CN107132103B - 一种真空恒温油气分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空恒温油气分离系统，包括油路循环单元、脱气室、冷阱、真空泵、电磁阀、排气口、控制单元等，其中与变压器相连的油路循环单元更新油路中的变压器油完成油采样，真空泵对脱气室进行抽真空，油样恒温进到脱气室，进行真空恒温油气分离，分离出的气体经冷阱、真空泵进入后续气体检测单元的吸收池，控制单元对各部分进行控制，使各部分密切配合，完成油气分离过程。本发明的油气分离系统结合油路更新、真空恒温脱气、冷阱于一体，具有结构简单、油气分离快速、重复性好、稳定性高、避免油气污染等优点，可用于变压器油中溶解气体的准确检测。

Description

一种真空恒温油气分离系统

技术领域

本发明属于检测仪器领域，具体涉及一种真空恒温油气分离装置，尤其涉及一种用于变压器油中溶解气体检测的油气分离系统。

背景技术

随着智能电网技术的发展，电力设备比如变压器的在线监测技术得到广泛的应用，而此检测技术是通过对变压器油中溶解气体成分的分析判断来实现的。因此，要想实现此技术，首先必须得对溶解在变压器油中的故障特征气体进行有效的分离，再将分离出来的气体进行成分检测和分析，从而对变压器进行故障判断和预测。

变压器油的脱气方法有很多种，但其原理都是基于气体在油、气两相间的分配平衡，不同的脱气方法采用不同的技术来改变平衡条件。目前主要的脱气方法有：膜平衡脱气、振荡脱气、真空脱气等方法。膜平衡脱气时间极长，每一组分的平衡时间不同，很难真实反映油中溶解气体的体积分数，脱气效率低；振荡脱气是在一定的恒温条件下的不完全脱气，效率低、重复性差，易受温度、压力、浓度等条件的影响；真空脱气时间短、效率高，重复性好。

但是，现有技术的真空脱气方法中还存在分离出的气体中高沸点成分容易污染气体检测系统中的气体吸收池、影响检测灵敏度和准确性，造成检测系统维修频繁的问题。

发明内容

为克服现有技术油气分离系统的上述问题，经对大量的研究和反复实验，我们提供了一种新的真空恒温油气分离系统，其采用了油路更新循环、真空恒温脱气技术和冷阱技术，在提高油气分离效率的同时，也避免了分离出的气体中高沸点组分对于气体检测单元吸收池的污染从而对气体检测造成影响。本发明的具体技术方案如下。

一种油气分离系统，其包括：油路循环单元，脱气室，冷阱，真空泵，电磁阀，排气口，控制单元，其中，所述油路循环单元与变压器相连，用于更新油路中的变压器油和油样采集；还通过电磁阀与脱气室相连，向所述脱气室中提供油样，并将脱气处理后的油样送回到变压器中；所述脱气室通过电磁阀与所述油路循环单元相连，用于对变压器油样进行真空恒温脱气处理、并回收油样；还通过电磁阀与冷阱相连，脱气室脱出的气体经过电磁阀、冷阱进入后端模块；所述冷阱通过电磁阀与所述脱气室相连，用于冷凝从所述脱气室中分离出来的气体中的高沸点组分；所述真空泵通过电磁阀与冷阱和所述脱气室相连，用于通过抽真空使冷阱、脱气室等内部形成负压，为变压器油中溶解气体的分离提供分离环境；所述排气口是用于油气分离环境抽真空时气体的排出口、清洗系统后背景气的排出口以及分离出的气体完成检测时的排出口；所述控制单元与油路循环单元、真空泵、电磁阀、脱气室、冷阱相连接，用于控制油气分离系统的运行。

在一种实施方式中，上述冷阱还通过电磁阀、真空泵与后续气体检测单元的吸收池相连，以供待检测气体组分进入该气体检测单元的吸收池。

可选地，冷阱底部通过电磁阀与脱气室连通以供分离出的气体中高沸点组分冷凝后排出，避免影响气体检测结果。

在一种实施方式中，上述真空泵还通过电磁阀与气体检测单元的吸收池相连，用于使该气体检测单元的气体吸收池内部形成负压，以供待检测气体通过真空泵进入该气体吸收池。

在一种实施方式中，上述系统还可以包含背景气入口，与背景气模块相连，给气体检测提供背景气。背景气还可以用于清洗系统，以减小气体残留所带来的气体检测误差。

根据本发明的一个方面，上述油路循环单元包括进油阀、进油管道、过滤器、恒温室、电磁阀、回油管道、油泵、回油阀。其中，油泵用于驱使变压器油进行油路循环，变压器油依靠油泵推动，经进油阀进入进油管道，经过滤器、恒温室、电磁阀后进入回油管道，再经回油阀后流回到变压器，完成油路更新，避免采集过时油样，保证采样正确；所述过滤器用于过滤变压器油中的杂质，避免其进入管道及脱气室；所述恒温室用于对油样加热至预定温度，使油样恒温进到脱气室。

上述油路循环单元中，恒温室、电磁阀、油泵等装置的连接次序可以根据需要进行调整。比如进油阀、进油管道、过滤器、恒温室、回油管道、电磁阀、油泵、回油阀可以依次连接。

油路更新能够保障系统所采集的待进入脱气室的油样是“实时(real-time)状态”下的变压器油，因此气体检测结果真实地反映了实时状态的变压器工作情况，由于检测结果及时、准确，这对于变压器运行状况的在线监测具有重要的指导意义。

上述油路循环单元中的恒温室用于保障油路中的变压器油恒温，使油样在预定温度下进入脱气室，避免油样与脱气室内部温度相差过大，利于油气分离的顺利进行。

上述脱气室是对油样实施真空油气分离的装置。脱气室的形状可以是任何适合于实现真空下气液分离、并利于回收残留液体的形状。在一种优选的实施方式中，上述脱气室主体为圆柱体结构，内部中空，下部呈圆锥体状。

上述脱气室上可设有进油口通过电磁阀与进油管道相连，设有出气口通过电磁阀与冷阱相连，在底部设有出油口通过电磁阀与回油管道相连。

优选地，上述脱气室设有温度传感器、压力传感器、液位传感器和恒温模块，其中温度传感器和压力传感器分别对脱气室的环境温度和压力进行监测；液位传感器用于对变压器油的采样量及变压器油回流量进行监测；恒温模块用于调节和控制脱气室温度，提供恒温环境，利于真空恒温脱气。

优选地，上述脱气室采用选自耐腐蚀耐油耐压的材质，优选不锈钢材质。

在一种实施方式中，上述冷阱由制冷模块和外部散热模块组成，通过制冷器件制冷，同时外部散热模块采用热管导热技术实现高效散热，冷阱对脱气室分离出的气体进行冷却，冷凝气体中的高沸点成分，避免了对后续气体检测单元的吸收池造成污染而影响检测准确性。

优选地，上述控制单元还可与液位传感器、温度/压力传感器、恒温模块以及后续气体检测单元的吸收池连接。控制单元与油路循环单元、真空泵、电磁阀、脱气室、冷阱、液位传感器、温度/压力传感器、恒温模块、排气口电磁阀、背景气入口电磁阀以及后续的气体检测单元的连接包括电连接和/或通信连接。

根据本发明的一个方面，上述控制单元具备自检、闭锁等功能，从而提高控制油气分离系统运行的安全等级。

本发明的真空恒温油气分离系统可用于检测变压器油中溶解气体，所述气体成分选自N₂、O₂、H₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、CO、CO₂中的一种或两种以上。

本发明的油气分离系统将油路更新、真空恒温脱气、冷阱技术结合于一体，在油气分离过程中全程处于负压环境下，油气分离速度快；在恒温条件下实现油气平衡，重复性好；而且有效地避免了分离出的气体中高沸点组分对于气体检测单元吸收池的污染，提高了检测灵敏度和准确性，保证了检测结果稳定性高。该油气分离系统还具有结构简单、成本低的特点。

附图说明

图1是根据本发明的一个真空恒温油气分离系统实施例的结构示意图。

附图标记说明：1、真空恒温油气分离系统；2、油路循环单元；3、脱气室；4、真空泵；5、冷阱；6、控制单元；7、气体检测单元的吸收池；8(包括81～89)、电磁阀；9、变压器；14、排气口；15、背景气入口；21、进油阀；22、进油管道；23、过滤器；24、恒温室；25、回油管道；26、油泵；27、回油阀；31、恒温模块；32、进油口；33、液位传感器；34,34’、温度传感器和/或压力传感器；35、出气口；36、出油口。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式；并且附图中所示的结构和逻辑关系仅仅是示意性的，并不代表实物。需要说明的是，基于本发明中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明中，术语“油气分离系统”、“真空油气分离系统”、“系统”和“真空恒温油气分离系统”表示相同的意义，可以互换使用。

在本发明中，术语“高沸点”表示沸点高于作为待检测对象的变压器油中溶解气体组分比如CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆等的沸点。本文中，高沸点组分是指从脱气室中分离出来的气体中除待检测的变压器油中溶解气体之外的残留石油组分，比如中链烷烃等。相对应地，术语“低沸点”表示作为待检测对象的变压器油中溶解气体组分比如CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、CO、CO₂等故障特征气体的沸点。

本文中，术语“前”表示沿着油路和气路运行次序或方向的上游关系，但并不意味着实际设备部件安装操作中的位置关系或连接关系。类似地，术语“后”、“上”、“下”等并不构成绝对的空间关系限制，只是一种相对的概念，这是本领域技术人员都能够理解的。

参见图1，本发明的真空恒温油气分离系统1主要包括：油路循环单元2，脱气室3，冷阱5，真空泵4，电磁阀8，排气口14，控制单元6。以下分别描述这些部分。

油路循环单元2与变压器9相连，用于更新油路中的变压器油和油样采集；还通过电磁阀86、电磁阀87与脱气室3相连，向所述脱气室3中提供油样，并将脱气处理后的油样送回到变压器9中。油路更新能够保障系统1所采集的待进入脱气室3的恒温油样是实时状态的变压器油，因此气体检测结果真实地反映了实时状态的变压器9的工作情况，有利于在线监测变压器9运行状况。

油路循环单元2包括依次连接的进油阀21、进油管道22、过滤器23、恒温室24、电磁阀81、回油管道25、油泵26、回油阀27。其中，油泵26用于驱使变压器油进行油路循环，变压器油依靠油泵26推动、经进油阀21进入进油管道22，经过滤器23、恒温室24后，通过电磁阀81进入回油管道25，再经回油阀27后流回到变压器9，完成油路更新，避免采集过时油样，保证采样正确。其中过滤器23用于过滤变压器油中的杂质，避免其进入管道及脱气室3；恒温室24用于对油样加热至预定温度，使油样恒温进到脱气室3。

油路更新能够保障系统1所采集的待进入脱气室3的油样是“实时(real-time)状态”下的变压器油，因此气体检测结果真实地反映了实时状态的变压器9工作情况，由于检测结果及时、准确，这对于变压器9运行状况的在线监测具有重要的指导意义。

上述油路循环单元2中的恒温室24用于保障油路中的变压器油恒温，使油样在预定温度下进入脱气室3，避免油样与脱气室3内部温度相差过大，利于油气分离的顺利进行。

需要说明的是，油路循环单元2中的这些装置的连接位置、顺序和数量并非是固定不变的。本领域技术人员可以根据实际需要调整它们的连接位置、顺序和数量，只要能实现油路循环单元2的功能、并且不显著降低其工作效率即可。比如过滤器23、恒温室24、电磁阀81、油泵26的位置、顺序和数量都是可调整的。

脱气室3通过电磁阀87与油路循环单元2相连，用于对变压器油样进行真空恒温脱气处理、并回收油样；还通过电磁阀82与冷阱5相连，向冷阱5提供气体；

脱气室3是对油样实施真空油气分离的装置。脱气室3的形状可以是任何适合于实现真空下液气分离、并利于回收残留液体的形状。在一种优选的实施方式中，脱气室3主体为圆柱体结构，内部中空，下部呈圆锥体状。在另一种实施方式中，上述脱气室3主体为箱体结构。

脱气室3上可设有进油口32并通过电磁阀86与进油管道22相连，设有出气口35并通过电磁阀82与冷阱5相连，并在底部设有出油口36通过电磁阀87与回油管道25相连。

脱气室3优选设有温度传感器34、压力传感器34’、液位传感器33和恒温模块31，其中温度传感器和压力传感器34,34’分别对脱气室3的环境温度和压力进行监测；液位传感器33用于对变压器油的采样量及变压器油回流量进行监测；恒温模块31用于调节和控制脱气室3温度从而提供恒温环境，利于真空恒温脱气。

脱气室3优选采用耐腐蚀耐油耐压的材质，包括但不限于不锈钢，更优选不锈钢材质。

冷阱5通过电磁阀82与脱气室3相连，用于冷凝从脱气室3中分离出来的气体中的高沸点组分。冷阱5还通过电磁阀83、84、85与后续气体检测单元的吸收池7相连，以供待检测气体组分进入该气体检测单元的吸收池7。由于阻挡了分离出的气体中高沸点组分，避免了对后续的气体检测单元的吸收池7造成污染而影响检测准确性。

可选地，冷阱5底部电磁阀82与脱气室3连通以供分离出的气体中高沸点组分冷凝后排出，避免影响气体分离效率。

真空泵4通过电磁阀83、82与冷阱5和脱气室3相连，用于通过抽真空使冷阱5、脱气室3等内部形成负压，为变压器油中溶解气体的分离提供分离环境；

真空泵4还可通过电磁阀84、85与气体检测单元的吸收池7相连，用于使该气体检测单元的气体吸收池7内部形成负压，以供待检测气体进入该气体吸收池7。

排气口14是用于油气分离环境抽真空时气体的排出口、清洗系统后背景气的排出口以及分离出的气体完成检测时的排出口。

系统1还可以包含背景气入口15，与背景气模块(未图示)相连，给气体检测提供背景气。所述背景气还可以用于清洗系统1，以减小气体残留所带来的气体检测误差。

控制单元6与油路循环单元2、真空泵4、电磁阀8、脱气室3、冷阱5、排气口14电磁阀88、背景气入口15电磁阀89相连接，用于控制油气分离系统1的运行。控制单元6还可与液位传感器33、温度/压力传感器34,34’、恒温模块31以及后续气体检测单元的吸收池7的连接。控制单元6与油路循环单元2、真空泵4、电磁阀8、脱气室3、冷阱5、液位传感器33、温度/压力传感器34,34’、恒温模块31、排气口14电磁阀88、背景气入口15电磁阀89以及后续的气体检测单元的连接包括电连接和/或通信连接，而不仅仅限于电连接。通信连接包括有线连接和无线连接。比如采用无线通信连接时，可以实现对于真空恒温油气分离系统1的远程控制。

优选地，控制单元6还可具备自检、闭锁等功能，从而提高控制油气分离系统1运行的安全等级。

真空恒温油气分离系统1的工作流程简述如下：

初始状态，所有电磁阀8关闭，油泵26、真空泵4、冷阱5未启动。打开进油阀21、电磁阀81、油泵26、回油阀27，变压器油依靠油泵26驱动进入进油管道22，经过滤器23过滤，经恒温室24、电磁阀81进入回油管道25，经油泵26、回油阀27后回到变压器9。借此油路循环单元1完成管道中变压器油的更新，此时采集的油样真实地代表此刻变压器9中变压器油的状况。油路循环完成后，关闭电磁阀81、油泵26。接着通过控制单元6控制恒温室24对其中变压器油加热到预定温度，与此同时打开真空泵4、电磁阀82、电磁阀83、电磁阀85、电磁阀88，对脱气室3、冷阱5、后端气体检测单元中的吸收池7进行抽真空，此时可通过脱气室3上的温度和压力传感器34,34’来监测脱气室3的情况。抽真空完成后，打开连接背景气模块(未图示)的背景气入口15电磁阀89，通过背景气清洗脱气室3、冷阱5及后端气体检测单元的吸收池7。清洗完成后，关闭电磁阀89、电磁阀88、真空泵4、电磁阀82、电磁阀83、电磁阀85。打开冷阱5，开始制冷，直到冷阱5制冷达到预设温度，同时控制单元6控制脱气室3的恒温模块31进行加热，并通过温度/压力传感器34,34’反馈脱气室3温度。当变压器油加热到预设温度，打开电磁阀86，变压器油依靠压差恒温进入脱气室3，液位传感器33可监测脱气室3的进油量，当油量到达预设量时，液位传感器33报警，关闭电磁阀86。油气平衡后，同时确保冷阱达到预设温度，打开电磁阀82、电磁阀83，真空泵4、电磁阀84，脱气处理后的气体经由脱气室3的出气口35、电磁阀82、经冷阱5冷却、再经由电磁阀83、真空泵4、电磁阀84进入气体检测单元的吸收池7，从而完成真空脱气过程。关闭电磁阀84、真空泵4、电磁阀83、电磁阀82，后端气体检测单元可开始检测。同时，打开电磁阀87、油泵26、将脱气室3中的变压器油回流到变压器9中，可通过液位传感器33监测，当回流完成后，液位传感器33报警，关闭电磁阀87、油泵26。当气体检测单元完成检测后，打开真空泵4、电磁阀85、电磁阀88，将后端气体检测单元的吸收池7中气体通过排气口14排出，关闭电磁阀88、电磁阀85、真空泵4，油气分离系统1工作结束。

变压器油中溶解气体组分主要有N₂、O₂、H₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、CO、CO₂等故障特征气体。真空恒温油气分离系统1可以有效地将它们从变压器油中分离出来，并提供给后续的气体检测单元以便检测各组分的含量。

需说明的是，在本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上实施例仅用以说明本发明专利的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明专利各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种真空恒温油气分离系统，其包括：油路循环单元，脱气室，冷阱，真空泵，电磁阀，排气口，控制单元，背景气入口，其中，

所述油路循环单元与变压器相连，用于更新油路中的变压器油和油样采集；还通过电磁阀与脱气室相连，向所述脱气室中提供油样，并将脱气处理后的油样送回到变压器中；

所述脱气室通过电磁阀与所述油路循环单元相连，用于对变压器油样进行真空恒温脱气处理、并回收油样；还通过电磁阀与冷阱相连，脱气室脱出的气体经过冷阱进入后端模块；

所述冷阱通过电磁阀与所述脱气室相连，用于冷凝从所述脱气室中分离出来的气体中的高沸点组分，避免高沸点组分污染后端气体检测单元，影响检测结果；

所述真空泵通过电磁阀与冷阱和所述脱气室相连，用于通过抽真空使冷阱、脱气室内部形成负压，为变压器油中溶解气体的分离提供分离环境；

所述排气口是用于油气分离环境抽真空时气体的排出口、清洗系统后背景气的排出口以及分离出的气体完成检测时的排出口；

所述控制单元与油路循环单元、真空泵、电磁阀、脱气室、冷阱相连接，用于控制油气分离系统的运行；所述油路循环单元包括进油阀、进油管道、过滤器、恒温室、电磁阀、回油管道、油泵、回油阀；

所述脱气室设有温度传感器、压力传感器、液位传感器和恒温模块，其中温度传感器和压力传感器分别对脱气室的环境温度和压力进行监测；液位传感器用于对变压器油的采样量及变压器油回流量进行监测；恒温模块用于调节和控制脱气室温度，提供恒温环境，利于真空恒温脱气；

所述背景气入口与背景气模块相连，给气体检测提供背景气，所述背景气还用于清洗系统，以减小气体残留所带来的气体检测误差。

2.如权利要求1所述的真空恒温油气分离系统，其特征在于，所述脱气室主体为圆柱体结构，内部中空，下部呈圆锥体状。

3.如权利要求2所述的油气分离系统，其特征在于，所述脱气室上设有进油口并通过电磁阀与进油管道相连，设有出气口并通过电磁阀与冷阱相连，并在底部设有出油口通过电磁阀与回油管道相连。

4.如权利要求1所述的真空恒温油气分离系统，其特征在于，所述脱气室采用耐腐蚀耐油耐压的材质。

5.如权利要求1所述的油气分离系统，其特征在于，所述脱气室采用不锈钢材质。

6.如权利要求1所述的油气分离系统，其特征在于，所述冷阱由制冷模块和外部散热模块组成。

7.如权利要求1所述的油气分离系统，其特征在于，所述控制单元与油路循环单元、真空泵、电磁阀、脱气室、冷阱的连接包括电连接和/或通信连接。

8.如权利要求1所述的油气分离系统，其特征在于，所述控制单元具备自检、闭锁功能，从而提高控制油气分离系统运行的安全性。

9.如权利要求1所述的油气分离系统，其特征在于，所述冷阱的底部通过电磁阀与脱气室连通，以供分离出的气体中高沸点组分冷凝后通过脱气室的出油口排出。

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