CN109916885A - 绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，检测装置包括油样取样回路、油样测量池、数据采集与处理单元以及过渡油罐；油样取样回路的取样端与油浸设备的取油法兰盘连接油管相接，油样取样回路的排油端与油浸设备的回油法兰盘连接油管相接；油样取样回路包括进油电磁阀、排油电磁阀以及循环油泵，进油电磁阀、排油电磁阀、循环油泵通过油管依次连接；油样测量池设置在油样取样回路上，油样测量池内设有溶氧传感器，溶氧传感器用于测量绝缘油中的溶解氧气含量，并将其测量到的数据传输至采集与处理单元连接，溶氧传感器由传感器电源供电；过渡油罐设置在进油电磁阀和排油电磁阀之间。本发明结构简单、使用方便、测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种油浸式电力设备在线监测装置领域的检测装置，特别涉及绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置。
背景技术
现阶段变压器油中溶解气体组分在线监测装置已经得到广泛推广和应用，通过现场对运行的油浸式高压输变电设备中绝缘中溶解气体的实时检测，及时掌握变压器设备内部绝缘的真实状态，尽早发现变压器内部存在的故障隐患。传统油色谱在线监测产品主要针对绝缘油中的溶解烃类气体-甲烷、乙烷、乙烯和乙炔，以及氢气、一氧化碳和二氧化碳组分进行在线检测；近些年出现了绝缘油中溶解气体全组分在线监测产品，除了对绝缘油中溶解特征气体组分进行在线检测外，同时对绝缘油中溶解的氧气、氮气组分及微水进行在线检测。
常规对绝缘油中溶解的氧气进行检测的手段是通过不同的脱气方式，将溶解在绝缘油中的氧气组分分离出来，利用传感器对氧气组分进行检测，得到氧气组分在绝缘油中脱出总气体中的含量，然后通过不同脱气方式的溶解平衡计算公式推导氧气组分在绝缘油中的含量。不同脱气方式在氧气从油中分离的过程中受温度、压力、油品种类等各种因素影响，从气相中氧气浓度计算绝缘油中氧气浓度的公式是建立在气液分配溶解平衡的理论上，分配系数一般引用经典值，针对不同的条件和不同的油品，氧气在油中的分配系数存在一定的差异；气相中的氧气传感器的响应也经常受到其他组分的干扰，很多环节都会带入误差，因此不可避免造成计算的绝缘油中溶解氧的含量与真实含量存在较大的误差。氧气传感器多为消耗型原理，氧气需要参与反应，测量时需要的气体总量多，对应的油量也需要较多，现场在线监测设备相应功能部件体积大、抽取油样多。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN 106370746A，公开日2017-02-01带油气分离功能的植物绝缘油中溶解气体分析仪及检测方法技术，公开了一种带油气分离功能的植物绝缘油中微量溶解气体分析仪及检测方法。其特征是：用氦气做载气，利用真空脱气与微型热导色谱仪联用技术，分析植物绝缘油中的十组分气体：氢气，氧气，氮气，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，乙烯，乙烷，丙烷，乙炔。采用四色谱柱分离系统，利用阀门进行柱切换，采用气泵循环气体进样，样品一次性全部进入A色谱柱的同时，B和D色谱柱串接到A色谱柱尾端，氢气，氧气，氮气，甲烷，一氧化碳出来后，十通阀切换原始状态。二氧化碳，乙烯，乙炔，乙烷，丙烷先在热导检测器A通道出峰。氢气，氧气，氮气，一氧化碳，甲烷在热导检测器的B通道出峰。该仪器对各气体灵敏度高，适合于在智能电网中进行推广和使用。该装置和方法属于实验室分析设备和方法，难以满足现场实施在线检测的需求。
中国专利文献号CN108647783A，公开日2018-10-12，一种水产养殖水质溶解氧检测方法，本发明提供一种水产养殖水质溶解氧检测方法，属于水产养殖领域。该方法将历史采集的数据作为数据集，基于BP神经网络建立检测溶解氧数值的人工智能模型，神经网络训练好后，在不使用溶解氧传感器测定溶解氧的情况下，根据温度、浊度、pH值和数据采集的时刻计算溶解氧数值。因为溶解氧检测传感器的价格昂贵，维护周期短，在水体中杂物吸附等会造成读数偏差较大，本发明根据多变量的相关性和数据融合，使用神经网络模型，在实际溶解氧的检测中不依赖于溶解氧传感器，节约了成本，同时能够解决杂物吸附造成的溶解氧读数不准确问题。未检索到该方法能满足绝缘油中溶解氧在线检测技术要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、测量精度高的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，检测装置包括：
一油样取样回路，油样取样回路的取样端与油浸设备的取油法兰盘连接油管相接，油样取样回路的排油端与油浸设备的回油法兰盘连接油管相接；油样取样回路用于以恒定流量将需要检测的绝缘油样取到油样测量池中，同时将油样测量池中上次检测的油样完全排出；油样取样回路包括进油电磁阀、排油电磁阀以及循环油泵，进油电磁阀、排油电磁阀、循环油泵通过油管依次连接，进油电磁阀设置在油样取样回路的取样端，循环油泵设置在油样取样回路的排油端；
一油样测量池，油样测量池设置在油样取样回路上，油样测量池用于储藏待测量的绝缘油，油样测量池内设有溶氧传感器，溶氧传感器用于测量绝缘油中的溶解氧气含量，并将其测量到的数据传输至采集与处理单元连接，溶氧传感器由传感器电源供电；
一数据采集与处理单元，数据采集与处理单元用于接收溶氧传感器传输来的数据；
一过渡油罐，过渡油罐设置在进油电磁阀和排油电磁阀之间。
在本发明的一个实施例中，溶氧传感器由光电模块、氧气交换帽、温度补偿模块、压力补偿模块以及传感器信号处理电路组成；
在本发明的一个实施例中，光电模块用于对氧气交换帽发射的光强度的变化进行检测，并将检测信号传至传感器信号处理电路，光电模块由依次连接的电子板、LED、光学滤波器、传感器探针以及信号调整电路组成。
在本发明的一个实施例中，氧气交换帽用于选择性透过绝缘油中溶解氧气，并产生光学信号；氧气交换帽由由外往内依次设置的防护层、氧气传感器膜以及光学涂层组成；防护层用于保护溶氧传感器不与运行中油浸电力设备中的绝缘油直接接触，氧气传感器膜以及光学涂层用于保护内部光电模块不与测试环境中干扰氧气响应物质接触。
在本发明的一个实施例中，温度补偿模块用于实时测量溶氧传感器接触的绝缘油的实时工作温度，温度补偿模块由温度传感器、温度转换电路、自动温度补偿电路、校准电路、整流滤波放大电路以及电压电流转换电路组成；温度转换电路的输出端和自动温度补偿电路相连以传输温度电压信号；自动温度补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连，最终连接至传感器信号处理电路传输校准后溶氧含量信号。
在本发明的一个实施例中，压力补偿模块用于实时测量溶氧传感器接触的绝缘油的实时工作油压，压力补偿模块由压力传感器、压力转换电路、自动压力补偿电路、校准电路、整流滤波放大电路以及电压电流转换电路组成；压力转换电路的输出端与自动压力补偿电路相连以传输压力电压信号，自动补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连，最终连接至传感器信号处理电路传输校准后溶氧含量信号。
在本发明的一个实施例中，数据采集与处理单元上设有RS485作为数字接口，通过RS485数字接口将最终溶解氧值上传至主机或其他平台。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明结构简单，使用方便，采用绝缘油中溶解氧气直接测量法，自动温度和压力补偿，测量溶氧传感器工作环境的温度和压力，并通过自动温度、压力补偿电路进行温度、压力的补偿，减少溶氧含量的误差，提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构原理图；
图2为本发明溶氧传感器结构原理图；
图3为本发明光电模块结构示意图；
图4为本发明氧气交换帽结构示意图；
10、取油法兰盘 11、取样端 20、回油法兰盘 21、排油端 30、进油电磁阀 40、排油电磁阀 50、循环油泵 60、油管 70、油样测量池 80、溶氧传感器 81、光电模块 81a、电子板81b、LED 81c、光学滤波器 81d、传感器探针 81e、信号调整电路 82、氧气交换帽 82a、防护层 82b、氧气传感器膜 82c、光学涂层 83、温度补偿模块 84、压力补偿模块 85、传感器信号处理电路 90、数据采集与处理单元 100、过渡油罐 110、传感器电源。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1至图4所示，本发明公开了绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，检测装置包括油样取样回路、油样测量池70、数据采集与处理单元90以及过渡油罐100；
油样取样回路的取样端11与油浸设备的取油法兰盘10连接油管相接，油样取样回路的排油端21与油浸设备的回油法兰盘20连接油管相接；油样取样回路用于以恒定流量将需要检测的绝缘油样取到油样测量池70中，同时将油样测量池70中上次检测的油样完全排出；油样取样回路包括进油电磁阀30、排油电磁阀40以及循环油泵50，进油电磁阀30、排油电磁阀40、循环油泵50通过油管60依次连接，进油电磁阀30设置在油样取样回路的取样端11，循环油泵50设置在油样取样回路的排油端21。
油样测量池70设置在油样取样回路上，油样测量池70用于储藏待测量的绝缘油，油样测量池70内设有溶氧传感器80，溶氧传感器80用于测量绝缘油中的溶解氧气含量，并将其测量到的数据传输至数据采集与处理单元90连接，溶氧传感器80由传感器电源110供电。
数据采集与处理单元90用于接收溶氧传感器80传输来的数据，数据采集与处理单元90上设有RS485作为数字接口，通过RS485数字接口将最终溶解氧值上传至主机或其他平台。
过渡油罐100设置在进油电磁阀30和排油电磁阀40之间。
本发明测量绝缘油中溶解氧含量时，传感器电源110供电，打开排油电池阀40，启动循环油泵50，将过渡油罐100中的残留油样通过回油法兰盘20完全排出，关闭排油电池阀40，将待测新油样吸入油样测量池70和过渡油罐100中，溶氧传感器80同时对绝缘油中溶解氧气进行检测，溶氧数据通过RS485上传处理后的氧气含量值到数据采集与处理单元90.，最终溶解氧值使用RS485作为数字接口上传至主机或其他平台。
溶氧传感器80由光电模块81、氧气交换帽82、温度补偿模块83、压力补偿模块84以及传感器信号处理电路85组成，溶氧传感器80的传感信号为经过温度、压力补偿后的信号。
光电模块81用于对氧气交换帽发射的光强度的变化进行检测，并将检测信号传至传感器信号处理电路85，光电模块81由依次连接的电子板81a、LED81b、光学滤波器81c、传感器探针81d以及信号调整电路81e组成；光学元件LED81b和光学滤波器81c提供经过调制的光信号，并连接传感器探针81d接收光脉冲信号，对信号进行光学过滤，检测，并转发给信号调整电路81e进行进一步处理；检测时，光电模块81中的光学元件LED81b发出的光经过光学滤波器81c处理，辐射到氧气交换帽82上涂覆的光学涂层82c上产生不同的光发射，绝缘油中氧气透过氧气交换帽82，对前面所述的光发射的强度产生改变，这个改变与氧气浓度存在一定的线性关系，而气相中氧含量与样品中的氧处于动态平衡；通过传感器探针81d(光电二极管)和电子板81a构成测量系统对氧气交换帽82发射的光强度的变化进行检测，检测信号传至传感器信号处理电路85。
氧气交换帽82用于选择性透过绝缘油中溶解氧气，并产生光学信号；氧气交换帽由由外往内依次设置的防护层82a、氧气传感器膜82b以及光学涂层82c组成，防护层由2,2-二氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯/四氟乙烯聚合物涂在膨体聚四氟乙烯膜上制成，膨体聚四氟乙烯为ePTFE膜、Teflon膜或PTFE膜；光学涂层为钌金属螯合物与前驱体的混合物：钌金属螯合物为4、7二苯基-1或10-菲咯啉钌，前驱体为聚二甲基硅氧烷；防护层82a用于保护溶氧传感器82不与运行中油浸电力设备中的绝缘油直接接触，防止绝缘油以及油中的其他化学物质对精密传感模块的腐蚀和影响；氧气传感器膜82b以及光学涂层82c用于保护内部光电模块81不与测试环境中干扰氧气响应物质接触，同时让绝缘油中溶解氧气通过氧气传感器膜82b从绝缘油中渗透进入溶氧传感器80的光电模块81中；检测时，氧气交换帽82完全浸入油样中，氧气交换帽82的防护层82a接触油样，防护层82a有优秀的机械稳定性能和透气性，同时具有抗绝缘油腐蚀的作用；氧气交换帽82中的光学涂层82c涂覆在氧气传感器膜82b上，并与防护层82a形成一体，氧气传感器膜82b和光学涂层82c具有强的物理鲁棒性、对氧有快速良好响应特性、高的发光效率，对其他离子等组分具有不透性，保护内部光电模块81不与测试环境中干扰氧气响应物质接触。
温度补偿模块83用于实时测量溶氧传感器80接触的绝缘油的实时工作温度，温度补偿模块83由温度传感器、温度转换电路、自动温度补偿电路、校准电路、整流滤波放大电路以及电压电流转换电路组成(图中未画出)；温度转换电路的输出端和自动温度补偿电路相连以传输温度电压信号；自动温度补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连，最终连接至传感器信号处理电路85传输校准后溶氧含量信号。
压力补偿模块84用于实时测量溶氧传感器接触的绝缘油的实时工作压力，压力补偿模块由压力传感器、压力转换电路、自动压力补偿电路、校准电路、整流滤波放大电路以及电压电流转换电路组成(图中未画出)；压力转换电路的输出端与自动压力补偿电路相连以传输压力电压信号，自动补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连，最终连接至传感器信号处理电路85传输校准后溶氧含量信号。
上述三组信号(光学、温度和压力)送至传感器信号处理电路进行计算、补偿和校准处理，输出最终绝缘油中溶解氧气值。
上述溶解氧传感器的传感信号为0～90mV的电压信号；温度电压信号为0～1000mV的电压信号；压力电压信号为0～1000mV的电压信号；补偿信号为0～1000mV的电压信号；电压电流转换电路的输出端输出4～20mA的电流信号。
本发明采用化学光学溶氧传感检测技术，设计绝缘油溶氧检测装置，能够自动快速地进行绝缘油中溶解氧气的实时检测，并根据绝缘油的状态进行压力、温度补偿、精确计算绝缘油中氧气的含量，从而实现油浸主变设备运行过程中溶解氧实时监测以及历史数据分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，检测装置包括：
一油样取样回路，油样取样回路的取样端与油浸设备的取油法兰盘连接油管相接，油样取样回路的排油端与油浸设备的回油法兰盘连接油管相接；油样取样回路用于以恒定流量将需要检测的绝缘油样取到油样测量池中，同时将油样测量池中上次检测的油样完全排出；油样取样回路包括进油电磁阀、排油电磁阀以及循环油泵，进油电磁阀、排油电磁阀、循环油泵通过油管依次连接，进油电磁阀设置在油样取样回路的取样端，循环油泵设置在油样取样回路的排油端；
一油样测量池，油样测量池设置在油样取样回路上，油样测量池用于储藏待测量的绝缘油，油样测量池内设有溶氧传感器，溶氧传感器用于测量绝缘油中的溶解氧气含量，并将其测量到的数据传输至采集与处理单元连接，溶氧传感器由传感器电源供电；
一数据采集与处理单元，数据采集与处理单元用于接收溶氧传感器传输来的数据；
一过渡油罐，过渡油罐设置在进油电磁阀和排油电磁阀之间。
2.根据权利要求1所述的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，溶氧传感器由光电模块、氧气交换帽、温度补偿模块、压力补偿模块以及传感器信号处理电路组成。
3.根据权利要求2所述的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，光电模块用于对氧气交换帽发射的光强度的变化进行检测，并将检测信号传至传感器信号处理电路，光电模块由依次连接的电子板、LED、光学滤波器、传感器探针以及信号调整电路组成。
4.根据权利要求2所述的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，氧气交换帽用于选择性透过绝缘油中溶解氧气，并产生光学信号；氧气交换帽由由外往内依次设置的防护层、氧气传感器膜以及光学涂层组成；防护层用于保护溶氧传感器不与运行中油浸电力设备中的绝缘油直接接触，氧气传感器膜以及光学涂层用于保护内部光电模块不与测试环境中干扰氧气响应物质接触。
5.根据权利要求2所述的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，温度补偿模块用于实时测量溶氧传感器接触的绝缘油的实时工作温度，温度补偿模块由温度传感器、温度转换电路、自动温度补偿电路、校准电路、整流滤波放大电路以及电压电流转换电路组成；温度转换电路的输出端和自动温度补偿电路相连以传输温度电压信号；自动温度补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连，最终连接至传感器信号处理电路传输校准后溶氧含量信号。
6.根据权利要求2所述的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，压力补偿模块用于实时测量溶氧传感器接触的绝缘油的实时工作油压，压力补偿模块由压力传感器、压力转换电路、自动压力补偿电路、校准电路、整流滤波放大电路以及电压电流转换电路组成；压力转换电路的输出端与自动压力补偿电路相连以传输压力电压信号，自动补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连，最终连接至传感器信号处理电路传输校准后溶氧含量信号。
7.根据权利要求1所述的绝缘油溶解氧气含量实时在线检测装置，其特征在于，数据采集与处理单元上设有RS485作为数字接口，通过RS485数字接口将最终溶解氧值上传至主机或其他平台。
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