CN111855482A - 一种变压器油中溶解氢气的检测装置 - Google Patents

一种变压器油中溶解氢气的检测装置 Download PDF

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陈图南
张国强
马凤翔
赵跃
祁炯
李康
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Abstract

一种变压器油中溶解氢气的检测装置,包括:氢气检测模块、第一三通阀、循环气泵、第二三通阀、油脱气模块、循环气室、主控制电路以及交互主机。油脱气模块通过气体管路与被测电气设备的气体取样口连接,同时通过气体管路、第一三通阀、第二三通阀、循环气泵与氢气检测模块及循环气室联通。控制第一三通阀、第二三通阀可以控制油脱气模块只与氢气检测模块或循环气室联通。各模块受主控制电路控制。主控制电路与交互主机通过信号线相连,接收交互主机的命令并向交互主机发送检测结果。

Description

一种变压器油中溶解氢气的检测装置
技术领域
本发明涉及一种氢气检测装置,特别涉及一种变压器油中溶解氢气的检测装置。
背景技术
在电力行业中,变压器油中溶解气体分析是一种应用十分广泛的技术。该技术基于油中溶解气体的类型与内部故障的对应关系实现对变压器故障的检测和判断。根据气体组分和含量可以诊断故障类型、大概部位、严重程度和发展趋势,其特点是能发现用电气试验不易发现的潜伏性故障,对变压器内部潜伏性故障进行早期和实时的识别非常有效。目前对油中溶解气体的检测通常采用气相色谱法,然而气相色谱法需要消耗载气,导致维护量大,在线监测成本高。近来很多研究机构和企业提出采用光声光谱法检测油中溶解气体,可以实现在线监测,然而该技术原理又无法检测重要气体组分氢气,只能采用其他方式检测,目前采用光声光谱技术的仪器在检测氢气时单独采用半导体传感器/电化学传感器等技术,检测灵敏度低。目前市场上可靠的氢气传感器检测灵敏度在20ppmv,而电力行业的要求为2ppmv及以下,难以满足行业应用需求。针对这些问题一些研究机构开发了光声光谱配套使用的氢气检测组分,如专利CN208187963U“一种用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件”,采用燃料电池原理检测氢气浓度,然而变压器油中溶解气体中还包括其他组分如CH4、CO、CO2等,这些组分对燃料电池质子交换膜的具有很大影响,影响长期使用。因此目前电力行业急需一种可靠的高灵敏油中溶解氢气检测装置及方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足,提出一种变压器油中溶解氢气的检测装置。本发明通过对气体样品预处理技术结合数据后处理,实现对变压器油中溶解氢气的高灵敏检测,效果显著。
本发明的检测装置包括:氢气检测模块、油蒸汽过滤器、第一三通阀、循环气泵、第二三通阀、油脱气模块、循环气室、主控制电路以及交互主机。所述油脱气模块通过出油管和回油管与被测电气设备的油取样口连接,同时通过出气管与第一三通阀的第一接口连接,通过回气管与第二三通阀的第一接口连接。出气管上串接有油蒸汽过滤器。所述氢气检测模块的两个气路接口分别通过气体管路与第一三通阀的第二接口、第二三通阀的第二接口相连;所述循环气室通过气体管路分别与第一三通阀的第三接口、循环气泵的第一接口相连,所述循环气泵的第二接口与第二三通阀的第三接口相连;所述油脱气模块、氢气检测模块、第一三通阀、第二三通阀、循环气泵及循环气室分别通过控制线与主控制电路连接,受主控制电路控制;所述氢气检测模块与主控制电路通过数据线相连,获取氢气检测模块的气压和氢气检测结果数据;所述主控制电路与交互主机通过信号线相连,接收交互主机的命令,并向交互主机发送检测结果。
所述氢气检测模块包括高导热结构、半导体制热制冷片、气体通道、氢气吸附材料、氢气传感器、气压传感器及第一气体空腔、第二气体空腔。所述高导热结构为圆柱形或长方体,内部开有气体通道,所述气体通道为蛇形结构,或者为分叉双通道结构,以增加流经的气体与内部氢气吸附材料的接触面积。高导热结构的侧壁开有氢气传感器和气压传感器的安装孔;所述高导热结构外部安装有半导体制热制冷片,工作时接受主控制电路的控制,对氢气吸附材料加热或冷却。所述氢气吸附材料填充在气体通道内部。在气体通道分叉处的居中位置分别开有第一气体空腔和第二气体空腔,第一气体空腔和第二气体空腔分别与高导热结构侧壁的氢气传感器和气压传感器的安装孔的位置对应;氢气传感器安装在第一气体空腔对应位置的安装孔内,气压传感器安装在第二气体空腔对应位置的安装孔内。含有氢气的气体样品流过气体通道,在流动过程中氢气组分被氢气吸附材料吸附。所述的氢气传感器可以是半导体传感器,也可以是电化学传感器。所述的氢气吸附材料优选为储氢合金或金属-有机框架材料,也可以活性氧化铝、活性碳、分子筛及上述材料的混合物。
所述检测装置检测气体组分时,按如下步骤顺序工作:
A、主控制电路控制第一三通阀和第二三通阀动作,第一三通阀的第一接口与第三接口联通,第二三通阀的第一接口与第三接口联通,使得循环气室只与油脱气模块联通,并控制油脱气模块和循环气泵从被测电气设备获取油样,脱出气体样品并进入循环气室;
B、主控制电路控制第一三通阀和第二三通阀动作,第一三通阀的第一接口与第三接口联通,第二三通阀的第一接口与第三接口联通,使得循环气室只与氢气检测模块联通,控制氢气检测模块的温度,使其工作于气体吸附状态,而后控制循环气泵使得气体在循环气室与氢气检测模块之间循环,循环气室中气体所含的氢气被氢气吸附材料吸附,循环T1时间达到稳定状态后,停止循环气泵,并控制第一三通阀和第二三通阀动作,第一三通阀的第一接口与第三接口联通,第二三通阀的第一接口与第三接口联通,使得循环气室与油脱气模块联通,排放循环气室中的气体;
C、重复上述A、B两个步骤N次,N取值2~15;
D、主控制电路控制第一三通阀和第二三通阀动作,第一三通阀的第一接口与第三接口联通,第二三通阀的第一接口与第三接口联通,使得氢气检测模块与其他部分隔离,控制氢气检测模块温度,使其工作于气体解吸状态,氢气从氢气吸附材料中脱附,达到稳定状态后,利用气压传感器检测气体压力,利用氢气传感器检测气体中氢气浓度;
E、主控制电路获得氢气传感器和气压传感器检测结果并发送给交互主机,经交互主机处理获得实际氢气检测结果Ca
F、最后,交互主机的数据处理软件根据实际气体检测结果Ca,A、B步骤的循环次数N,循环气室及氢气检测模块气体体积、氢气检测模块的气压、温度及油脱气模块的脱气率等参数获得被测电气设备油中溶解氢气的真实气体浓度Cr
采用上述装置多次从被监测设备中采集油样、脱气、控制吸附过程循环,使得氢气被吸附在吸附材料中,再控制氢气从吸附材料中解吸,使得最终被检测的氢气浓度增大,实现灵敏度较低的传感器即可检测油样品中的低浓度氢气。如真实气体浓度为5ppmv油中溶解氢气组分,在经过上述处理后浓度可变为50ppmv或更高,从而间接实现对油中溶解氢气的高灵敏度检测。
附图说明
图1为本发明变压器油中溶解氢气的检测装置示意图;
图2为本发明氢气检测模块实施例示意图。
具体实施方式
下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1为本发明变压器油中溶解氢气的检测装置结构组成示意图。如图1所示,本发明装置1主要包括氢气检测模块15、油蒸汽过滤器12、第一三通阀17、循环气泵18、第二三通阀19、油脱气模块13、循环气室11、主控制电路14以及交互主机16。所述油脱气模块13通过出油管和回油管与被测电气设备2的油取样口21连接,同时通过气体出气管与第一三通阀17的第一接口连接,通过回气管与第二三通阀19的第一接口连接,同时出气管上串接有油蒸汽过滤器12。所述氢气检测模块15的两个气路接口分别通过气体管路与第一三通阀17的第二接口、第二三通阀19的第二接口相连;所述循环气室11通过气体管路分别与第一三通阀17的第三接口、循环气泵18的第一接口相连,所述循环气泵18的第二接口与第二三通阀19的第三接口相连;所述油脱气模块13、氢气检测模块15、第一三通阀17、第二三通阀19、循环气泵18及循环气室11分别通过控制线与主控制电路14连接。所述氢气检测模块15与主控制电路14之间还连接有数据线,获取氢气检测模块15的气压和氢气检测结果数据。所述主控制电路14与交互主机16通过信号线相连,接收交互主机16的命令,并向交互主机16发送检测结果。
图2为本发明氢气检测模块实施例示意图。如图2所示,所述氢气检测模块15包括高导热结构151、半导体制热制冷片152、气体通道153、氢气吸附材料154、氢气传感器155、气压传感器156及第一气体空腔157、第二气体空腔158。所述高导热结构151为圆柱形或长方体形,内部开有气体通道153。所述气体通道153为分叉形两气路结构,侧壁上开有氢气传感器155和气压传感器156的安装孔。所述高导热结构151外部安装有半导体制热制冷片152;所述氢气吸附材料154填充在气体通道153内部。在气体通道153分叉处的居中位置分别开有第一气体空腔157和第二气体空腔158,第一气体空腔157和第二气体空腔158分别与高导热结构151侧壁的氢气传感器和气压传感器的安装孔的位置对应;所述氢气传感器155安装在第一气体空腔157对应位置的安装孔内,气压传感器156安装在第二气体空腔158对应位置的安装孔内。

Claims (5)

1.一种变压器油中溶解氢气的检测装置,其特征在于:所述的检测装置(1)包括氢气检测模块(15)、油蒸汽过滤器(12)、第一三通阀(17)、循环气泵(18)、第二三通阀(19)、油脱气模块(13)、循环气室(11)、主控制电路(14)以及交互主机(16);所述油脱气模块(13)通过出油管和回油管与被测电气设备(2)的油取样口(21)连接,同时通过气体出气管与第一三通阀(17)的第一个接口连接,通过回气管与第二三通阀(19)的第一个接口连接,出气管上串接有油蒸汽过滤器(12);所述氢气检测模块(15)的两个气路接口分别通过气体管路与第一三通阀(17)的第二接口、第二三通阀(19)的第二接口相连;所述循环气室(11)通过气体管路分别与第一三通阀(17)的第三接口、循环气泵(18)的第一接口相连,所述循环气泵(18)的第二接口与第二三通阀(19)的第三接口相连;所述油脱气模块(13)、氢气检测模块(15)、第一三通阀(17)、第二三通阀(19)、循环气泵(18)及循环气室(11)分别通过控制线与主控制电路(14)连接,受主控制电路(14)控制;所述氢气检测模块(15)与主控制电路(14)之间连有数据线,获取氢气检测模块(15)的气压和氢气检测结果数据;所述主控制电路(14)与交互主机(16)通过信号线相连,接收交互主机(16)的命令,并向交互主机(16)发送检测结果。
2.如权利要求1所述的检测装置,其特征在于:所述氢气检测模块(15)包括高导热结构(151)、半导体制热制冷片(152)、气体通道(153)、氢气吸附材料(154)、氢气传感器(155)、气压传感器(156)及第一气体空腔(157)、第二气体空腔(158);所述高导热结构(151)为圆柱形或长方体,内部开有气体通道(153),为蛇形结构或分叉双通道结构,侧壁上开有氢气传感器(155)和气压传感器(156)安装孔;气体通道(153)的中间位置分别开有第一气体空腔(157)和第二气体空腔(158),第一气体空腔(157)和第二气体空腔(158)分别与高导热结构(151)侧壁的氢气传感器和气压传感器的安装孔的位置对应;所述氢气传感器(155)安装在第一气体空腔(157)对应位置的安装孔内,气压传感器(156)安装在第二气体空腔(158)对应位置的安装孔内;所述高导热结构(151)外部安装有半导体制热制冷片(152),工作时根据主控制电路(14)的控制,对氢气吸附材料(154)加热或制冷;所述氢气吸附材料(154)填充在气体通道(153)内部;气体样品流经气体通道(153)。
3.如权利要求1或2所述的检测装置,其特征在于:所述的检测装置检测气体组分工作流程顺序如下:
A、主控制电路(14)控制第一三通阀(17)和第二三通阀(19)动作,第一三通阀(17)的第一接口与第三接口联通,第二三通阀(19)的第一接口与第三接口联通,使得循环气室(11)只与油脱气模块(13)联通,并控制油脱气模块(13)和循环气泵(18)从被测电气设备(2)获取油样,脱出气体样品并进入循环气室(11);
B、主控制电路(14)控制第一三通阀(17)和第二三通阀(19)动作,第一三通阀(17)的第二接口与第三接口联通,第二三通阀(19)的第二接口与第三接口联通,使得循环气室(11)只与氢气检测模块(15)联通,控制氢气检测模块(15)的温度,使其工作于气体吸附状态,而后控制循环气泵(18)使得气体在循环气室(11)与氢气检测模块(15)之间循环,循环时间T1后停止循环气泵,并控制第一三通阀(17)和第二三通阀(19)动作,第一三通阀(17)的第一接口与第三接口联通,第二三通阀(19)的第一接口与第三接口联通,使得循环气室(11)与油脱气模块(13)联通,排放循环气室(11)中的气体;
C、重复上述A、B两个步骤N次,N的值为2~15;
D、主控制电路(14)控制第一三通阀(17)和第二三通阀(19)动作,第一三通阀的第一接口与第三接口联通,第二三通阀的第一接口与第三接口联通,使得氢气检测模块(15)气路与其他部分隔离,控制氢气检测模块(15)温度,使其工作于气体解吸状态,达到稳定状态后,利用气压传感器(156)检测气体压力,利用氢气传感器(155)检测氢气浓度;
E、主控制电路(14)获得氢气传感器(155)和气压传感器(156)检测结果并发送给交互主机(16),经交互主机(16)处理获得实际氢气检测结果Ca
F、最后,交互主机(16)根据实际气体检测结果Ca,A、B步骤的循环次数N,循环气室(11)及氢气检测模块(15)气体体积、氢气检测模块(15)的气体压力、温度及油脱气模块(13)的脱气率等参数获得被测电气设备(2)油中溶解氢气的真实气体浓度Cr
4.按照权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所述的氢气传感器(155)为半导体传感器或电化学传感器。
5.按照权利要求1所述的检测装置,其特征在于所述的氢气吸附材料(153)为储氢合金或金属-有机框架材料,或活性氧化铝、活性碳、分子筛及其混合物。
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