CN112915939A - 一种变压器油快速老化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器油快速老化反应器，包括呈有变压器油的反应器，分为液体部分和气体部分；温度控制模块，包括加热元件、P I D控制器及主控单元，主控单元用于发送加热指令至P I D控制器使其控制加热元件的加热功率；液体测试模块，包括依次连接的液泵、第一调节阀、第一冷却装置、第一红外光谱仪及第一加热装置；气氛控制模块，包括依次连接的抽气装置、第二调节阀、第二冷却装置、第二红外光谱仪及第二加热装置；电磁场控制模块，包括放置在液体里的平行电压板，线圈及调压器，调压器与P I D控制器连接，用于根据调节平行电压板或线圈的电压。本发明提供的反应器，结合多种因素对变压器油老化过程进行科学有效地分析，提高了分析结果的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及变压器油检测分析技术领域，尤其涉及一种变压器油快速老化反应器。
背景技术
变压器油是石油产品经过炼制处理后的矿物绝缘油，其主要组成成分是烷烃、环烷烃和芳香烃，主要是碳氢化合物。变压器油是电力设备中用来绝缘、冷却和灭弧的主要液体绝缘介质，由于变压器油作为液体绝缘介质使用，因此要求其具有优良的绝缘性能。随着运行时间的延长，变压器油会出现氧化老化现象，生成自由基、醇、醛、酮等劣化产物，严重影响变压器油的绝缘性能。但是该过程是缓慢进行的，对研究其动力学过程带来较大困难。
目前，对于变压器油老化动力学的研究，现有技术一般采用两种方式，第一种是将变压器油取出放置在恒温干燥箱处理，然后结合色谱、红外光谱测定其成分含量。但这种方式仅考虑温度这一个影响因素，没有对氧气的含量进行控制，也没有考虑到强电磁场对老化的影响，且离线色谱与红外光谱测定成分含量过程中还会引入新的干扰因素，分析结果不准确。另一种方式是通过电热耦合装置将变压器油加热到一定温度，调节电源电压使变压器油击穿，再取样分析产物。但这种方式只能对击穿过程与温度因素同时作用的老化过程，不能全面地，客观地对整个老化过程进行分析，局限性大且实用性不强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变压器油快速老化反应器，该设备通过设有气氛控制、温度控制、电磁场控制模块及高压放电控制四个功能模块，各模块间既能单独控制也能协同作用，不仅能够真实模拟变压器油所处的电磁环境，也能分别考察单因素对变压器油老化的影响，更加科学有效地分析变压器油老化动力学过程，同时提高分析结果的精确度。
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明某一实施例提供了一种变压器油快速老化反应器，包括：
反应器、气氛控制模块，液体测试模块，温度控制模块，电磁场控制模块；所述反应器呈有变压器油，分为液体部分和气体部分；
所述温度控制模块，包括与在所述液体部分的加热元件、与所述加热元件连接的PID控制器，及与所述PID控制器连接的主控单元；所述主控单元用于发送加热指令至所述PID控制器，使所述PID控制器控制所述加热元件的加热功率；
所述液体测试模块，包括依次连接的液泵、第一调节阀、第一冷却装置、第一红外光谱仪及第一加热装置，所述第一加热装置的出口与所述气体部分连通；
所述气氛控制模块，包括依次连接的抽气装置、第二调节阀、第二冷却装置、第二红外光谱仪及第二加热装置，所述第二加热装置的出口与所述气体部分连通；
所述电磁场控制模块，包括放置在所述液体部分的一对平行电压板，设在所述平行电压板之间的线圈，及与所述平行电压板、所述线圈分别连接的调压器，其中，所述调压器与所述PID控制器连接，用于根据所述主控单元发送的调压指令，调节所述平行电压板或所述线圈的电压。
作为优选地，当所述第一调节阀为三通阀时，所述第一调节阀的的三端分别连接所述液泵的出口、所述第一冷却装置的进口及所述第一加热装置的出口。
作为优选地，当所述第二调节阀为三通阀时，所述第二调节阀的的三端分别连接所述抽气装置的出口、所述第二冷却装置的进口及所述第二加热装置的出口。
作为优选地，在所述一对平行电压板中，靠近所述反应器底部的平行电压板位置固定，靠近所述变压器油液面的平行电压板位置可调。
作为优选地，所述一对平行电压板的材质包括不锈钢，所述靠近所述变压器油液面的平行电压板的形状包括圆形，且小于所述反应器的水平截面积。
作为优选地，所述液泵为保温泵。
作为优选地，所述加热元件包括黑晶加热器。
作为优选地，所述反应器的材质包括聚四氟乙烯。
相对于现有技术，本发明实施例至少具备如下有益效果，
1)与直接从变压器取样在线检查技术相比本发明中各影响因素能分别设置，互动设置，因素的调节范围更大，得到的动力学模型及参数更加可靠。
2)与现有离线老化模拟技术相比，本发明在线检测，红外光谱免除采用过程带来的误差，结果更可靠。
3)与现有离线老化模拟技术相比，可以设置各种不同的电、磁、热环境，可以考察各种单个因素的影响，更能模拟实际电磁环境及强化环境。
附图说明
图1是本发明某一实施例提供的一种变压器油快速老化反应器的结构示意图；
图2是本发明又一实施例提供的一种变压器油快速老化反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种变压器油快速老化反应器1，包括：
反应器1、气氛控制模块，液体测试模块，温度控制模块，电磁场控制模块；
其中，在反应器1呈有一定量的变压器油作为待测的变压器油，将变压器的室内分为液体部分和气体部分；需要说明的是，变压器油是石油产品经过炼制处理后的矿物绝缘油，其主要组成成分是烷烃、环烷烃和芳香烃，主要是碳氢化合物。它是电力设备中用来绝缘、冷却和灭弧的主要液体绝缘介质，具有优良的绝缘性能。
进一步地，温度控制模块，包括加热元件2、PID控制器3及主控单元12；首先，加热原件主要设置在反应器1的底部，用来加热液体变压器油；而对加热元件2进行控制的主要是PID控制器3和主控单元12，其中，PID控制器3的两端分别连接加热元件2和主控单元12。当检测开始时，由主控单元12发送加热指令至PID控制器3，PID控制器3会根据指令来调节加热元件2的功率，以保证反应器1内变压器油温度随程序控温系统设置的曲线而升温；
需要说明的是，主控单元12可以是一种计算机设备，其中包括存储器、一个或多个处理器；存储器主要与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，来实现对变压器油快速老化反应器1的控制方法。处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的变压器油老化程度检测方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。此外，该计算机设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。
具体地，PID控制器3即比例-积分-微分控制器，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，分别通过Kp，Ki和Kd三个参数来设定。PID控制器3主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。其工作时会把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器3可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。
进一步地，为了对反应器1中变压器油的成分进行准确测量，不仅对其本身液体中的物质含量进行检测，同时对于可能产生的气态物质一样进行检测，具体地通过液体测试模块与气氛控制模块来执行，其中：
液体测试模块，包括依次连接的液泵4、第一调节阀5、第一冷却装置6、第一红外光谱仪7及第一加热装置8。首先，液泵4的入口插入反应器1中的变压器油的液体中，然后只需要控制抽取少量的液体即可，为了防止温度对油质的影响，在这里液泵4通常采用具有保温功能的泵；被抽出的变压器油首先进入冷却器，然后再进入第一红外光谱仪7，在线提取其红外光谱数据，当检测完成时将用过的变压器油通过第一加热装置8加热后返回反应器1，形成一个循环，减少浪费。
气氛控制模块与液体测试模块结构类似，包括依次连接的抽气装置13、第二调节阀14、第二冷却装置15、第二红外光谱仪16及第二加热装置17。抽气装置13设在反应器1气体部分靠近顶部的位置，可以采用一个抽气风扇从反应器1中抽出少量的气体作为待测气体，抽出后将气体送入冷却室进行冷却，然后送入第二红外光谱仪16获得气体中物质的红外光谱，最后为了减少浪费，同样是将获取红外光谱后的气体经过第二加热装置17后送回反应器1内，形成一个闭环。
需要说明的是，冷却器是换热设备的一类，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量。其主要可以分为列管式冷却器、板式冷却器和风冷式冷却器。加热装置一般采用加热器，电加热器是指利用电能达到加热效果的电器。它体积小，加热功率高，使用十分广泛，采用智能控制模式，控温精度高，可与计算机联网。应用范围广，寿命长，可靠性高。加热器原理的核心的是能量转换，最广泛的就是电能转换成热能。按照加热方式电磁加热、红外线加热及电阻加热。红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。红外光谱仪通常由光源，单色器，探测器和计算机处理信息系统组成。根据分光装置的不同，分为色散型和干涉型。对色散型双光路光学零位平衡红外分光光度计而言，当样品吸收了一定频率的红外辐射后，分子的振动能级发生跃迁，透过的光束中相应频率的光被减弱，造成参比光路与样品光路相应辐射的强度差，从而得到所测样品的红外光谱。
此外，在本实施例中，还考虑了变压器油老化的电磁环境，因此设置了电磁场控制模块，电磁场控制模块主要包括一对平行电压板，上电压板10靠近液体表面，下电压板9靠近反应器1底部，且位置固定不可调节，上电压板10可以位置可以移动，以调节平行电压板之间的间距。在电压板之间设有线圈，用来产生磁场，其中，线圈和两块电压板均和调压器11连接，调压器11一端与PID控制器3连接，当主控单元12发送调压指令后，控制器会控制调压器11的操作，以调节电压板及线圈的电压大小。
本发明实施例通过设有气氛控制、温度控制、电磁场控制模块及高压放电控制四个功能模块，各模块间既能单独控制也能协同作用，不仅能够真实模拟变压器油所处的电磁环境，也能分别考察单因素对变压器油老化的影响，更加科学有效地分析变压器油老化动力学过程，同时提高分析结果的精确度。
请参阅图2，在某一个示例性的实施例中，当所述第一调节阀5为三通阀时，所述第一调节阀5的的三端分别连接所述液泵4的出口、所述第一冷却装置6的进口及所述第一加热装置8的出口。当所述第二调节阀14为三通阀时，所述第二调节阀14的的三端分别连接所述抽气装置13的出口、所述第二冷却装置15的进口及所述第二加热装置17的出口。可以理解的是，当不进行液体成分检测时，保温液泵4将抽出的变压器油送至三通阀然后直接返回反应器1。同样地，当不进行气氛调节检测时，抽气装置13直接将抽搐的气体经过三通阀返回给反应器1。其中，三通阀按流体作用方式分为合流阀和分流阀，合流阀有两个入口，合流后从一个出口流出。分流阀有一个流体入口，经分流后由两个流体出口流出。
在某一个示例性的实施例中，上电压板10和下电压板9的材质可以为具有优良的耐腐蚀性不锈钢，所述靠近所述变压器油液面的平行电压板的形状包括圆形，且小于所述反应器1的水平截面积。需要说明的是，不锈钢只是电压板材质的一种优选方式，在实际应用中，可以根据需要进行材质的选择，在此不作出任何限定。
在某一个示例性的实施例中，加热元件2优选发热快的黑晶加热器，同样地，在实际应用中可以根据需求选择其他加热器，在此不作出任何限定。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种变压器油快速老化反应器，其特征在于，包括：
反应器、气氛控制模块，液体测试模块，温度控制模块，电磁场控制模块；所述反应器呈有变压器油，分为液体部分和气体部分；
所述温度控制模块，包括与在所述液体部分的加热元件、与所述加热元件连接的PID控制器，及与所述PID控制器连接的主控单元；所述主控单元用于发送加热指令至所述PID控制器，使所述PID控制器控制所述加热元件的加热功率；
所述液体测试模块，包括依次连接的液泵、第一调节阀、第一冷却装置、第一红外光谱仪及第一加热装置，所述第一加热装置的出口与所述气体部分连通；
所述气氛控制模块，包括依次连接的抽气装置、第二调节阀、第二冷却装置、第二红外光谱仪及第二加热装置，所述第二加热装置的出口与所述气体部分连通；
所述电磁场控制模块，包括放置在所述液体部分的一对平行电压板，设在所述平行电压板之间的线圈，及与所述平行电压板、所述线圈分别连接的调压器，其中，所述调压器与所述PID控制器连接，用于根据所述主控单元发送的调压指令，调节所述平行电压板或所述线圈的电压。
2.根据权利要求1所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，当所述第一调节阀为三通阀时，所述第一调节阀的的三端分别连接所述液泵的出口、所述第一冷却装置的进口及所述第一加热装置的出口。
3.根据权利要求1所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，当所述第二调节阀为三通阀时，所述第二调节阀的的三端分别连接所述抽气装置的出口、所述第二冷却装置的进口及所述第二加热装置的出口。
4.根据权利要求1所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，在所述一对平行电压板中，靠近所述反应器底部的平行电压板位置固定，靠近所述变压器油液面的平行电压板位置可调。
5.根据权利要求1或4任一项所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，所述一对平行电压板的材质包括不锈钢，所述靠近所述变压器油液面的平行电压板的形状包括圆形，且小于所述反应器的水平截面积。
6.根据权利要求1所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，所述液泵为保温泵。
7.根据权利要求1所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，所述加热元件包括黑晶加热器。
8.根据权利要求1所述的变压器油快速老化反应器，其特征在于，所述反应器的材质包括聚四氟乙烯。
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