CN107247108B - 变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置及方法，具有定量室、气井、油井、脱气室、集气室、定量管、耐真空气泵、驱动电机以及油、气管路，其中集气室、耐真空气泵、定量管形成真空脱气机的气路部分；定量室下端分别连接变压器油箱出油口和脱气室，上端与气井相连；气井上端经气管路与集气室相连，下端接至定量室的上端及油井的上端；油井下端通过两支管路分别与脱气室及变压器油箱进油口连接；脱气室和集气室由活塞分隔开，驱动电机与活塞连接；耐真空气泵进气口与集气室相连，出气口与定量管相连。本发明采用真空脱气原理完成脱气，有利于变压器油中溶解气体的实时在线分析，采用多次脱气、集气的方式，脱气效率高，重复性好。

Description

变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置及方法

技术领域

本发明涉及变压器油监测技术，具体的说是一种变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置及方法。

背景技术

实践证明，变压器油中气体化验技术可有效预测变压器内部的潜伏故障，因此在电力设备预防性试验规程中，将其列在电力变压器及电抗器预防性试验的首要位置。变压器油中气体在线监测装置，能够全自动在线分析油中溶解气体的各种组分含量，解决了传统油化验方法检测周期长、操作复杂、花费时间和费用较高等问题，在电力系统中得到了广泛应用。

变压器油中气体在线监测装置需要先对变压器油进行油气分离，再对分离气体进行气体浓度分析。传统的油气分离方法有：基于高分子脱气膜的膜脱气法、真空脱气法以及顶空脱气法。膜脱气法是利用“溶解-扩散-平衡”原理，其脱气时间过长，其中CO、CO2的脱气时间在4小时以上。另外，长期的浸泡使膜渗透率变化，造成测量误差；顶空脱气法是利用“油气置换(也称萃取)”原理，其受环境影响较大，重复性和稳定性差，还存在油样污染、载气消耗、捕集器失效、使用寿命等问题；传统真空脱气是通过真空泵或机械活塞获得真空度，使油气分离。但传统真空脱气只能将脱出的小部分气体作为进样气体，还存着气体回溶问题，最终导致气体利用率很低。加之此种方式结构复杂，生产成本较高，故障率高，实际应用效果不佳。

发明内容

针对现有技术中检测变压器油用真空脱气装置进样气体利用率低等不足，本发明要解决的问题是提供一种变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置，具有定量室、气井、油井、脱气室、集气室、定量管、耐真空气泵、驱动电机以及油、气管路，其中集气室、耐真空气泵、定量管形成真空脱气机的气路部分；定量室的下端分别连接变压器油箱出油口和脱气室，上端与气井相连；气井的上端经气管路与集气室相连，下端接至定量室的上端及油井的上端；油井下端通过两支管路分别与脱气室及变压器油箱进油口连接；脱气室和集气室由活塞分隔开，驱动电机与活塞连接；耐真空气泵的进气口与集气室相连，出气口与定量管相连。

在定量管与耐真空气泵之间设有第一排气口，该第一排气口位置通过电磁阀控制其开、闭；第一排气口还设有第一消声器。

在定量管终端管路上设有第二排气口，该第二排气口位置通过电磁阀控制其开、闭；第二排气口还设有第二消声器。

在定量室、气井、油井、脱气室、集气室、定量管以及耐真空气泵之间的管路上均设有电磁阀，其接受控制装置的控制信号实现开、合动作，包括分别为设于定量室和脱气室之间管路上的第一电磁阀，设于脱气室和油井之间管路上的第二电磁阀，设于定量室和气井之间管路上的第三电磁阀，设于气井和油井之间管路上的第四电磁阀，设于定量室和变压器油箱出油口之间管路上的第五电磁阀，设于油井和变压器油箱进油口之间管路上的第六电磁阀，设于气井与集气室之间管路上的第七电磁阀，设于集气室的压力平衡进气口处的第八电磁阀，设于耐真空气泵和集气室之间的第九电磁阀，设于耐真空气泵和定量管之间的第十电磁阀，设于定量管的第二压力传感器和第二消声器之间的第十一电磁阀。

定量室的顶部、气井的顶部以及油井底部分别安装有光电液位开关，其信号线与控制装置的信号采集端相连。

脱气室、集气室以及定量管分别设有压力传感器，其信号线与控制装置的信号采集端相连。

脱气室和集气室为一体结构，活塞在其内部滑动连接，形成相互密封的两个空间。

集气室还设有压力平衡进气口，该压力平衡进气口设有电磁阀。

本发明变压器油在线监测高浓缩真空油气分离方法，包括以下步骤：

1)排出装置内残油：启动驱动电机，将活塞下拉至底部，同时打开第一、二、四、八电磁阀，将系统内残留的油样吸入脱气室内，将活塞上推至顶部，通过第一、二、四、八电磁阀，将残油排出脱气系统；

2)排出过渡管路内残油：启动驱动电机，将活塞下拉至底部，同时打开第一、五电磁阀，将变压器本体与过渡管路即变压器油箱与气体在线监测系统之间的油管路中油吸入脱气室内；将活塞上推至顶部，打开第二、四、六、八电磁阀，将这部分排出脱气系统；

3)取油样：打开第五电磁阀，变压器油进入定量室；当定量室顶部的第一光电液位开关动作，表明定量室中进满油，完成一次精确进样；

4)排出残气：启动耐负压气泵，同时打开第七、九电磁阀，气路中存在的空气和污染性气体通过第十电磁阀上安装的消声器排出系统；当第一压力传感器检测到集气室压力值小于规定阀值时，停止耐负压气泵；

5)脱气：启动驱动电机，将活塞下拉至底部，同时打开第一、三电磁阀，将定量室中的变压器油吸入脱气室中，同时，油中溶解气体在真空度的作用不断脱出；

6)集气：启动驱动电机，将活塞上推至顶部，同时打开第一、三、七电磁阀，将脱气室中的变压器油重新推回到定量室，脱出的气体通过第七电磁阀进入气路，达到集气室；关闭第七电磁阀；

7)浓缩气体：启动耐负压气泵，同时打开第九、十、十一电磁阀，集气室及气路中储存的脱出气体被抽出至定量管内；通过第一、二压力传感器记录定量管压力变化值，用于气体浓度计算。

脱气和集气步骤循环多次，最终完成真空脱气。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明适用于变压器油中气体在线监测系统，采用真空脱气原理完成脱气，脱气时间短，有利于变压器油中溶解气体的实时在线分析，采用多次脱气、集气的方式，脱气效率高，重复性好。

2.本发明在脱气开始前，利用耐真空气泵将系统气路压力调节至真空状态，以此将气路中存在的空气或污染性气体排除干净，从而减少了空气或污染性气体对色谱柱、传感器等高精度器件的干扰；脱气装置工作过程中，油不与载气、空气接触，脱气后可将变压器油排回至变压器中，不污染、不消耗变压器油。

3.本发明在脱气过程中，由于脱气前对气路抽真空，使得集气室压强一直呈负压状态，脱出气体在压差作用下，实现充分转移，采用电磁阀物理隔离方式，减少油、气接触过程的时间，避免了脱出来的气体再次溶回变压器油的现象。

4.本发明脱气完成后，启动耐真空气泵，将气路中的负压气体抽至定量管中，定量管的体积较气路容积小很多，当完成气体转移后，几乎所有脱出气体都集中到了定量管中，实现了气体浓度的浓缩，有效提高了气体进样效率，采用驱动电机作为系统动力来源，解决了传统机械真空脱气中压缩机故障率高等问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中，1为定量室，2为气井2，3为油井，4为第一光电液位开关，5为第二光电液位开关，6为第三光电液位开关，7为脱气室，8为集气室，9为驱动电机，10为活塞，11为第一压力传感器，12为耐真空气泵，13第一消声器，14为1定量管，15为第二压力传感器，16为第二消声器，17为第三压力传感器，S1～S11为第一～十一电磁阀。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明一种变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置，具有定量室1、气井2、油井3、脱气室7、集气室8、定量管14、耐真空气泵12、驱动电机9以及连接上述部件的管路，其中集气室8、耐真空气泵12、定量管14形成真空脱气机的气路部分；定量室1的下端分别连接变压器油箱出油口和脱气室7，上端与气井2相连；气井2的上端与集气室8相连，下端接至定量室1的上端及油井3的上端；油井3下端通过两支管路分别与脱气室7及变压器油箱进油口连接；脱气室7和集气室8由活塞10分隔开，驱动电机9与活塞10连接，以实现活塞10的上下动作；耐真空气泵12连接于集气室8与定量管14之间。在定量室1、气井2、油井3、脱气室7、集气室8、定量管14以及耐真空气泵12之间的管路上均设有电磁阀，各电磁阀接受控制装置的控制信号实现开、合动作。

在定量管14与耐真空气泵12之间设有第一排气口，该第一排气口位置通过电磁阀控制其开、闭；第一排气口还设有用于排除空气和污染性气体的第一消声器13；在定量管14终端管路上设有第二排气口，该第二排气口位置通过电磁阀控制其开、闭；第二排气口还设有用于排除多余气体的第二消声器16。

本发明中共设置11个电磁阀，分别为设于定量室1和脱气室7之间管路上的第一电磁阀S1，设于脱气室7和油井3之间管路上的第二电磁阀S2，设于定量室1和气井2之间管路上的第三电磁阀S3，设于气井2和油井3之间管路上的第四电磁阀S4，设于定量室1和变压器油箱出油口之间管路上的第五电磁阀S5，设于油井3和变压器油箱进油口之间管路上的第六电磁阀S6，设于气井2与集气室8之间管路上的第七电磁阀S7，设于集气室的压力平衡进气口处的第八电磁阀S8，设于耐真空气泵12和集气室8之间的第九电磁阀S9，设于耐真空气泵12和定量管14之间的第十电磁阀S10，设于定量管14的第二压力传感器15和第二消声器16之间的第十一电磁阀S11。

本发明中共有两个消声器，分别是设于定量管与耐真空气泵之间的第十电磁阀的S10一个通路上的第一消声器13和设于定量管终端管路上的第十一电磁阀S11一个通路上的第二消声器16，两个消声器除了在放气时消除噪声外，还具有隔离外界杂质及灰尘的作用。

本发明中具有三个光电液位开关，分别为设于定量室1顶部的第一光电液位开关4，设于气井2顶部的第二光电液位开关5以及设于油井3底部的第三电液位开关6，三个光电液位开关的信号线与控制装置的信号采集端相连。

本发明中具有三个压力传感器，分别为设于脱气室、集气室以及定量管的第一～三压力传感器11、15、17，其信号线与控制装置的信号采集端相连。

脱气室7和集气室8为一体结构，活塞10在其内部滑动连接，形成相互密封的两个空间。

本实施例中，耐真空气泵12的出气口通过S10与定量管14相连。第一压力传感器11和第二压力传感器15分别检测集气室8和定量管14的压力；第十电磁阀S10和第十一电磁阀S11分别安装有第一、二消声器13、16，形成脱气装置的排气通道。集气室8、第九电磁阀S9、耐真空气泵12、第十电磁阀S10和第十一电磁阀S11、定量管14、第一压力传感器11、第二压力传感器15、第一消声器13、第二消声器16组成了真空脱气机的气路部分。

本发明以单片机作为控制核心，其输入端接收第一～三压力传感器11、15、17和第一～三光电液位开关4、5、6的检测信号，输出控制指令至驱动电机9、耐真空气泵12以及第一～十一电磁阀S1～S11，根据压力信号和液位信号，并引入时间元素，根据控制流程输出控制指令至驱动电机9、耐真空气泵12以及第一～十一电磁阀S1～S11，实现对各元件动作调控。

本发明变压器油在线监测高浓缩真空油气分离方法，控制过程如下：

步骤1)启动驱动电机9，将活塞10下拉至底部，同时打开第一、二、四、八电磁阀S1、S2、S4、S8，由于活塞下拉产生了真空度，将系统内残留的油样吸入脱气室7内。第一光电液位开关5和第二光电液位开关6分别代表了气井2和油井3的液位状态，二者处于未触发状态，则代表系统内残留油样被吸入到脱气室内7。接下来将活塞10上推至顶部，同时打开S2、S4、S6及S8，将残油排出脱气系统。

步骤2)启动驱动电机9，将活塞10下拉至底部，同时打开第一、五电磁阀S1、S5，由于活塞下拉产生了真空度，将变压器本体与变压器油中气体在线监测系统之间的油管路中油吸入脱气室内；接下来将活塞10上推至顶部，同时打开第二、四、六、八电磁阀S2、S4、S6、S8，将这部分排出脱气系统，保证接下来取油时，可以取到当前时刻变压器当中的油样。

步骤3)打开第五电磁阀S5，由于系统真空度，变压器油进入定量室1。当定量室1顶部的光电液位开关4动作，代表定量室1中进满油，以此完成精确进样。

步骤4)启动耐负压气泵12，同时打开第七、九电磁阀S7、S9，气路中存在的空气和污染性气体通过第十电磁阀S10上安装的第一消声器13排出系统。当第一压力传感器11检测到集气室的压力值小于4KPa，停止耐负压气泵12。

步骤5)启动驱动电机9，将活塞10下拉至底部，同时打开第一、三电磁阀S1、S3，将定量室1中的变压器油吸入脱气室7中。同时，油中溶解的气体在真空度的作用下落不明不断脱出。

步骤6)启动驱动电机9，将活塞10上推至顶部，同时打开第一、三、七电磁阀S1、S3、S7，将脱气室7中的变压器油重新推回到定量室1，同时由于气路部分是真空状态，脱出的气体通过电磁阀S7进入气路，达到集气室8。接着关闭电磁阀S7，避免油气接触，造成脱出气体再次回溶的现象。

重复步骤5、步骤6五次，完成真空脱气。

步骤7)启动耐负压气泵12，同时打开第九、十、十一电磁阀S9、S10、S11，集气室及气路中储存的脱出气体被抽出至定量管内。上一步骤完成后，脱出气体处于低真空度、大体积状态，本步骤气体转移后处于常压、小体积状态。

本实施例中，第十电磁阀S10为两位三通阀，在单片机的控制下，实现耐真空气泵12与定量管14连通或耐真空气泵12通过第一消声器13与大气连通；第十一电磁阀S11为两位两通阀，在单片机的控制下，实现定量管14通过第二消声器16与大气连通。

本发明中，气井2用于气路的防护，其与第七电磁阀S7、第二光电液位开关5配合，当第二光电液位开关5检测到气井2中有油时，关断第七电磁阀S7，避免气井2中的油通过第七电磁阀S7进入气路部分。

油井3用于往油箱中排油，其与第二电磁阀S2、第六电磁阀S6以及第三光电液位开关6配合，使脱气室7中的油通过第二电磁阀S2进入油井3中，再通过第六电磁阀S6流回变压器油箱中。

本实施例中，相邻步骤中如涉及相同的电磁阀打开，则为在相邻步骤中该电磁阀始终保持打开状态，其他电磁阀则在时间控制下关断，在某步骤中需要时再打开。

测试数据表明，气体先、后浓度发生了10倍的变化。高浓缩比方式提高了脱出气体的利用率，对低浓度油的检测有很大意义。压力传感器11、15记录定量管压力变化值，用于气体浓度计算。

Claims (2)

1.一种变压器油在线监测高浓缩真空油气分离方法，所适用的变压器油在线监测高浓缩真空油气分离装置，具有定量室、气井、油井、脱气室、集气室、定量管、耐真空气泵、驱动电机以及油、气管路，其中集气室、耐真空气泵、定量管形成真空脱气机的气路部分；定量室的下端分别连接变压器油箱出油口和脱气室，上端与气井相连；气井的上端经气管路与集气室相连，下端接至定量室的上端及油井的上端；油井下端通过两支管路分别与脱气室及变压器油箱进油口连接；脱气室和集气室由活塞分隔开，驱动电机与活塞连接；耐真空气泵的进气口与集气室相连，出气口与定量管相连；在定量室、气井、油井、脱气室、集气室、定量管以及耐真空气泵之间的管路上均设有电磁阀，其接受控制装置的控制信号实现开、合动作，包括分别为设于定量室和脱气室之间管路上的第一电磁阀，设于脱气室和油井之间管路上的第二电磁阀，设于定量室和气井之间管路上的第三电磁阀，设于气井和油井之间管路上的第四电磁阀，设于定量室和变压器油箱出油口之间管路上的第五电磁阀，设于油井和变压器油箱进油口之间管路上的第六电磁阀，设于气井与集气室之间管路上的第七电磁阀，设于集气室的压力平衡进气口处的第八电磁阀，设于耐真空气泵和集气室之间的第九电磁阀，设于耐真空气泵和定量管之间的第十电磁阀，设于定量管的第二压力传感器和第二消声器之间的第十一电磁阀；

该变压器油在线监测高浓缩真空油气分离方法特征在于包括以下步骤：

1)排出装置内残油：启动驱动电机，将活塞下拉至底部，同时打开第一、二、四、八电磁阀，将系统内残留的油样吸入脱气室内，将活塞上推至顶部，通过第一、二、四、八电磁阀，将残油排出脱气系统；

2)排出过渡管路内残油：启动驱动电机，将活塞下拉至底部，同时打开第一、五电磁阀，将变压器本体与过渡管路即变压器油箱与气体在线监测系统之间的油管路中油吸入脱气室内；将活塞上推至顶部，打开第二、四、六、八电磁阀，将这部分排出脱气系统；

3)取油样：打开第五电磁阀，变压器油进入定量室；当定量室顶部的第一光电液位开关动作，表明定量室中进满油，完成一次精确进样；

4)排出残气：启动耐负压气泵，同时打开第七、九电磁阀，气路中存在的空气和污染性气体通过第十电磁阀上安装的消声器排出系统；当第一压力传感器检测到集气室压力值小于规定阈值时，停止耐负压气泵；

5)脱气：启动驱动电机，将活塞下拉至底部，同时打开第一、三电磁阀，将定量室中的变压器油吸入脱气室中，同时，油中溶解气体在真空度的作用不断脱出；

6)集气：启动驱动电机，将活塞上推至顶部，同时打开第一、三、七电磁阀，将脱气室中的变压器油重新推回到定量室，脱出的气体通过第七电磁阀进入气路，达到集气室；关闭第七电磁阀；

7)浓缩气体：启动耐负压气泵，同时打开第九、十、十一电磁阀，集气室及气路中储存的脱出气体被抽出至定量管内；通过第一、二压力传感器记录定量管压力变化值，用于气体浓度计算。

2.按权利要求1所述的变压器油在线监测高浓缩真空油气分离方法，其特征在于：脱气和集气步骤循环多次，最终完成真空脱气。