CN111103253A - 绝缘油快速区分装置 - Google Patents

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CN111103253A CN202010065053.7A CN202010065053A CN111103253A CN 111103253 A CN111103253 A CN 111103253A CN 202010065053 A CN202010065053 A CN 202010065053A CN 111103253 A CN111103253 A CN 111103253A
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王健一
程涣超
张书琦
白松
刘雪丽
遇心如
王兆伟
孙建涛
汪可
王琳
赵晓林
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Abstract

本发明提出了一种绝缘油快速区分装置，包括：壳体，壳体上设置有样品仓；液体池设置在样品仓内，用于放置待测绝缘油；红外光谱采集单元用于采集待测绝缘油的红外透过率图；处理单元与红外光谱采集单元电连接，用于接收红外透过率图，并将红外透过率图与不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图进行对比，以确定待测绝缘油的型号及厂家信息。通过对绝缘油进行取样扫描，将扫描结果与各厂家、各型号变压器油的典型图谱进行对比，从而确定待测绝缘油的型号及厂家信息，能够快速区分出变压器油的厂家以及型号，从而确保高电压等级变压器优质油源的供应和变压器油的安全可靠使用，防止劣质油源影响电网设备的安全运行，提高了电网设备的安全性能。

Description

绝缘油快速区分装置
技术领域
本发明涉及绝缘油检测技术领域，具体而言，涉及一种绝缘油快速区分装置。
背景技术
近年来，由于国内变压器油需求量增长迅速，对于环烷基原油变压器油的需求量已经大大超过了中石油昆仑克拉玛依油田的产能，在这种情况下，非环烷基变压器油或与环烷基变压器油混兑的变压器油假借克拉玛依环烷基变压器油之名大量流入市场。为了确保高电压等级变压器优质油源的供应和变压器油的安全可靠使用，防止其对电网设备的安全运行产生不利影响，急需一种能够快速区分绝缘油的厂家及型号信息的装置，以保证电网设备的安全运行。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种绝缘油快速区分装置，旨在解决快速区分绝缘油的厂家及型号的问题。
一个方面，本发明提出了一种绝缘油快速区分装置，包括：壳体，所述壳体上设置有样品仓；液体池，其设置在所述样品仓内，用于放置待测绝缘油；红外光谱采集单元，用于采集所述待测绝缘油的红外透过率图；处理单元，与所述红外光谱采集单元电连接，用于接收所述红外透过率图，并将所述红外透过率图与不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图进行对比，以确定所述待测绝缘油的型号及厂家信息。
进一步地，所述样品仓内设置有齿轮计量泵，所述壳体上设置有进样口、废液口和清洗剂口，所述齿轮计量泵的进液端分别与所述进样口和清洗剂口相连通；所述齿轮计量泵的出液端与所述液体池的进液端相连通，所述液体池的出液端与所述废液口相连通。
进一步地，所述齿轮计量泵的进液端与所述进样口之间设置有第一无死体积电磁阀，所述第一无死体积电磁阀的一端与所述进样口连通，所述第一无死体积电磁阀的另一端与所述齿轮计量泵的进液端连通。
进一步地，所述齿轮计量泵的进液端与所述清洗剂口之间设置有第二无死体积电磁阀，所述第二无死体积电磁阀的一端与所述清洗剂口连通，所述第二无死体积电磁阀的另一端与所述齿轮计量泵的进液端连通。
进一步地，所述液体池包括顶板和底板，所述顶板和底板的中部均开设有通孔，其中，所述顶板的上侧面设置有进液口和出液口，所述进液口与所述齿轮计量泵的出液端连通，所述出液口与所述废液口连通。
进一步地，所述顶板的下侧面敷设有顶部弹性密封垫，所述底板的上侧面敷设有底部弹性密封垫，所述底部弹性密封垫和顶部弹性密封垫设置在所述顶板和底板之间，其中，所述底部弹性密封垫和顶部弹性密封垫之间设置有光程垫片，所述光程垫片与所述顶部弹性密封垫之间设置有第一氯化钠窗片，所述光程垫片与所述底部弹性密封垫之间设置有第二氯化钠窗片。
进一步地，所述样品仓内设置有液体池安装支架，所述液体池设置在所述液体池安装支架上。
进一步地，所述样品仓内还设置有不锈钢干燥皿室。
进一步地，所述处理单元包括一比对模块，所述比对模块用于将所述红外透过率图与所述典型谱图进行对比，并输出经相似性判别后的相似性得分，并根据所述相似性得分确定所述待测绝缘油的型号及厂家信息。
进一步地，所述比对模块根据下式确定所述相似性判别的相似性得分ScoreXY：
Figure BDA0002375721340000031
其中，m为给定的数据曲线类别数，N为每一条数据的坐标点数，x为变量X纵坐标值，
Figure BDA0002375721340000032
为变量X的纵坐标均值，y为变量Y纵坐标值，
Figure BDA0002375721340000033
为变量Y的纵坐标均值，y——变量Y的纵坐标值；
Figure BDA0002375721340000034
表示变量Y的纵坐标均值，xi表示变量X的第i个纵坐标值，yi表示变量Y的第i个纵坐标值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的装置通过对绝缘油进行取样扫描，将扫描结果与各厂家、各型号变压器油的典型图谱进行对比，从而根据扫描结果确定所述待测绝缘油的型号及厂家信息，能够快速区分出变压器油的厂家以及型号，从而确保高电压等级变压器优质油源的供应和变压器油的安全可靠使用，防止劣质油源影响电网设备的安全运行，提高了电网设备的安全性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的绝缘油快速区分装置俯视图；
图2为本发明实施例提供的绝缘油快速区分装置的结构图；
图3为本发明实施例提供的液体池的结构图；
图4为本发明实施例提供的液体池的爆炸图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参阅图1-4所示，本实施例提供了一种绝缘油快速区分装置，包括：壳体1、液体池4、红外光谱采集单元和处理单元，其中，壳体1上设置有样品仓2；液体池4设置在样品仓2内，液体池4用于放置待测绝缘油；红外光谱采集单元设置在壳体1内，红外光谱采集单元用于采集待测绝缘油的红外透过率图；处理单元与红外光谱采集单元电连接，用于接收红外透过率图，并将红外透过率图与不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图进行对比，以确定待测绝缘油的型号及厂家信息。
具体而言，壳体1优选为一方形盒体结构，样品仓2优选为设置在靠近壳体1其中一侧边的中部的凹陷结构，样平仓内设置有一定的容纳空间，用于放置零件。优选的，样品仓2优选为一方型凹槽结构。
具体而言，液体池4设置在样品仓2的中部，其用于放置待测绝缘油。
具体而言，样品仓2内设置有支架11，液体池4设置在支架11上。支架11设置在样品仓2的中部，其与液体池4可拆卸连接，以便于液体池4的维护。支架11优选为一支架11结构，其只需能够支撑并固定液体池4即可，其具体结构在此不做限定。支架11与液体池4相卡接或者螺栓连接，其具体连接方式可根据实际情况进行设置。
具体而言，红外光谱采集单元设置在壳体1的内部或者设置在样品仓2内，其用于对液体池4内的待测绝缘油进行扫描，以获取待测绝缘油红外透过率图。优选的，红外光谱采集单元设置在液体池4的上方或者下方，以对液体池4的待测绝缘油进行红外扫描。
具体而言，红外光谱采集单元包括光源、单色器、探测器和数据处理系统，红外光谱采集单元的工作原理与红外光谱仪的工作原理相同，在本实施例中，红外光谱采集单元只需满足能够采集待测绝缘油的红外透过率图即可。
具体而言，处理单元与红外光谱采集单元通讯连接，以接收红外光谱采集单元获取的待测绝缘油的红外透过率图。同时，处理单元在接收红外透过率图后，将其与不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图进行对比，以确定待测绝缘油的型号及厂家信息。不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图内置于处理单元内。
具体而言，处理单元可以为单片机，单片机内置于壳体1内。还可以的是，处理单元还可以为一计算机，其接受红外光谱采集单元输出的数据并进行数据的处理与显示。
可以看出，本实施例的装置通过对绝缘油进行取样扫描，将扫描结果与各厂家、各型号变压器油的典型图谱进行对比，从而根据扫描结果确定待测绝缘油的型号及厂家信息，能够快速区分出变压器油的厂家以及型号，从而确保高电压等级变压器优质油源的供应和变压器油的安全可靠使用，防止劣质油源影响电网设备的安全运行，提高了电网设备的安全性能。
具体而言，当处理单元为单片机时，绝缘油快速区分装置还包括一显示面板和控制面板，显示面板和控制面板分别与单片机连接，显示面板用于直观的显示处理单元的比对结果，控制面板用于对单片机的工作过程进行控制。
具体而言，样品仓2内设置有齿轮计量泵3，壳体1上设置有进样口5、废液口7和清洗剂口6，齿轮计量泵3的进液端分别与进样口5和清洗剂口6相连通；齿轮计量泵3的出液端与液体池4的进液端相连通，液体池4的出液端与废液口7相连通。
具体而言，壳体1上设置有样品仓2，样品仓2上部设置有样品仓2盖，以使得样品仓2形成一密闭的腔体。在样品仓2内通过固定螺母安装有齿轮计量泵3，齿轮计量泵3设置在样品仓2的角部位置。齿轮计量泵3可以精确控制待测绝缘油样品进样的流量，样品仓2内还通过固定螺母安装有支架11，液体池4安装在液体池4固定支架11上，待测绝缘油样品在液体池4内接受扫描。
具体而言，齿轮计量泵3的进液端与进样口5之间设置有第一无死体积电磁阀8，第一无死体积电磁阀8的一端与进样口5连通，第一无死体积电磁阀8的另一端与齿轮计量泵3的进液端连通。
具体而言，第一无死体积电磁阀8的一端通过第一进样管连通进样口5，第一无死体积电磁阀8的另一端通过三通管道10连通齿轮计量泵3的进液端。
具体而言，齿轮计量泵3的进液端与清洗剂口6之间设置有第二无死体积电磁阀9，第二无死体积电磁阀9的一端与清洗剂口6连通，第二无死体积电磁阀9的另一端与齿轮计量泵3的进液端连通。
具体而言，进液口16通过第二进样管与齿轮计量泵3的出液端连通，出液口17通过排油管与废液口7相连通。
具体而言，样品仓2内还设置有不锈钢干燥皿室12。
进一步地，为实现样品的进样、液体池4的清洁以及废液的排出，在装置的壳体1上设置有进样口5、清洗剂口6以及废液口7，进样口5的一端连接样品注射器，另一端连接进样管的一端，进样管的另一端连接第一无死体积电磁阀8的进液端，第一无死体积电磁阀8的出液端连接三通管道10的一端。同样地，清洗剂口6的一端连接清洗剂注射器，另一端连接清洗剂管的一端，清洗剂管的另一端连接第二无死体积电磁阀9的进液端，第二无死体积电磁阀9的出液端与第一无死体积电磁阀8的出液端连接在三通管道10的同一端。三通管道10的另一端连接齿轮计量泵3的进液端，齿轮计量泵3的出液端连接液体池44的进液端。
进一步地，为保证样品仓2内干燥，不会因样品仓2内的空气中的水分对结果产生干扰，在样品仓2内还设置有不锈钢干燥皿室12，不锈钢干燥皿室12通过固定螺栓固定于样品仓2内。
继续参阅图3和4所示，液体池4包括顶板13和底板14，顶板13和底板14的中部均开设有通孔，其中，顶板13的上侧面设置有进液口16和出液口17，进液口16与齿轮计量泵3的出液端连通，出液口17与废液口7连通。
具体而言，顶板13的尺寸小于底板14的尺寸，顶板13和底板14的中部位置均开有半径相同的圆孔，液体池4顶板13的上侧面固定连接有进液口16和出液口17。
具体而言，顶板13的下侧面敷设有顶部弹性密封垫18，底板14的上侧面敷设有底部弹性密封垫19，底部弹性密封垫19和顶部弹性密封垫18设置在顶板13和底板14之间，其中，底部弹性密封垫19和顶部弹性密封垫18之间设置有光程垫片22，光程垫片22与顶部弹性密封垫18之间设置有第一氯化钠窗片20，光程垫片22与底部弹性密封垫19之间设置有第二氯化钠窗片21。
具体而言，在顶板13的内表面胶接有顶部弹性密封垫18，在底板14的内表面胶接有底部弹性密封垫19，在顶部弹性密封垫18与底部弹性密封垫19之间设置有光程垫片22，在光程垫片22与顶部弹性密封垫18之间设置有第一氯化钠窗片20，在光程垫片22与底部弹性密封垫19之间设置有第二氯化钠窗片21。顶板13靠近四个角的位置开有螺栓孔，底板14对应开有个螺纹孔，手拧螺母15穿过顶板13与底板14的螺纹孔将顶板13与底板14连接固定，具体的，手拧螺母15与一螺柱23连接，螺柱23由底板14向顶板13方向穿设在的顶板13与底板14的螺纹孔内，并与手拧螺母15螺纹连接，以将顶板13与底板14连接固定，光程垫片22、第一氯化钠窗片20、第二氯化钠窗片21通过手拧螺母15被挤压紧固在顶板13与底板14之间。
进一步地，液体顶板13上还安装有进液口16以及出液口17，进液口16与齿轮计量泵3的出液端，出液口17与废液口7相连通。
进一步地，为实现液体池4固定在支架11上，液体池4的底板14面积大于顶板13面积，在支架11内设置有凹槽，底板14插于支架11的凹槽内，以此实现液体池4的固定。
基于上述实施例的另一种优选的实施方式，在本实施方式中，为控制快速区分装置的扫描以及将扫描结果显示，以便于与典型谱图进行对比，本实施例的快速区分装置设置有发射模块和接收模块分别与处理单元电连接，处理单元优选为工业计算机，工业计算机将指令传输到接收模块控制快速区分装置进行扫描，扫描结果通过发射模块传输到工业计算机，工业计算机显示扫描结果。工业计算机的电源端、区分装置的电源端均与不间断电源电连接，以保证设备的正常用电。
具体而言，本实施方式的扫描范围为4000cm-1-500cm-1，选取的红外透过率为700cm-1-500cm-1得出红外透过率图。
上述各实施方式在具体实施时，先通过清洗剂口6注入清洗剂，第二无死体积电磁阀9和齿轮计量泵3控制清洗剂对装置内进行清洗，清洗完成后废液从废液口7排除；通过进样口5注入被检的绝缘油样品，第一无死体积电磁阀8和齿轮计量泵3控制样品的进量，样品通过第一无死体积电磁阀8、三通管道10和齿轮计量泵3从顶板13上的进液口16进入液体池4，装置对液体池4内的样品进行扫描，将得出红外透过率图显示在工业计算机上，扫描结束后，样品从液体池4顶板13上的出液口17通过废液口7排出；将得出的样品的红外透过率图与不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图进行定性或定量对比，从而快速区分出样品的型号及厂家。
基于上述实施例的另一种优选的实施方式中，在本实施方式中，处理单元包括一比对模块，比对模块用于将红外透过率图与典型谱图进行对比，并输出经相似性判别后的相似性得分，并根据相似性得分确定待测绝缘油的型号及厂家信息。
可以看出，装置对绝缘油进行取样扫描，将扫描结果显示在计算机上，将结果与各厂家、各型号变压器油的典型图谱进行对比，从而快速区分出变压器油的厂家以及型号。
具体而言，比对模块根据下式确定相似性判别的相似性得分ScoreXY：
Figure BDA0002375721340000091
其中，m为给定的数据曲线类别数，N为每一条数据的坐标点数，x为变量X纵坐标值，
Figure BDA0002375721340000092
为变量X的纵坐标均值，y为变量Y纵坐标值，
Figure BDA0002375721340000093
为变量Y的纵坐标均值，y——变量Y的纵坐标值；
Figure BDA0002375721340000094
表示变量Y的纵坐标均值，xi表示变量X的第i个纵坐标值，yi表示变量Y的第i个纵坐标值。
可以看出，通过对待测绝缘油图谱与典型图谱进行相似性判别，能够有效区分数据类别，同时更直观表达结果，进而能够快速有效的确认绝缘油的厂家及型号信息，提高了工作效率。
在具体实施时，以中石化的I-40、中石油的KI45X、壳牌的S4、中石油的KI50X和中海油泰州的HI50X的谱图为例进行说明，可采用如下方式，在寻找最接近的谱图时，首先获取待确认的绝缘油的红外图谱，别截取预设图谱，别获取预设图谱的曲线。同时，分别获取中石化的I-40、中石油的KI45X、壳牌的S4、中石油的KI50X和中海油泰州的HI50X的谱图的曲线，则几条曲线依次是目前的主流变压器油：中石化的I-40、中石油的KI45X、壳牌的S4、中石油的KI50X和中海油泰州的HI50X的谱图曲线。
优选的，在获取中石化的I-40、中石油的KI45X、壳牌的S4、中石油的KI50X和中海油泰州的HI50X的谱图曲线时，优选为截取各个图谱的差异特征相对明显的红外透过率图，即可以截取各个图谱的700cm-1-500cm-1范围内的红外透过率图的进行比对，从而能够提高比对结果的获取效率，即能够有效地提高工作效率。
具体而言，获取待测绝缘油图谱的曲线，计算该曲线与五条典型图谱曲线的相似性。
具体而言，经传统相似性计算方法测试，三种相关系数对于K145X和K150X辨别效果不佳；其中，曼哈顿距离算法能够有效判别数据类别，但距离值表现不够直观。鉴于此，给出一种通过曼哈顿距离改进相关系数的相似性判别方法，使之能有效区分数据类别，同时更直观表达结果。
具体而言，相似性得分ScoreX，Y等于pearson相关系数ρX，Y乘以一个修正系数λX，Y，其中λ是根据曼哈顿距离得出的一个值域在(0,1)范围内的系数，用于修正相似度较大，但分属不同类别数据的相关性。
具体而言，修正系数采用指数函数的原因在于：指数函数在负半轴上的值域在(0,1)之间，符合概率范围；指数函数在负半轴单调递增，曼哈顿距离越大，取负数后值越小，其指数值越小，最终计算所得的相似性得分越小，满足修正系数要求。
具体而言，通过上述改进，最终的相似性判别算法计算公式如下：
Figure BDA0002375721340000101
其中，ScoreXY为变量X和Y的相似度得分，取值在(0,1)之间，表示二者相似程度；λX，Y为相关系数的修正系数，通过曼哈顿距离计算得出，取值在(0,1)之间；ρX，Y为Pearson相关系数，取值在(0,1)之间；dXY为变量X和Y的曼哈顿距离；m为给定的数据曲线类别数，这里给定5种曲线，则m＝5；N为每一条数据的坐标点数，这里截取700cm-1-500cm-1红外数据，则N＝200；x为变量X的纵坐标值；
Figure BDA0002375721340000102
为变量X的纵坐标均值；y为变量Y的纵坐标值；
Figure BDA0002375721340000103
为变量Y的纵坐标均值。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种绝缘油快速区分装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体上设置有样品仓；
液体池，其设置在所述样品仓内，用于放置待测绝缘油；
红外光谱采集单元，用于采集所述待测绝缘油的红外透过率图；
处理单元，与所述红外光谱采集单元电连接，用于接收所述红外透过率图，并将所述红外透过率图与不同厂家、不同型号的绝缘油的典型谱图进行对比，以确定所述待测绝缘油的型号及厂家信息。
2.根据权利要求1所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述样品仓内设置有齿轮计量泵，所述壳体上设置有进样口、废液口和清洗剂口，所述齿轮计量泵的进液端分别与所述进样口和清洗剂口相连通；
所述齿轮计量泵的出液端与所述液体池的进液端相连通，所述液体池的出液端与所述废液口相连通。
3.根据权利要求2所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述齿轮计量泵的进液端与所述进样口之间设置有第一无死体积电磁阀，所述第一无死体积电磁阀的一端与所述进样口连通，所述第一无死体积电磁阀的另一端与所述齿轮计量泵的进液端连通。
4.根据权利要求2所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述齿轮计量泵的进液端与所述清洗剂口之间设置有第二无死体积电磁阀，所述第二无死体积电磁阀的一端与所述清洗剂口连通，所述第二无死体积电磁阀的另一端与所述齿轮计量泵的进液端连通。
5.根据权利要求2所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述液体池包括顶板和底板，所述顶板和底板的中部均开设有通孔，其中，
所述顶板的上侧面设置有进液口和出液口，所述进液口与所述齿轮计量泵的出液端连通，所述出液口与所述废液口连通。
6.根据权利要求5所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述顶板的下侧面敷设有顶部弹性密封垫，所述底板的上侧面敷设有底部弹性密封垫，所述底部弹性密封垫和顶部弹性密封垫设置在所述顶板和底板之间。
7.根据权利要求1所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述底部弹性密封垫和顶部弹性密封垫之间设置有光程垫片，所述光程垫片与所述顶部弹性密封垫之间设置有第一氯化钠窗片，所述光程垫片与所述底部弹性密封垫之间设置有第二氯化钠窗片。
8.根据权利要求1所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述样品仓内还设置有不锈钢干燥皿室。
9.根据权利要求1-8任一项所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述处理单元包括一比对模块，所述比对模块用于将所述红外透过率图与所述典型谱图进行对比，并输出经相似性判别后的相似性得分，并根据所述相似性得分确定所述待测绝缘油的型号及厂家信息。
10.根据权利要求9所述的绝缘油快速区分装置，其特征在于，所述比对模块根据下式确定所述相似性判别的相似性得分ScoreXY：
Figure FDA0002375721330000021
其中，m为给定的数据曲线类别数，N为每一条数据的坐标点数，x为变量X纵坐标值，
Figure FDA0002375721330000022
为变量X的纵坐标均值，y为变量Y纵坐标值，
Figure FDA0002375721330000023
为变量Y的纵坐标均值，y——变量Y的纵坐标值；
Figure FDA0002375721330000024
表示变量Y的纵坐标均值，xi表示变量X的第i个纵坐标值，yi表示变量Y的第i个纵坐标值。
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