CN114034776A - 测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法，其中装置包括平衡室、活塞、电驱动活塞加压系统、进油系统、排出系统、进气系统和压力传感器，平衡室为一个密封的腔室，活塞设置在所述平衡室内，将平衡室分为相互隔离的上下两部分；活塞在电驱动活塞加压系统的驱动下沿着平衡室上下移动；进油系统、排出系统和进气系统分别与平衡室连通；压力传感器安装于平衡室的顶部，通过压力传感器测量平衡室的内部气压。本发明可计算出配制温度及平衡压力下各挥发性气体在油中的分配系数，解决了不同压力状态下挥发性气体在油中的分配系数测定的问题。并且本发明无需人工操作，测试准确率高。

Description

测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法
技术领域
本发明涉及挥发性气体在液体中溶解分析领域，特别涉及一种测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法。
背景技术
对于油浸式高压电气设备，油中溶解气体气相色谱分析是目前判断设备运行状态最为快捷和准确的检测手段，也是电力系统状态检修中最为重要的带电检测项目之一。在正常情况下，充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在过热或电的作用下逐渐老化和分解，产生少量低分子烃类气体和一氧化碳及二氧化碳气体，这些气体部分溶解于油中。当充油电气设备内部存在潜伏性过热和放电性故障时，就会加快这些气体的产生速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，不断溶解在油中。故障气体的组成及含量与故障类型和故障严重程度关系密切。因此，在变压器运行过程中，定期做油的色谱分析，可准确检测绝缘油中各故障气体组分及含量，从而根据检测结果正确判断设备运行状态、制定设备检修策略。
根据我国现有对矿物绝缘油油中溶解气体含量检测标准GB/T17623中计算公式可知，油中溶解气体的分配系数K值是准确计算气体浓度的关键技术参数，测试结果的准确性主要取决于K值的准确性。国标只给出了国产绝缘油在50℃下及进口绝缘油在70℃下的K值。实际上，即使都是国产油，但如果产地不同，其气体的分配系数也是不同的，特别是对牌号或油种不明的油样，其溶解气体的分配系数不能确定，也需要测定K值。国标提供了测定分配系数K值的二次溶解平衡测定法，即在50℃、101.3kPa的情况下使用玻璃注射器振荡后进行色谱分析，该装置无法对不同压力状态下的绝缘油进行分配系数K值的测定，且每次注入的绝缘油和气体体积都是人工操作，误差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法，可以解决现有技术中无法对不同压力状态下的绝缘油进行分配系数K值的测定，且人工操作误差大的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，包括：平衡室、活塞、电驱动活塞加压系统、进油系统、排出系统、进气系统和压力传感器，所述平衡室为一个密封的腔室，所述活塞设置在所述平衡室内，将所述平衡室分为相互隔离的上下两部分；所述活塞在电驱动活塞加压系统的驱动下沿着平衡室上下移动；所述进油系统、排出系统和进气系统分别与平衡室连通；所述压力传感器安装于所述平衡室的顶部，通过所述压力传感器测量所述平衡室的内部气压。
进一步的，所述进油系统包括依次通过管道连接的齿轮油泵、液体流量计和第一二通电磁阀，待测绝缘油依次经过所述齿轮油泵、所述液体流量计和所述第一二通电磁阀进入所述平衡室，所述液体流量计用于计量进入所述平衡室的绝缘油的体积。
进一步的，所述进气系统包括依次通过管道连接的平衡钢瓶、气体流量计、第二二通电磁阀和三通电磁阀；所述平衡钢瓶中存储有平衡气体，所述平衡气体依次经过所述气体流量计、所述第二二通电磁阀和所述三通电磁阀后进入所述平衡室，所述气体流量计用于计量进入平衡室的气体体积。
进一步的，所述排出系统和所述进气系统共用三通电磁阀；所述排出系统还包括观察窗，所述观察窗通过管道与三通电磁阀连接；每次测试完成后，平衡室内的气体通过三通电磁阀和观察窗排出平衡室。
进一步的，所述平衡室顶部设置有进气/排出口，所述进气/排出口通过管道与所述三通电磁阀连接。
进一步的，所述平衡室顶部设置有进油口，所述进油口通过管道与所述第一二通电磁阀连接。
进一步的，所述平衡室外壁包裹有加热装置，并设有保温材料。
第二方面，本发明提供一种测定绝缘油中溶解气体分配系数的方法，包括以下步骤：
步骤S1、对平衡室进行加热至设定的温度值；
步骤S2、设置三通电磁阀，使排出系统的管道开通，启动电驱动活塞加压系统驱动平衡室内的活塞向上运动至平衡室顶部停止，关闭排出系统的管道；
步骤S3、设定进入平衡室的绝缘油体积，打开进油系统的二通电磁阀向平衡室注入平衡油，同时启动电驱动活塞加压系统使活塞向下移动至平衡室底部；通过液体流量计计量注入的平衡油体积，当注入的平衡油体积达到设定值时，关闭进油系统的二通电磁阀；
步骤S4、设定需加入的平衡气体体积，打开进气系统的二通电磁阀，开通进气系统的管道，向平衡室内充气直至设定的气体体积后关闭进气系统的二通电磁阀；
步骤S5、静置一段设定的时间，使绝缘油和平衡气体气达到平衡状态；
步骤S6、启动电驱动活塞加压系统向上推动活塞，同时设置三通电磁阀使排出系统管道开通，将平衡室内绝缘油上方的平衡气体全部排出，抽取排出的气样进行色谱分析；
步骤S7、重复步骤S4至步骤S6若干次，取最近两次色谱分析结果进行计算，得出挥发性物质在绝缘油中的分配系数K。
进一步的，所述分配系数K的计算公式为：
Figure BDA0003286140030000041
其中：
Ki表示i组分的分配系数；
Cn表示第n次抽取的排出气样中i组分的浓度，由步骤S6的色谱分析得出，单位：μL/L；
C(n-1)表示第n-1次抽取的排出气样中i组分的浓度，单位：μL/L；
VL表示液相体积，单位：mL；
Vg表示气相体积，单位：mL。
进一步的，所述步骤S6中，通过安装在排出系统管道的观察窗观察平衡室内绝缘油上方的平衡气体是否全部排出，待发现有绝缘油出现在观察窗时，停止电驱动活塞加压系统。
本发明的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法，通过一定的气液体积比加入绝缘油和平衡气，充分静置后，测定气相中各组分含量，排出气相后再注入同体积平衡气，静置后测定气相中各组分含量；重复以上操作，可计算出配制温度及平衡压力下各挥发性气体在油中的分配系数，解决了不同压力状态下挥发性气体在油中的分配系数测定的问题。并且本发明无需人工操作，测试准确率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置的结构示意图；
图2为本发明的测定绝缘油中溶解气体分配系数的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
本发明的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，如图1所示出，包括：平衡室1、活塞2、电驱动活塞加压系统3、进油系统、排出系统、进气系统和压力传感器12，平衡室1为一个密封的腔室，活塞2设置在平衡室1内，将平衡室1分为相互隔离的上下两部分。活塞2在电驱动活塞加压系统3的驱动下可沿着平衡室上下移动。进油系统、排出系统和进气系统分别与平衡室1连通。压力传感器12安装于平衡室1的顶部，通过压力传感器12测量平衡室1的内部气压。
进一步的，在本申请的优选实施方式中，进油系统包括依次通过管道连接的齿轮油泵4、液体流量计5和二通电磁阀6，待测绝缘油依次经过齿轮油泵4、液体流量计5和二通电磁阀6进入平衡室1，液体流量计5用于计量进入平衡室1的绝缘油的体积。
进一步的，在本申请的优选实施方式中，进气系统包括依次通过管道连接的平衡钢瓶11、气体流量计10、二通电磁阀7和三通电磁阀8；平衡钢瓶11中存储有平衡气体，平衡气体依次经过气体流量计10、二通电磁阀7和三通电磁阀8后进入平衡室1，气体流量计10用于计量进入平衡室1的气体体积。
进一步的，在本申请的优选实施方式中，排出系统和进气系统共用三通电磁阀8，排出系统包括三通电磁阀8和观察窗9，测试完成后，待测气体和绝缘油通过三通电磁阀8和观察窗9排出平衡室1。在进油、排油过程中，电驱动活塞加压系统3推动活塞2向下或向上运动。
平衡室1顶部设置有进气/排出口，进气/排出口通过管道与三通电磁阀8连接。平衡室1顶部设置有进油口，进油口通过管道与二通电磁阀6连接。由于排出系统和进气系统共用三通电磁阀8，所以进气口和排出口共用一个口。排出口既可以用于排气，也可以用于排油。
平衡室1外壁包裹有加热装置，并设有保温材料。
本发明的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置的工作原理如下：
测试分析系数时，启动加热装置对平衡室1进行加温，升温至设定温度值，利用电驱动活塞加压系统3将活塞2推送至平衡室1顶部，启动齿轮油泵输入绝缘油，同时电驱动活塞加压系统3使活塞2向下移动至平衡室1底部。加入平衡气体至所需压力后静置，平衡后启动电驱动活塞加压系统3使活塞2向上移动排出气体，对采集的气体进行气相色谱分析。需要说明的是，平衡室1在静置时压力需保持在恒定值。
本发明还提供一种测定绝缘油中溶解气体分配系数的方法，包括以下步骤：
步骤S1、对平衡室进行加热至设定的温度值。
步骤S2、设置三通电磁阀，使排出系统的管道开通，进气系统的管道关闭，启动电驱动活塞加压系统驱动平衡室内的活塞向上运动至平衡室顶部停止，关闭排出系统的管道。
步骤S3、设定进入平衡室的绝缘油体积，打开进油系统的二通电磁阀向平衡室注入平衡油，同时启动电驱动活塞加压系统使活塞向下移动至平衡室底部；通过液体流量计计量注入的平衡油体积，当注入的平衡油体积达到设定值时，关闭进油系统的二通电磁阀。
步骤S4、设定需加入的平衡气体体积，打开进气系统的二通电磁阀，开通进气系统的管道，向平衡室内充气直至设定的气体体积后关闭进气系统的二通电磁阀。
步骤S5、静置一段设定的时间，使绝缘油和平衡气体气充分达到平衡状态。
步骤S6、启动电驱动活塞加压系统向上推动活塞，同时设置三通电磁阀使排出系统管道开通，将平衡室内绝缘油上方的平衡气体全部排出，抽取排出的气样进行色谱分析。
启动电驱动活塞加压系统将活塞向上推动时，绝缘油上升，绝缘油上方的平衡气体受积压，从进气/排出口通过排出系统管道排出。排出系统管道上安装有观察窗，从观察窗处观察，待发现有绝缘油出现在观察窗时，停止电驱动活塞加压系统。
步骤S7、重复步骤S4至步骤S6若干次，取最近两次色谱分析结果进行计算，即可得出挥发性物质在绝缘油中的分配系数K。
重复多次的目的在于：重复的次数多，相邻两次之间的色谱分析结果越接近，计算的分配系数K结果越准确。
分配系数K的计算公式为：
Figure BDA0003286140030000071
其中：Ki表示i组分在测试温度及压力下的分配系数；
Cn表示第n次抽取的排出气样中i组分的浓度，由步骤S6的色谱分析得出，单位：μL/L；
C(n-1)表示第n-1次抽取的排出气样中i组分的浓度，单位：μL/L；
VL表示液相体积，单位：mL；
Vg表示气相体积，单位：mL。
综上所述，该实施例中的基于多次顶空萃取法测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，通过一定的气液体积比加入绝缘油和平衡气，充分静置后，测定气相中各组分含量，排出气相后再注入同体积平衡气，静置后测定气相中各组分含量；重复以上操作，可计算出配制温度及平衡压力下各挥发性气体在油中的分配系数，解决了不同压力状态下挥发性气体在油中的分配系数测定的问题。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，包括：平衡室、活塞、电驱动活塞加压系统、进油系统、排出系统、进气系统和压力传感器，所述平衡室为一个密封的腔室，所述活塞设置在所述平衡室内，将所述平衡室分为相互隔离的上下两部分；所述活塞在电驱动活塞加压系统的驱动下沿着平衡室上下移动；所述进油系统、排出系统和进气系统分别与平衡室连通；所述压力传感器安装于所述平衡室的顶部，通过所述压力传感器测量所述平衡室的内部气压。
2.根据权利要求1所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，所述进油系统包括依次通过管道连接的齿轮油泵、液体流量计和第一二通电磁阀，待测绝缘油依次经过所述齿轮油泵、所述液体流量计和所述第一二通电磁阀进入所述平衡室，所述液体流量计用于计量进入所述平衡室的绝缘油的体积。
3.根据权利要求1所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，所述进气系统包括依次通过管道连接的平衡钢瓶、气体流量计、第二二通电磁阀和三通电磁阀；所述平衡钢瓶中存储有平衡气体，所述平衡气体依次经过所述气体流量计、所述第二二通电磁阀和所述三通电磁阀后进入所述平衡室，所述气体流量计用于计量进入平衡室的气体体积。
4.根据权利要求3所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，所述排出系统和所述进气系统共用三通电磁阀；所述排出系统还包括观察窗，所述观察窗通过管道与三通电磁阀连接；每次测试完成后，平衡室内的气体通过三通电磁阀和观察窗排出平衡室。
5.根据权利要求3所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，所述平衡室顶部设置有进气/排出口，所述进气/排出口通过管道与所述三通电磁阀连接。
6.根据权利要求2所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，所述平衡室顶部设置有进油口，所述进油口通过管道与所述第一二通电磁阀连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置，其特征在于，所述平衡室外壁包裹有加热装置，并设有保温材料。
8.测定绝缘油中溶解气体分配系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、对平衡室进行加热至设定的温度值；
步骤S2、设置三通电磁阀，使排出系统的管道开通，启动电驱动活塞加压系统驱动平衡室内的活塞向上运动至平衡室顶部停止，关闭排出系统的管道；
步骤S3、设定进入平衡室的绝缘油体积，打开进油系统的二通电磁阀向平衡室注入平衡油，同时启动电驱动活塞加压系统使活塞向下移动至平衡室底部；通过液体流量计计量注入的平衡油体积，当注入的平衡油体积达到设定值时，关闭进油系统的二通电磁阀；
步骤S4、设定需加入的平衡气体体积，打开进气系统的二通电磁阀，开通进气系统的管道，向平衡室内充气直至设定的气体体积后关闭进气系统的二通电磁阀；
步骤S5、静置一段设定的时间，使绝缘油和平衡气体气达到平衡状态；
步骤S6、启动电驱动活塞加压系统向上推动活塞，同时设置三通电磁阀使排出系统管道开通，将平衡室内绝缘油上方的平衡气体全部排出，抽取排出的气样进行色谱分析；
步骤S7、重复步骤S4至步骤S6若干次，取最近两次色谱分析结果进行计算，得出挥发性物质在绝缘油中的分配系数K。
9.根据权利要求8所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的方法，其特征在于，所述分配系数K的计算公式为：
Figure FDA0003286140020000031
其中：
Ki表示i组分的分配系数；
Cn表示第n次抽取的排出气样中i组分的浓度，由步骤S6的色谱分析得出，单位：μL/L；
C(n-1)表示第n-1次抽取的排出气样中i组分的浓度，单位：μL/L；
VL表示液相体积，单位：mL；
Vg表示气相体积，单位：mL。
10.根据权利要求8所述的测定绝缘油中溶解气体分配系数的方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过安装在排出系统管道的观察窗观察平衡室内绝缘油上方的平衡气体是否全部排出，待发现有绝缘油出现在观察窗时，停止电驱动活塞加压系统。
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