CN116322924A - 用于使设备脱气的装置和方法以及用于气体分析的对应测试系统 - Google Patents
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Abstract
为了使设备(7)脱气，提供了一种装置(10)，该装置包括控制单元(19)、泵(3)、第一体积(1)、第二体积(2)、第一阀(12)和第二阀(13)。在排出端，所述泵(3)连接到所述第一体积(1)，在吸入端，所述泵(3)通过所述第二阀(13)连接到所述第二体积(2)，并且能连接到待脱气的设备(7)。所述第一体积(1)和所述第二体积(2)通过所述第一阀(12)连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种使设备脱气的装置和方法，其中提取的气体被压缩，例如为了能够更好地分析溶解的气体。
背景技术
例如对于油纸绝缘电力变压器的状态确定和错误识别而言，分析溶解在绝缘油中的气体(溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis，DGA))是一种重要的方法。在分析之前，必须使待分析的气体从绝缘油中分离出来(例如)，这就是人们熟知的脱气。这种脱气能通过各种方法进行。通过真空完全脱气能实现最高的提取率。
例如，容纳有气体的容器或体积中的压力越低，那么从绝缘油中提取气体就越有效。泵进气处的压力与泵出气处的压力之间的压力差越低，那么进行这种气体提取的脱气泵也越有效。因此，根据现有技术对泵排出端处的体积进行选择，使得在脱气或提取过程中该体积中的压力不会上升得太大。
不过，许多分析方法需要气体浓度尽可能的高，以便能够尽可能地检测提取气体中所含的某些气体成分或某些气体。
发明内容
因此，本发明所设定的任务是：在脱气过程中使用低压提取气体，而在分析提取气体时则使用高压提取气体。在这样做时，解决这一矛盾的手段应当尽可能便宜并且需要尽可能少的空间。
根据本发明，该任务由根据权利要求1所述的用于使设备脱气的装置、根据权利要求10所述的测试系统和根据权利要求11所述的用于使设备脱气的方法来完成。从属权利要求限定了本发明的优选和/或有利实施例。
在本发明的框架内，提供了一种用于使设备(特别是脱气容器)脱气的装置。该装置包括控制单元、泵、第一体积或容器、第二体积或容器、第一阀和第二阀。在排出端将泵连接到第一体积(也称为高压体积)，以便能够将气体泵入第一体积。第一体积和第二体积(也称为低压体积)通过第一阀相互连接，使得根据阀的状态(打开或关闭)，第一体积连接到第二体积或者两个体积分隔开。在吸入端，通过第二阀将泵连接到第二体积，使得当第二阀打开时，泵能将气体从第二体积中泵出。在吸入端，泵能够被连接到待脱气的设备，使得当泵连接到设备时，泵能将气体泵离设备或者将气体从设备中泵出。
根据本发明的装置有利地可以使得在脱气期间将提取气体泵送或输送到两个体积中，使得泵的排出端的压力仅略微升高。脱气后，同一泵能将提取气体从第二体积泵入第一体积，其结果是第一体积中的提取气体的压力增加。本发明由此完成了上述任务。
第二体积或低压体积优选是第一体积或高压体积的至少五倍大、更优为十倍大、甚至为20倍大。但是，也有可能(取决于存在的气体量和泵上的气体量)第二体积或低压体积是第一体积或高压体积的100倍或甚至1000倍大。
根据该实施例，高压体积明显小于低压体积。低压体积的体积有利地选择为使得泵排出端处的压力在脱气过程中不会上升从而损害泵的效率。
在示例性应用中，只有很少的气体(约1ml)可用。在这种情况下，第一体积(高压体积)的大小能够是0.5ml而第二体积(低压体积)的大小能够是10ml。
体积的绝对大小通常取决于待测量或能测量(即可用)的气体量。体积的绝对大小也取决于所使用的(用于分析气体的)传感器。当然，体积有可能为μl范围(即明显小于1ml)。另一方面，也有可能产生几升的气体(例如在测量排放期间)，然后选择对应的更大体积(为1l至20l范围)。
气体体积(待分析气体的体积或脱气体积)与第一体积和第二体积之间的比率基本类似。第二体积(低压体积)大多选择为等于或大于气体体积，而第一体积(高压体积)明显较小。该比率能够取决于所使用的泵。例如，当使用高压泵时，第二体积(低压体积)可能只有例如气体体积的十分之一。在这种情况下，第二体积将因此小于气体体积。
根据本发明的实施例，在装置的控制单元的辅助下，装置将第一阀打开并将第二阀关闭。在第一阀打开且第二阀关闭之后，控制单元激活泵，以便将气体从待脱气的设备泵入第一体积并且泵入通过第一阀连接到第一体积的第二体积。
由于第一阀是打开的，因此泵在脱气步骤中将气体泵入对应于第一体积和第二体积总和的非常大的体积中。由于该大体积，因此该体积中的压力有利地在脱气步骤中几乎不会上升。其结果是，在脱气步骤中，在第一体积中可以在尽可能低的压力(理想情况下是绝对真空)以及第一体积与第二体积之间的压力差非常低的情况下进行长时间工作。因此，可以有利地从待脱气的设备中提取具有宽溶解度系数的气体，使得所有气体都能被释放，并且提取气体的比率也对应于设备中的气体(例如在绝缘油中)的比率。
根据本发明的实施例，在装置的控制单元的辅助下，装置将第一阀关闭并将第二阀打开。在第一阀关闭并且第二阀打开后，控制单元激活泵，以便将气体从第二体积或低压体积泵入第一体积或高压体积。
由于第二阀是打开的，因此泵能在脱气步骤之后的压缩步骤中将气体从低压体积泵入高压体积，以增加那里的压力。通过更高的压力，气体的浓度增加，这有利于后续的分析。
根据本发明的实施例，该装置包括第三阀。待脱气的设备通过第三阀连接到泵的进气口。
第三阀可以使装置(通过第三阀)永久地连接到待脱气的设备。借助第三阀，可以非常简单地控制脱气步骤和压缩步骤。在脱气步骤期间，打开第三阀，使得泵能将气体泵离待脱气的设备。相反，在压缩步骤中第三阀关闭，使得泵仅将来自第二体积的气体(并且没有来自设备的其他气体)泵入第一体积。在以下实施例中将对此进行更精确的描述。
根据本发明的实施例，在装置的控制单元的辅助下，装置将第一阀和第三阀打开并将第二阀关闭。在第一阀和第三阀打开且第二阀关闭后，控制单元激活泵，以便将气体从待脱气的设备泵入第一体积和通过第一阀连接到第一体积的第二体积。
由于第一阀和第三阀是打开的，因此在脱气步骤中，泵将气体泵入第一体积和通过第一阀连接到第一体积的第二体积。其结果是，在脱气步骤期间，可以以非常低的压力在第一体积和第二体积中长时间工作，因此所有气体都能在设备中被有利地释放。
根据本发明的实施例，在装置的控制单元的辅助下，装置将第一阀和第三阀关闭并将第二阀打开。在第一阀和第三阀关闭且第二阀打开后，控制单元激活泵，以便将气体从第二体积或低压体积泵入第一体积或高压体积。
由于只有第二阀是打开的，并且第一阀和第三阀是关闭的，因此在压缩步骤中泵仅将气体从低压体积泵入高压体积。由于第三阀是关闭的，泵不会从设备中抽出气体，并且由于第一阀也是关闭的，因此泵也不会(通过低压体积)从高压体积中抽出气体。
根据本发明的实施例，该装置包括传感器。该传感器被至少部分地布置在第一体积内并被设计为分析第一体积中的气体。
在传感器的辅助下，在压缩步骤之后，能以几乎自动化的方式对第一体积或高压体积中的气体进行分析。该传感器测量气体。该传感器能够是半导体传感器、光学传感器(或光学测量装置)、热导率传感器或化学分析装置(例如气相色谱仪)。换言之，该传感器特别是能够测量气体的任何装置，在这种情况下，要求这些气体具有尽可能高的(绝对)浓度。
根据本发明的装置有利地使得脱气步骤和压缩步骤仅用一个或更确切地说是同一个泵来执行。在压缩步骤中，能够增加高压体积中的压力，直到达到所需的压力值、将所有气体从低压体积中泵出或者泵的容量耗尽。通过仅使用一个泵进行脱气和压缩两者，有利地节省了空间要求和用于额外的泵的成本。
在压缩步骤中即使不是所有的气体都从低压体积被泵入高压体积，气体的比率也有利地与设备中(例如在绝缘油中)气体的比率保持相同。例如，如果在压缩步骤中泵将气体直接从设备泵入高压体积，则情况并非如此。此外，由于进气压力更高，因此在压缩步骤中高压体积中产生的压力能高于直接脱气(没有低压体积)期间的压力。
在本发明的框架内，还提供了测试系统，用于测试在装备(诸如高压装备)处或装备(诸如高压装备)中溶解的一种或多种气体。根据本发明，该测试系统包括评估单元和用于脱气的、如前所述的装置。该测试系统被设计成对装备内部或来自装备的气体进行分析(例如，分析溶解在高压装备的绝缘油中的气体)。评估单元被设计成分析泵入第一体积中的气体(例如在装置的传感器的辅助下)，并且根据该分析绘制并有利地输出装备的测试结果。
根据本发明的测试系统能够以与根据本发明的装置类似的方式被用在油绝缘高压装备，例如电力变压器、电流互感器、电压互感器和气体绝缘开关设备。待分析的气体能够是用于使高压装备本身绝缘的气体，或者是从绝缘件或绝缘油的液体中释放出来的气体。
最后，在本发明的框架内，提供了一种用于使设备脱气的方法。该方法包括以下步骤：
·将第一体积连接到第二体积。例如，能够通过打开第一体积与第二体积之间的阀来执行该步骤。该步骤实际上用于为下一步骤作准备。
·将气体从设备泵入第一体积，并因此泵入在上一步骤中已连接到第一体积的第二体积。在该步骤中，气体从设备被泵入由第一体积和第二体积组成的大体积中。大体积有利于脱气。
·断开第一体积与第二体积之间的连接。例如，该步骤也能在第一步骤所指定的阀的辅助下通过现在关闭该阀来进行。
·将气体从第二体积泵入第一体积。在该步骤中，通过将由设备提取并位于第二体积中的气体部分泵入第一体积来压缩气体。
根据本发明的方法的优点基本上对应于根据本发明的装置的优点，这些优点在前面已经描述过，因此我们将避免在这里重复它们。
特别的是，待脱气的设备是脱气容器，待脱气的液体(例如油)被填充(例如手动填充)到该脱气容器中。不过，也有可能不需要手动过程，例如通过使待脱气的液体自动填充(泵送)到脱气容器中，或者通过将气体送入根据本发明的装置或根据本发明的测试系统，并且直接从装备(例如高压装备)中获取待分析的气体。在后一种情况下，待脱气的设备几乎与所述装备相对应。
除了检查高压装备外，本发明通常还能用于气体测量设备。因此本发明能用于实验室中的质量控制，用于以下场景中的过程分析和过程监控：
·石化和化工厂；
·天然气加工厂；
·沼气厂；
·在线天然气分析和能源生产中的更高热值的测定；
·排放测量。
附图说明
下面将使用优选实施例并参照附图对本发明展开更详细的描述。
图1示意性地描绘了根据本发明的装置，其连接到待脱气的脱气容器。
图2示意性地描述了连接到待测试的高压装备的测试系统。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据本发明的装置10，其连接到脱气体积或脱气容器7。
该装置包括第一阀12、第二阀12、第三阀11、泵3、第一容器或体积1、第二容器或体积2以及布置在第一体积1中的传感器4。第一阀12被布置在第一体积1与第二体积2之间。换言之，当第一阀12打开时，第一体积1和第二体积2实际上形成大体积。泵3被布置成使得泵在吸入端经由第二阀13连接到脱气容器7和/或经由第三阀11连接到第二体积2。
例如，脱气体积(脱气容器7的体积)的体积含量能够为约300ml(约700ml)(取决于所使用的脱气容器7)，第二体积2(低压体积或膨胀体积)的体积含量能够为约10ml，并且第一体积1(高压体积或分析体积)的体积含量能够为约500μl。
脱气容器7内有绝缘油5。分析溶解在绝缘油5中的气体是在传感器4的辅助下进行的，因为从绝缘油释放的这些气体被泵入第一体积1并在传感器4的辅助下在那里被分析。
为此，在脱气步骤中，第一阀12和第三阀11打开并且第二阀13关闭。然后泵3将气体从脱气容器7泵入第一体积1，并在那里通过第一阀12泵入第二体积2。然后第一阀12和第三阀11关闭且第二阀13打开。然后泵3将气体从第二体积2泵入第一体积1，其结果是第一体积1中的压力以及因此第一体积1中的气体浓度增加。当第一体积1达到最大可能的压力时，在传感器4的辅助下对第一体积1的气体进行分析。
脱气过程以及阀11-13的激活和泵3的激活优选自动进行或者通过合适的控制单元(参见图2所示的控制单元19)以计算机辅助方式进行。
图2示意性地描绘了根据本发明的测试系统30和高压装备40。测试系统30被设计成检查高压装备40的绝缘件41。测试系统30包括根据本发明的用于脱气的装置10，装置10如前所述并在图1中示意性地描绘。此外，测试系统30包括评估单元20，以便根据脱气、压缩来绘制检查结果并由装置10利用其控制单元19来对气体进行分析。装置10利用绝缘件41的质量对来自绝缘件41的气体进行分析，从而测量高压装备40本身的操作准备情况，高压装备40的操作准备情况能够通过分析该气体来确定。
Claims (12)
1.一种用于使设备(7)脱气的装置，
具有泵(3)，所述泵(3)在排出端连接到第一体积(1)，
其中，所述第一体积(1)通过第一阀(12)连接到第二体积(2)，
其中，所述泵(3)在吸入端通过第二阀(13)连接到所述第二体积(2)，并且能够连接到待脱气的设备(7)，和
具有用于激活所述泵(3)和所述第一阀(12)及第二阀(13)的控制单元(19)。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于
第二体积(2)是第一体积(1)的至少五倍大。
3.根据权利要求1或2所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)被设计成通过所述控制单元(19)来打开所述第一阀(12)并关闭所述第二阀(13)，然后通过所述泵(3)将气体从待脱气的设备(7)泵入所述第一体积(1)并泵入连接到所述第一体积(1)的第二体积(2)。
4.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)被设计成通过所述控制单元(19)来关闭所述第一阀(12)并打开所述第二阀(13)，然后通过所述泵(3)将气体从所述第二体积(2)泵入所述第一体积(1)。
5.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)包括第三阀(11)，所述泵(3)在吸入端借助所述第三阀(11)与待脱气的设备(7)连接。
6.根据权利要求5所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)被设计成通过所述控制单元(19)来打开所述第一阀(12)和所述第三阀(11)并关闭所述第二阀(13)，然后通过所述泵(3)将气体从待脱气的设备(7)泵入所述第一体积(1)并泵入连接到所述第一体积(1)的第二体积(2)。
7.根据权利要求5或6所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)被设计成通过所述控制单元(19)来关闭所述第一阀(12)和所述第三阀(11)并打开所述第二阀(13)，然后通过所述泵(3)将气体从所述第二体积(2)泵入所述第一体积(1)。
8.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)包括传感器(4)，所述传感器(4)布置在所述第一体积(1)中，并且
所述传感器(4)被设计成分析所述第一体积(1)中的气体。
9.根据前述权利要求之一所述的装置，
其特征在于
所述装置(10)被设计用于使高压装备(40)脱气。
10.一种用于测试设备(7)的测试系统，
其中，所述测试系统(30)包括评估单元(20)和根据前述权利要求之一所述的装置(10)，以便对设备(7)中或来自设备(7)的气体进行分析，
其中，所述评估单元(20)被设计成对泵入所述第一体积(1)中的气体进行分析并根据所述分析绘制出设备(7)的测试结果。
11.一种用于使设备(7)脱气的方法，其具有以下步骤：
将第一体积(1)连接到与所述第一体积(1)分隔开提供的第二体积(2)，
将气体从设备(7)泵入所述第一体积(1)，并从所述第一体积泵入连接到所述第一体积(1)的所述第二体积(2)，
将所述第二体积(2)与所述第一体积(1)断开，和
将气体从所述第二体积(2)泵入所述第一体积(1)。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于
所述方法是利用根据权利要求1-9之一所述的装置(10)来执行的。
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