰检测单元NiFID连通至大气中。

样油进油流程：样品油经进油阀阀、定油管、排油阀、排油口连通至废油瓶，同时排油阀与其上部油管连通，油管中有柱状油样流出时，油样定量完成。

脱气气路流程：氮气源经过第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀、排油阀、定油管、脱气柱、第一电磁阀、定气管、四通阀和第二热导检测器TCD连通至大气中。

空气吹扫气路流程：空气源经过第二电磁阀、第三电磁阀、脱气柱、进油阀阀、定油管、排油阀、排油口连通至废油瓶中。

氮气吹扫气路流程：氮气源经过第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀、排油阀、定油管、脱气柱、第一电磁阀、定气管、四通阀和第二热导检测器TCD连通至大气中。

更为具体操作步骤如下：

1）标样流程说明

步骤1：打开电源开关，确保所有设备都已上电，启动电脑，然后打开氮气源和氢气源上的开关阀。

步骤2：运行色谱工作站，检查通讯是否正常(各路温度应有室温附近的显示，压力、流量应指示正常)，此时工作站的智能控制功能会启动，自动判断工况，在适宜的时候升温、点火、加桥流。

步骤3：待基线输出稳定后，设备进入了稳定状态。在工作站操作界面上，点击“标样”虚拟按键，然后使用1ml注射器，取1ml的标气，推入气路流程图的进样口中，当进针结束后，工作站会迅速的自动开始采集，保证进样时间重复性与准确性。

分析流程：标样分析时，所有的电磁阀都没有上电，组成标样分析气路（高纯氮气经过载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管、四通阀、进样口、色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰检测单元NiFID排至大气中）。标气会随着高纯氮气进入色谱柱，经过色谱柱分离，不同的组分被热导检测器和氢焰检测器放大器转换成为电信号，输出到工作站。经过9分钟的采集分析后，工作站自动保存谱图与标样记录库，标样采集结束。

色谱仪带有标样校正的功能，通过当前采集的标样校正因子对比仪器设置好的校正因子，软件计算出校正差值。标样操作主要目的是校正设备的准确性，无需每日操作。

2）油样流程说明

步骤1：打开电源开关，确保所有设备都已上电，启动电脑，然后打开氮气源和氢气源上的开关阀。

步骤2：运行色谱工作站，检查通讯是否正常(各路温度应有室温附近的显示，压力、流量应指示正常)，此时工作站的智能控制功能会启动，自动判断工况，在适宜的时候升温、点火、加桥流。

步骤3：待基线输出稳定后，设备进入了稳定状态。在工作站操作界面上，点击“样品”虚拟按键，再将100ml注射器垂直插入进油口底部，垂直方向均匀用力将油样推入色谱仪（即本发明），当排油管中有柱状油样流出时，说明油已注满，将注射器垂直取出，完成注油操作设备会自动对油样进行动态顶空脱气，然后萃取出的样品气经过9分钟的采集分析，工作站自动保存谱图于样品记录库，输出样品计算结果，至此样品采集结束。

分析流程：点击工作站“样品”虚拟按键，进油阀阀打开，样品油从进油阀阀进入流经定油管于排油阀流出，当排油阀所接油管中有柱状油样流出时，油样定量完成，进油阀阀会自动关闭。定油管在柱箱中放置，60℃恒温柱箱对所要分析的油样进行预热2分钟。

工作站自动进行脱气分析，排油阀、第一电磁阀、四通阀同时上电，组成脱气气路流程（高纯氮气经过第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀、排油阀、定油管、脱气柱、第一电磁阀、定气管、四通阀和第二热导检测器TCD排至大气中）。从脱气柱中萃取的样品气，经第一电磁阀、定气管、四通阀进入第二热导检测器TCD，第二热导检测器TCD用于测试脱气效率极值点，通过谱图直观的反映出脱气效率最大值，保证仪器的灵敏度要求。

脱气结束后，排油阀、第一电磁阀、四通阀同时断电，组成分析气路流程（高纯氮气经过载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管、四通阀、进样口、色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰检测单元NiFID排至大气中）。在定气管中捕集的样品分析气体，会随着高纯氮气进入色谱柱，经过色谱柱分离，不同的组分被热导检测器和镍氢焰检测单元NiFID转换成为电信号，输出到工作站。设备进行采集分析同时进行油路吹扫的气路流程，大流量的空气经过第二电磁阀、第三电磁阀、脱气柱、进油阀阀、定油管、排油阀排至废油瓶中。大流量空气吹扫结束后，进行高纯氮气吹扫油路流程（高纯氮气经过第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀、排油阀、定油管、脱气柱、第一电磁阀、定气管、四通阀和第二热导检测器TCD排至大气中），至此一个油样分析流程结束。再次点击工作站“样品”虚拟按键，即可循环上述流程进行下一个油样分析。

另外，如图5所示，本发明在主机箱体底部还可设有可自锁万向轮，侧面配有拉杆，同时箱体两侧配有提手，这一系列配置，保证了整机的移动方便性、搬运方便性，万向轮锁死后又可将整机固定，方便操作、使用。主机箱体箱盖采用可180°开口的铰接形式安装，打开后箱盖可作为简易工作台使用，同时配有一块衬板，衬板在不用时放置在大箱体内部，使用时将其扣在箱盖上，起到稳固作用，就成为了一个平整、稳固的工作台，方便现场操作使用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，包括气源接口、气路系统、控制模块、检测模块和电源模块，电源模块包括滤波器和变压器，电源模块为整个设备供电，气源接口通过气路系统连接检测模块，气路系统包括多个电磁阀、多个EPC和四通阀，检测模块包括依次相连的色谱柱、第一热导检测器TCD和镍氢焰检测单元NiFID，控制模块控制电磁阀和四通阀的开闭，其特征在于，所述便携全自动绝缘油溶解气体分析设备还包括脱气模块，脱气模块包括进油口、进油阀、排油阀、定油管和脱气柱，进油口连接进油阀输入端，进油阀包括两个输出端，一端连接脱气柱的输入端，另一端连接定油管，定油管的另一侧连接排油阀，排油阀和脱气柱的输出端连接至气路系统，所述气源接口有三个端口，分别连接氮气源、氢气源和空气源，所述氮气源端口输出两条支路： 支路一：氮气源端口经载气电磁阀、第一EPC、第一电磁阀、定气管连接至四通阀第三接口，第一EPC与第一电磁阀之间通过气阻连接至四通阀第二接口，四通阀第一接口通过第二热导检测器TCD连接至大气中； 支路二：氮气源端口经第二EPC、第二电磁阀、第三电磁阀连接至第一电磁阀； 所述氢气源端口经氢气电磁阀、第三EPC连接至镍氢焰检测单元NiFID； 所述空气源端口输出两条支路： 支路三：空气源端口经气阻管连接至第二电磁阀； 支路四：空气源端口经第四EPC连接至镍氢焰检测单元NiFID。

2.根据权利要求1所述的便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，其特征在于，所述检测模块输入端连接至四通阀第四接口，检测模块与四通阀之间设有进样口,进样口和进油口通过注射方式进样或进油。

3.根据权利要求1所述的便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，其特征在于，所述脱气模块的脱气柱的输出端连接至第三电磁阀和第一电磁阀之间，排油阀连接至第三电磁阀。

4.根据权利要求1所述的便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，其特征在于，所述气源集成设置为气源模块，包括一个净化器，气源模块采用快插式软管与气路系统连通。

5.根据权利要求1所述的便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，其特征在于，所述检测模块的检测结果转换为电信号，电信号经放大器后，通过USB信号输出端口或WiFi接口输出给工作站，工作站用于保存谱图到样品记录库，输出计算结果。

6.根据权利要求1所述的便携全自动绝缘油溶解气体分析设备，其特征在于，所述定油管、色谱柱、热导检测器集成放置在体积较小的柱箱内，所述镍氢焰检测单元NiFID包括集成设置的镍氢焰检测器、转化炉和加热器。