CN111707757B - 一种基于fid的变压器油在线色谱分析方法 - Google Patents

一种基于fid的变压器油在线色谱分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变压器油分析技术领域，具体公开了一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，包括如下步骤：S1、将FID传感器与色谱分离柱连接；S2、将水电解装置与色谱分离柱连接；S3、将气泵与FID传感器连接；S4、将样气输入管与色谱分离柱连接；S5、开启FID传感器、水电解装置和气泵；通过样气输入管向色谱分离柱输入变压器油经过油气分离后的样气，通过水电解装置向色谱分离柱输入水电解产生的氢气，通过气泵向FID传感器输入助燃气体；S6、从FID传感器获取分析结果。采用本发明的技术方案能够在室外环境下准确测量变压器油。

Description

一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法
技术领域
本发明涉及变压器油分析技术领域，特别涉及一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法。
背景技术
大型电力变压器的绝缘油中的气体组分和含量与变压器内部故障的类型以及故障的严重程度有着十分密切的关系。基于上述原因，通常把对变压器油中的溶解气体分析作为油浸变压器故障分析的主要方法。
FID传感器是广泛使用的气体检测传感器，其灵敏度高，线性好，广泛应用于有机气体检测。变压器油的实验室检测也是采用FID传感器进行检测，并成为行业的标准。变压器油中溶解气体经过油气分离后，一般采用色谱分离柱对气体的不同组分加以分离，然后再由FID传感器进行测量、分析。
但由于使用FID传感器的传统实验室，需要用到N2、H2和空气这三种气体，这三种气体使用气瓶储气，气瓶压力高达20MPa。特别是H2是易燃易爆气体，非常不安全，无法在现场、特别是室外等复杂环境中使用。
因此，在变压器油在线检测中大多使用半导体传感器来规避这一问题。使用半导体传感器只需空气供气，安全，但半导体传感器与FID传感器相比，存在灵敏度低、稳定性差的缺点，由于其为非线性传感，无法保证测量准确度，并且校准困难，往往会出现半导体传感器检测的值与FID传感器检测的值具有一定差距的情况，这也就导致了半导体传感器的测量结果只具有参考价值，无法像FID传感器的测量结果一样作为标准值，也无法作为检测报告的测量结果，局限较大。现有技术中还采用光声光谱设备进行检测，但是其设备价格昂贵，而且因为设备内部采用了声音振动传感器，抗干扰性差。
为此，需要一种安全性高且能在室外环境下准确测量变压器油在线色谱分析方法。
发明内容
本发明提供了一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，能够在室外环境下进行准确测量。
为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，包括如下步骤：
S1、将FID传感器与色谱分离柱连接；
S2、将水电解装置与色谱分离柱连接；
S3、将气泵与FID传感器连接；
S4、将样气输入管与色谱分离柱连接；
S5、开启FID传感器、水电解装置和气泵；通过样气输入管向色谱分离柱输入变压器油经过油气分离后的样气，通过水电解装置向色谱分离柱输入水电解产生的氢气，通过气泵向FID传感器输入助燃气体；
S6、从FID传感器获取分析结果。
基础方案原理及有益效果如下：
本方案中，通过水电解供氢气，使得宏观上色谱分析只需水即能正常进行，降低了分析装置的维护成本，不再需要气瓶存储H2，安全性高，使得基于FID传感器的检测方法得以在室外环境使用。解决了FID传感器不能在室外对变压器油色谱进行准确检测的难题。
进一步，所述S3中，FID传感器包括第一气体进口和第二气体进口，将气泵分别与第一气体进口和第二气体进口连接。
分两路输入助燃气体，有助于提高检测信号的强度。
进一步，所述S3中，还包括分流阀；将分流阀固定在第二气体进口与气泵之间；通过分流阀调节进入第二气体进口的助燃气体流量。
通过设置分流阀能够整体上调节进入第一空气进口和第二空气进口的助燃气体的比率。
进一步，所述S1中，FID传感器还包括排气口，在排气口上固定防爆装置。
在FID设备上采用防爆装置，即使是在有燃烧气体的环境中也能保证装置的安全运行。
进一步，所述S1中，防爆装置包括防爆管和金属薄片，金属薄片上开有若干通气孔；将防爆管与FID传感器的排气口固定连接；将金属薄片固定在防爆管内。
通过设置金属薄片，可以有效隔离FID传感器内的燃烧气体和外部空间的空气；当外部空间有可燃气体时，由于金属薄片的作用外部空间的温度会比FID传感器内的燃烧气体的温度低，外部空间的可燃气体达不到燃点，实现了防爆的作用。
进一步，所述S3中，助燃气体为空气；通过分流阀调节进入第二气体进口的空气流量后，使输入氢气：空气：空气的比例为15:15:280或30:30:330。
空气采集方便，成本低。
进一步，所述S3中，助燃气体为氧气，通过分流阀调节进入第二气体进口的氧气流量后，使输入氢气：氧气：氧气的比例为15:3:56。
由于氧气多为成品，而且气压大，与输入空气相比，对气泵的要求更低，可以采用更小体积的气泵。
进一步，所述S5中，还通过检测单元检测FID传感器的振动信息，处理单元基于振动信息判断振动频率是否大于第一阈值，如果大于第一阈值，处理单元控制第一继电器断电；其中，第一继电器与水电解装置电连接。
由于FID传感器检测时，需要使样气，氢气和空气燃烧。而在燃烧时可能会出现燃烧不充分或燃烧过于剧烈的情况，甚至产生震爆，影响FID传感器的安全。为此，需要对燃烧进行控制。当振动频率大于第一阈值时，已经产生一定的震爆，第一继电器断电，可以切断氢气的输入，气泵继续工作，可以将FID传感器内的气体吹出，避免震爆的继续发生。
进一步，如果振动频率大于第二阈值，处理单元控制第一继电器和第二继电器断电；其中，第二继电器与气泵电连接，第二阈值大于第一阈值。
当振动频率大于第二阈值时，震爆较为剧烈，此时如果气泵继续鼓入空气，可能会加剧燃烧，故，需要切断空气的输入。
进一步，检测单元包括加速度传感器、运算放大器和AD转换器。
通过设置运算放大镜可以有效放大加速度传感器检测的信号。
附图说明
图1为实施例一基于FID的变压器油在线色谱分析方法的流程图；
图2为实施例一基于FID的变压器油在线色谱分析装置的结构示意图；
图3为实施例一基于FID的变压器油在线色谱分析装置中防爆装置的俯视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的标记包括：FID传感器1、水电解装置2、防爆装置3、色谱分离柱4、气泵5、样气输入管6、第一三通接头7、第二三通接头8、第一管路9、第二管路10、第三管路11、第四管路12、第五管路13、第六管路14、转化炉15、防爆管16、金属薄片17。
实施例一
如图1所示，本实施例的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，包括如下步骤：
S1、将FID传感器与色谱分离柱连接；FID传感器包括排气口，在排气口上固定防爆装置。具体的，防爆装置包括防爆管和金属薄片，金属薄片上开有若干通气孔；将防爆管与FID传感器的排气口固定连接；将金属薄片固定在防爆管内。
S2、将水电解装置与色谱分离柱连接；
S3、FID传感器包括第一气体进口和第二气体进口，将气泵分别与第一气体进口和第二气体进口连接；还包括分流阀；将分流阀固定在第二气体进口与气泵之间；通过分流阀调节进入第二气体进口的助燃气体流量。本实施例中助燃气体选用空气；通过分流阀调节进入第二气体进口的空气流量后，使输入氢气：空气：空气的比例为15:15:280或30:30:330。在其他实施例中，助燃气体也可以选用氧气，通过分流阀调节进入第二气体进口的氧气流量后，使输入氢气：氧气：氧气的比例为15:3:56。
S4、将样气输入管与色谱分离柱连接；
S5、开启FID传感器、水电解装置和气泵；通过样气输入管向色谱分离柱输入变压器油经过油气分离后的样气，通过水电解装置向色谱分离柱输入水电解产生的氢气，通过气泵向FID传感器输入助燃气体；
S6、从FID传感器获取分析结果。
基于FID的变压器油在线色谱分析方法，本实施例还提供一种基于FID的变压器油在线色谱分析装置，如图2所示，包括FID传感器1、水电解装置2、气泵5、色谱分离柱4和转化炉15。
本实施例中，FID传感器1采用现有的FID传感器即可，本方案不涉及对FID传感器1的改进。
FID传感器1包括进样口、排气口、第一气体进口和第二气体进口；FID传感器1的排气口上还固定有防爆装置3。气泵5包括输出口。色谱分离柱4包括进气口和出气口。转化炉15包括输入口和输出口。
如图3所示，本实施例中，防爆装置3包括防爆管16和金属薄片17，防爆管16的一端与FID传感器1的排气口固定连接；金属薄片17固定在防爆管16内，金属薄片17上开有若干通气孔。通过设置金属薄片17，可以有效隔离FID传感器1内的燃烧空气和外部空间的空气；当外部空间有可燃气体时，由于金属薄片17的作用外部空间的温度会比FID传感器1内的燃烧空气的温度低，达不到燃点，实现了防爆的作用。在其他实施例中，金属薄片17也可以替换成金属网，例如钢网。
还包括样气输入管6、第一三通接头7、第二三通接头8、第一管路9、第二管路10、第三管路11、第四管路12、第五管路13、第六管路14和分流阀18。
水电解装置2包括氢气出口，第一管路9的一端与氢气出口连接，第一管路9的另一端与第一三通接头7的第一端连接；样气输入管6的一端与第一三通接头7的第二端连接，第一三通接头7的第三端与色谱分离柱4的进气口连接。样气输入管6用于输入变压器油经过油气分离后的样气，此为现有技术，这里不再赘述。水电解装置采用现有的电解水型的氢气发生器即可，不需要气瓶那么大的气压，氢气发生器输出的氢气气压也能满足需求。
第二管路10的一端与色谱分离柱4的出气口连接，第二管路10的另一端与转化炉15的输入口连接；
第六管路14的一端与转化炉15的输出口连接，第六管路14的另一端与FID传感器1的进样口连接。
第三管路11的一端与气泵5的输出口连接，第三管路11的另一端与第二三通接头8的第一端连接；
第四管路12的一端与第二三通接头8的第二端连接，第四管路12的另一端与FID传感器1的第一气体进口连接；
第五管路13的一端与分流阀18连接，分流阀的另一端与第二三通接头8的第三端连接，第五管路13的另一端与FID传感器1的第二气体进口连接；分两路输入空气，有助于提高检测信号的强度。分流阀18用于调节进入第二气体进口的气体流量。现有的FID传感器中，第二空气进口输入的是氮气，本实施例中在不影响FID传感器1检测精度的情况下调整为输入空气。
本实施例中，FID传感器1包括传感器本体和检测电路；检测电路与传感器本体之间电连接。
本方案在使用时，由水电解装置2电解水产生H2作为色谱分离柱4的载气，样气进入色谱分离柱4后进行分离，然后由进样口进入FID传感器1内，气泵5将空气由第一气体进口和第二气体进口吹入FID传感器1内，第一气体进口进入的空气作为主助燃气体，第二气体进口进入的空气作为次助燃气体，与H2一起混合，使FID传感器1保持最佳灵敏度。具体的，混合气体在FID传感器1本体的腔内点火后离子化产生电信号，电信号输出至检测电路，检测电路对电信号进行放大，并检测变压器油的CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等主要气体；检测电路的检测属于现有技术，这边不再赘述。本实施中空气作为主助燃气体时，输入氢气：空气：空气的比例为15:15:280或者30:30:330。在其他实施例中，也可也采用氧气作为助燃气体，输入氢气：氧气：氧气的比例为15:3:56。
本实施例应用在变压器油在线分析中，将FID传感器1的N2供气简化，同时由水电解产生H2作为色谱分离柱4的载气，并且在FID传感器1的第一气体进口和第二气体进口分流空气，使得FID传感器1只需要空气和氢气，即能分析变压器油分离出来的气体。
水电解供氢气，免去了现场使用氮气的麻烦，使得宏观上分析装置只需加点水即能进行在线色谱分析，由于水的密度远远大于氢气的密度，因此，少量的水就能供分析装置使用很长时间，极大地降低了分析装置的维护成本，使FID检测的方法得以在现场使用。再加上在FID传感器1上设置了防爆装置3，使得即使是在有燃烧气体的环境中也能安全运行，解决了FID传感器1不能在室外变压器油色谱在线检测中使用的难题。
实施例二
与实施例一的不同之处在于，本实施例的中，基于FID的变压器油在线色谱分析方法，步骤S5中，还通过检测单元检测FID传感器的振动信息，处理单元基于振动信息判断振动频率是否大于第一阈值，如果大于第一阈值，处理单元控制第一继电器断电；如果振动频率大于第二阈值，处理单元控制第一继电器和第二继电器断电；其中，第二阈值大于第一阈值。本实施例中，检测单元具体包括电连接的加速度传感器、运算放大器和AD转换器。
基于FID的变压器油在线色谱分析装置还包括控制模块，控制模块包括检测单元、处理单元和继电器组。本实施例中，继电器组包括第一继电器和第二继电器，第一继电器与水电解装置电连接，第二继电器与气泵电连接。
检测单元用于检测FID传感器的振动信息，并发送至处理单元；本实施例中，检测单元具体包括电连接的加速度传感器、运算放大器和AD转换器。FID传感器的振动被加速度传感器采集后，经运算放大器放大电信号，再由AD转换器转换为数字信号，得到振动信息。
处理单元用于获取振动信息，基于振动信息判断振动频率是否大于第一阈值，如果大于第一阈值，处理单元用于控制第一继电器断电。如果振动频率大于第二阈值，处理单元用于控制第一继电器和第二继电器断电。其中，第二阈值大于第一阈值。
由于FID传感器检测时，需要使样气，氢气和空气燃烧。而在燃烧时可能会出现燃烧不充分或燃烧过于剧烈的情况，甚至产生震爆，影响FID传感器的安全。为此，需要对燃烧进行控制。当振动频率大于第一阈值时，已经产生一定的震爆，第一继电器断电，可以切断氢气的输入，气泵继续工作，可以将FID传感器内的气体吹出，避免震爆的继续发生。当振动频率大于第二阈值时，震爆较为剧烈，此时如果气泵继续鼓入空气，可能会加剧燃烧，故，需要切断空气的输入。
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将FID传感器与色谱分离柱连接；
S2、将水电解装置与色谱分离柱连接；
S3、将气泵与FID传感器连接；
S4、将样气输入管与色谱分离柱连接；
S5、开启FID传感器、水电解装置和气泵；通过样气输入管向色谱分离柱输入变压器油经过油气分离后的样气，通过水电解装置向色谱分离柱输入水电解产生的氢气，通过气泵向FID传感器输入助燃气体；
S6、从FID传感器获取分析结果；
所述S5中，还通过检测单元检测FID传感器的振动信息，处理单元基于振动信息判断振动频率是否大于第一阈值，如果大于第一阈值，处理单元控制第一继电器断电；其中，第一继电器与水电解装置电连接；
如果振动频率大于第二阈值，处理单元控制第一继电器和第二继电器断电；其中，第二继电器与气泵电连接，第二阈值大于第一阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：所述S3中，FID传感器包括第一气体进口和第二气体进口，将气泵分别与第一气体进口和第二气体进口连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：所述S3中，还包括分流阀；将分流阀固定在第二气体进口与气泵之间；通过分流阀调节进入第二气体进口的助燃气体流量。
4.根据权利要求3所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：所述S1中，FID传感器还包括排气口，在排气口上固定防爆装置。
5.根据权利要求4所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：所述S1中，防爆装置包括防爆管和金属薄片，金属薄片上开有若干通气孔；将防爆管与FID传感器的排气口固定连接；将金属薄片固定在防爆管内。
6.根据权利要求5所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：所述S3中，助燃气体为空气；通过分流阀调节进入第二气体进口的空气流量后，使输入氢气：空气：空气的比例为15:15:280或30:30:330。
7.根据权利要求5所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：所述S3中，助燃气体为氧气，通过分流阀调节进入第二气体进口的氧气流量后，使输入氢气：氧气：氧气的比例为15:3:56。
8.根据权利要求1所述的一种基于FID的变压器油在线色谱分析方法，其特征在于：检测单元包括加速度传感器、运算放大器和AD转换器。
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