CN111595782A - 一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置，包括油气分离单元、光声单元、信号处理单元、数据采集控制单元和PLC控制单元；所述油气分离单元进油口与变压器油油套管取样口通过管路连接，所述油气分离单元的出气口与光声单元的进口连接，所述光声单元用于检测分离的气体，输出压力信号，所述信号处理单元将压力信号转化为电信号，所述信号处理单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述的数据采集控制单元与主控制中心监测平台通过RS485连接；所述PLC控制器单元分别与油气分离单元、光声单元、数据采集控制单元通过RS232连接。本装置解决了变压器油油套管绝缘油色谱监测时间长、无在线监测问题。
Description
技术领域
本发明属于变压器监测技术领域，涉及在线监测装置，具体涉及一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置。
背景技术
变压器油油套管是35kV及以上电压等级变压器箱外的主要绝缘装置，变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。目前约30％～40％的变压器电气故障都与套管故障有关，因此，油油套管的正常运行对于变压器的安全运行具有重要的作用。
目前，油油套管停电检测周期长达6年，不容易发现绝缘老化；同时，油油套管并无在线监测项目，对于可能出现的慢性局部潜在性故障也很难发现。因此，油油套管的监测存在着较大缺陷，为变压器的安全运行埋下巨大安全隐患。
绝缘油中溶解气体分析是一种有效的判断变压器潜在故障的诊断手段，通过大量实时的在线监测数据可为慢性局部潜伏性缺陷的发现提供依据。油油套管中绝缘油也起着绝缘的作用，如果发生发热、放电等故障，绝缘油中同样会产生故障气体。因此，通过监测油油套管中绝缘油中溶解气体的状态是一种可行的对油油套管进行监测的方法。
油油套管中绝缘油含量相对于变压器本体而言，质量较少，且多数油油套管不具备经常取样进行离线测试的条件，因此，发明一种变压器油油套管绝缘油在线监测的方法及装置至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置，该装置简单实用，能有效的解决目前变压器油油套管绝缘油色谱监测时间长、无在线监测问题。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置，其特征在于：包括油气分离单元、光声单元、信号处理单元、数据采集控制单元和PLC控制单元；所述油气分离单元进油口与变压器油油套管取样口通过管路连接，所述油气分离单元的出气口与光声单元的进口连接，所述光声单元用于检测分离的气体，输出压力信号，所述信号处理单元将压力信号转化为电信号，所述信号处理单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述的数据采集控制单元与主控制中心监测平台通过RS485连接；所述PLC控制器单元分别与油气分离单元、光声单元、数据采集控制单元通过RS232连接。
进一步的：所述油气分离单元包括油气分离室，在油气分离室内靠近上端的位置安装有油位传感器，在油气分离室内设置有可上下往复运动的助分活塞，助分活塞与外设的电机驱动连接；油气分离室上设置有进油口、出油口、出气口和回气口；进油口通过进油管路与变压器油油套管的取样口相连，在进油管路上连接有流量控制器和注油电磁阀；所述出油口通过回油管路与变压器油油套管上的回油口相连，在回油管路上依次连接有回油止油阀、回油泵和回油枕；油气分离室上的出气口与光声单元的进口通过输气管路连接，油气分离室上的回气口与光声单元的出气口通过回气管路连接，在输气管路上安装有第一气体控制阀和真空泵，在输气管路上还连接有排气支路，在排气支路上安装有排气阀，在回气管路上安装有第二气体控制阀。
进一步的：所述光声单元包括二极管激光器、激光器驱动电源、光纤合束器、光声腔、激光功率计；所述激光器驱动电源用于调节二极管激光器的开和断，二极管激光器拥有六中不同波长的管子，二极管激光器发射的红外光源通过光纤合束器从光声腔的一端摄入，光声腔另一端与激光功率计相连，激光功率计用来测试激光功率；所述光声腔上设置有进气口和出气口。
进一步的：所述信号处理单元包括微音器和锁相放大器，所述微音器内置于光声腔中，所述微音器用于对光声腔中的声波变化进行感应并转换为电信号，并将电信号输出给锁相放大器，锁相放大器用于放大电信号。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明通过将油气分离单元与变压器油油套管取样口直接连接，实现了在线取样、在线实时检测，有效解决了目前变压器油油套管绝缘油色谱监测时间长、无在线监测问题。
2、本发明的油气分离单元脱气后的油样回注进入变压器本体，不污染、不消耗变压器油油套管中绝缘油，且脱气率高、重现性好、油气分离速度快，可实现连续脱气，从而可保证后续工作的正常运行；
3、本发明通过光声单元实现了气体的监测，监测结果经信号处理单元和数据采集控制单元，实时发送给主控制中心监测平台，能够及时获得绝缘油色谱，从而实现对油油套管的检监测。
4、本发明所积累的数据为潜在故障的出现提供依据，具有很广阔的实用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的油气分离原理图。
具体实施方式
下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置，前参见图1-2，包括油气分离单元、光声单元、信号处理单元、数据采集控制单元16和PLC控制单元。数据采集控制单元采用目前市场上常见的数据采集控制器。
所述油气分离单元进油口与变压器油油套管1的取样口2通过管路连接，所述油气分离单元的出气口与光声单元的进口连接，由光声单元将分离的气体进行检测，检测结果由信号处理单元将压力信号转化为电信号，所述信号处理单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述PLC控制器单元分别与油气分离单元、光声单元、数据采集控制单元通过RS232连接，所述的数据采集控制单元与主控制中心监测平台17通过RS485连接。
所述油气分离单元包括油气分离室3，在油气分离室内靠近上端的位置安装有油位传感器22，在油气分离室内设置有可上下往复运动的助分活塞23，助分活塞与外设的电机驱动连接，通过电机带动助分活塞往复运动，将油气分离室内注入的油中气体快速分离出来。油气分离室上设置有进油口、出油口、出气口和回气口。进油口通过进油管路与变压器油油套管的取样口相连，在进油管路上连接有流量控制器19和注油电磁阀18。所述出油口通过回油管路与变压器油油套管上的回油口相连，在回油管路上依次连接有回油止油阀4、回油泵5和回油枕6。油气分离室上的出气口与光声单元的进口通过输气管路连接，油气分离室上的回气口与光声单元的出气口通过回气管路连接，在输气管路上安装有第一气体控制阀21和真空泵14，在输气管路上还连接有排气支路，在排气支路上安装有排气阀15，在回气管路上安装有第二气体控制阀20。上述真空泵在油气分离室进油前，对油气分离室起到抽真空作用，将油气分离室内的气体抽出，通过排气阀排出；在油气分离后，真空泵用作气体的循环泵，把脱离出来的气体输入被检测的光声单元中。
所述光声单元包括二极管激光器8、激光器驱动电源7、光纤合束器9、光声腔10、激光功率计12。所述激光器驱动电源用于调节二极管激光器的开和断，二极管激光器拥有六中不同波长的管子，二极管激光器发射的红外光源通过光纤合束器从光声腔的一端输入，光声腔另一端与激光功率计相连，激光功率计用来测试激光功率；所述光声腔上设置有进气口和出气口。通过油气分离单元分离出来的气体通入密闭且体积固定的光声腔，由激光器发射的光摄入气体中，分离出来的气体吸收特定波长的光跃迁到激发态，部分激发态分子与基态分子发生碰撞，吸收的光子能量转变为分子间的平动动能，从而使得气体温度上升。气体在密闭的环境下，温度升高导致压强增大，通过激光器驱动电源对光源进行周期性调制即可使得气体压强呈现周期性变化，即产生声波。
所述信号处理单元包括微音器11和锁相放大器13，所述微音器内置于光声腔中，所述微音器用于对光声腔中的声波变化进行感应并转换为电信号，并将电信号输出给锁相放大器，锁相放大器用于放大电信号。
本变压器油油套管绝缘油在线监测装置的工作过程为：
变压器油油套管中绝缘油通过取样口进入油气分离单元中，通过油气单元分离出来的气体进入光声单元光声腔中，通过激光器驱动电源调节二极管激光器产生不同频率的红外线，激光功率器统计不同二极管激光器发出的红外线的频率，由光纤合束器摄入光声腔中，油气单元分离出来的气体吸收特定波长的光跃迁到激发态，部分激发态分子与基态分子发生碰撞，吸收的光子能量转变为分子间的平动动能，从而使得气体温度上升。气体在光声腔内下，温度升高导致压强增大，通过激光器驱动电源对光源进行周期性调制即可使得气体压强呈现周期性变化，即产生声波。位于光声腔内的微音器对声波变化进行感应并转换为电信号，输出到锁相放大器中进行放大。数据采集控制单元采集锁相放大器传输的信号，传输至主控监测平台中，主控监测平台中的谱图分析处理软件能实时处理接收到的信号，通过各组分的浓度分析、增长率分析等判断变压器油油套管的状态。
上述油气分离单元的具体工作过程为：
对油气进行分离时，通过抽真空的方式来实现，具体的：
第一步：首先关闭注油电磁阀，包括回油止回阀和回油泵一并关闭，将两个气体控制阀打开，打开排气阀，然后开启真空泵将油气分离室内的气体抽出，从而在内部形成一个负压环境；
第二步：进行注油，注油的步骤主要是在回油泵、回油止回阀、气体控制阀关闭的状态下开启注油电磁阀，将溶有气体的变压器油油套管中的绝缘油注入到油气分离室中，并通过流量控制器计算注入的油量，在油量到达所需值时将注油电磁阀关闭，对油位的高度进行护。当油位达到已经设置的油位传感器的高度时，触发油位传感器来强制关闭注油电磁阀，从而停止注油；
第三步：对溶有气体的变压器油油套管绝缘油进行脱气，在这一步当中需要开启电机、通过电机带动助分活塞往复运动进行脱气，两个气体控制阀打开，并把排气阀关闭，将真空泵开启用来作为气体的循环泵，把脱离出来的气体输入到被检测的光声腔中；
第四步：回油，回油的操作步骤是在结束对脱离出来的气体进行检测后，关闭两个气体控制阀、真空泵、电机，打开回油阀、回油泵，把分离出气体之后的变压器油注回到与变压器油油套管相连的油枕当中。直至回油程序结束后，代表着完成了一次脱气过程。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (4)
1.一种变压器油油套管绝缘油在线监测装置，其特征在于：包括油气分离单元、光声单元、信号处理单元、数据采集控制单元和PLC控制单元；所述油气分离单元进油口与变压器油油套管取样口通过管路连接，所述油气分离单元的出气口与光声单元的进口连接，所述光声单元用于检测分离的气体，输出压力信号，所述信号处理单元将压力信号转化为电信号，所述信号处理单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述的数据采集控制单元与主控制中心监测平台通过RS485连接；所述PLC控制器单元分别与油气分离单元、光声单元、数据采集控制单元通过RS232连接。
2.根据权利要求1所述的变压器油油套管绝缘油在线监测装置，其特征在于：所述油气分离单元包括油气分离室，在油气分离室内靠近上端的位置安装有油位传感器，在油气分离室内设置有可上下往复运动的助分活塞，助分活塞与外设的电机驱动连接；油气分离室上设置有进油口、出油口、出气口和回气口；进油口通过进油管路与变压器油油套管的取样口相连，在进油管路上连接有流量控制器和注油电磁阀；所述出油口通过回油管路与变压器油油套管上的回油口相连，在回油管路上依次连接有回油止油阀、回油泵和回油枕；油气分离室上的出气口与光声单元的进口通过输气管路连接，油气分离室上的回气口与光声单元的出气口通过回气管路连接，在输气管路上安装有第一气体控制阀和真空泵，在输气管路上还连接有排气支路，在排气支路上安装有排气阀，在回气管路上安装有第二气体控制阀。
3.根据权利要求1所述的变压器油油套管绝缘油在线监测装置，其特征在于：所述光声单元包括二极管激光器、激光器驱动电源、光纤合束器、光声腔、激光功率计；所述激光器驱动电源用于调节二极管激光器的开和断，二极管激光器拥有六中不同波长的管子，二极管激光器发射的红外光源通过光纤合束器从光声腔的一端摄入，光声腔另一端与激光功率计相连，激光功率计用来测试激光功率；所述光声腔上设置有进气口和出气口。
4.根据权利要求1所述的变压器油油套管绝缘油在线监测装置，其特征在于：所述信号处理单元包括微音器和锁相放大器，所述微音器内置于光声腔中，所述微音器用于对光声腔中的声波变化进行感应并转换为电信号，并将电信号输出给锁相放大器，锁相放大器用于放大电信号。
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