CN116660480A - 一种气体检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体检测装置及检测方法，涉及气体检测技术领域，包括变压器、脱气模块、气体分析模块、处理器和数据处理中心；变压器分别设置有气体输出口和变压器油采样口；变压器油采样口连接有采油控制泵；采油控制泵通过管道与脱气模块连接；脱气模块与气体分析模块连接；气体输出口通过气体过滤器与气体分析模块连接；气体分析模块与处理器连接；处理器与数据处理中心电连接；解决现有检测分析方法无法有效进行分离存在的气体成分和对气体成分做到精准分析，并且在检测过程中单一数据对比不便于获得更加准确的实验数据的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种气体检测装置及检测方法。
背景技术
变压器油是变压器正常运行的重要介质之一，可以有效隔离、冷却和保护变压器的绝缘系统。变压器油和纤维绝缘材料在运行中受到水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而老化和分解，产生的气体大部分溶于油中，但产生气体的速率是相当缓慢的。当变压器内部存在初期故障或形成新的故障条件时，其产气速率和产气量则十分明显，绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象，因此，对变压器产生气体进行适当分析即能检测出故障。
现有检测分析过程中需要对变压器油进行分析，在常规分析过程中，对于变压器油中的气体和溶解气体成分，无法有效进行分离存在的气体成分和对气体成分做到精准分析，并且在检测过程中单一数据对比不便于获得更加准确的实验数据。
发明内容
本发明提供了一种气体检测装置及检测方法，解决了现有检测分析方法无法有效进行分离存在的气体成分和对气体成分做到精准分析，并且在检测过程中单一数据对比不便于获得更加准确的实验数据的技术问题。
本发明第一方面提供提供的一种气体检测装置，包括变压器、脱气模块、气体分析模块、处理器和数据处理中心；
所述变压器分别设置有气体输出口和变压器油采样口；
所述变压器油采样口连接有采油控制泵；
所述采油控制泵通过管道与所述脱气模块连接，所述脱气模块用于分离变压器油内溶解气体；
所述脱气模块与所述气体分析模块连接；
所述气体输出口通过气体过滤器与所述气体分析模块连接；
所述气体分析模块用于分析气体成分并获取成分数据；
所述气体分析模块与所述处理器连接，所述处理器用于设置气液采集数量和频次、收集各项监测参数和存储所述成分数据；
所述处理器与所述数据处理中心电连接，所述数据处理中心用于根据所述成分数据及载波参数计算出各项变压器油中溶解气体含量比例。
可选地，所述脱气模块内设置有脱气罐、振荡脱气缸、加热脱气缸、真空脱气缸和膜式脱气缸；
所述脱气罐、所述振荡脱气缸、所述加热脱气缸、所述真空脱气缸和所述膜式脱气缸的气体出口均设置有控制阀，且均通过管道与所述气体分析模块内收集口连接。
可选地，所述脱气模块内还设置有废油收集管道，且所述废油收集管道连接废油处理中心。
可选地，所述采油控制泵与所述脱气模块的取油端之间设置有流量计电磁阀。
可选地，所述气体分析模块内设置有光电色谱分析系统和气体在线监测装置；
所述光电色谱分析系统和所述气体在线监测装置的进气管道连接设置有三通阀。
可选地，所述采油控制泵与所述管道还连接设置有液体分析模块。
本发明第二方面提供的一种应用于所述的气体检测装置的检测方法，所述气体检测装置包括变压器、脱气模块、气体分析模块、处理器和数据处理中心，所述检测方法包括：
采集变压器油箱内集聚气体，将所述集聚气体送入至所述气体分析模块中进行检测，生成成分数据并输送至所述处理器；
采集变压器油并进行预处理，将预处理后的气体送入至所述气体分析模块中进行检测，生成成分数据并输送至所述处理器；
通过所述数据处理中心对所述成分数据进行分析，生成检测结果，所述检测结果为所述气体分析模块的气室内的气体成分和浓度；
所述采集变压器油并进行预处理，将预处理后的气体送入至所述气体分析模块中进行检测，生成成分数据并输送至所述处理器的步骤，包括：
定量采集变压器油并对变压器油中溶解气体进行脱气操作，得到脱气后的溶解气体；
将所述脱气后的溶解气体与氮气进行混合，得到混合注射气；
将所述混合注射气送入至所述气体分析模块的所述气室中；
利用激光光源通过光纤输入所述气室中，并通过光电色谱分析系统进行光电转换，得到光电转换信号；
将所述光电转换信号作为所述成分数据并输送至所述处理器。
可选地，所述定量采集变压器油并对变压器油中溶解气体进行脱气操作，得到所述脱气后的溶解气体的步骤，包括：
定量采集变压器油，并将变压器油送入至所述脱气模块的脱气罐中，对所述变压器油中溶解气体依次进行振荡脱气、加热脱气、真空脱气以及过滤膜脱气，得到所述脱气后的溶解气体。
可选地，所述气室为透射式气室或反射式气室。
可选地，所述光电色谱分析系统可替换为光声光谱探测系统。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本技术方案中通过直接与变压器连接分别对应取样，能够同时检测变压器油箱内聚集气体的各项成分以及变压器油中溶解气体成分进而在使用过程中对变压器的健康状态进行检测，并且检测过程中能够对溶解至变压器油中的气体进行充分分解从而获得更加准确的检测数据便于进行对比分析。
在对变压器有溶解气体分解是采用振荡脱气、加热脱气、真空脱气以及过滤膜脱气组合，并且载入氮气做出注射气能够对微量气体进行排出避免分解气体过少不便于进行收集检测，并且独立设置变压油的液体检测模块能够同时对变压器油体成分进行分析检测，已获取更加全面的检测数据便于进行分析。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种气体检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种气体检测装置的脱气模块及气体分析模块连接示意图；
图3为本发明实施例提供的一种应用于气体检测装置的检测方法的步骤流程图；
其中，附图标记含义如下：
1、变压器；2、气体过滤器；3、数据处理中心；4、气体分析模块；41、三通阀；42、光电色谱分析系统；43、气体在线监测装置；5、处理器；6、脱气模块；61、脱气罐；62、振荡脱气缸；63、加热脱气缸；64、真空脱气缸；65、膜式脱气缸；7、液体分析模块；8、采油控制泵；9、流量计电磁阀；10、废油处理中心。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种气体检测装置及检测方法，用于解决现有检测分析方法无法有效进行分离存在的气体成分和对气体成分做到精准分析，并且在检测过程中单一数据对比不便于获得更加准确的实验数据的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供了一种气体检测装置，包括变压器1、脱气模块6、气体分析模块4、处理器5和数据处理中心3；变压器1分别设置有气体输出口和变压器油采样口；变压器油采样口连接有采油控制泵8；采油控制泵8通过管道与脱气模块6连接，脱气模块6用于分离变压器油内溶解气体；脱气模块6与气体分析模块4连接；气体输出口通过气体过滤器2与气体分析模块4连接；气体分析模块4用于分析气体成分并获取成分数据；气体分析模块4与处理器5连接，处理器5用于设置气液采集数量和频次、收集各项监测参数和存储成分数据；处理器5与数据处理中心3电连接，数据处理中心3用于根据成分数据及载波参数计算出各项变压器油中溶解气体含量比例。
需要说明的是，变压器1分别设置有气体输出口和变压器油采样口，通过直接与变压器1连接分别对应取样，能够同时检测变压器油箱内聚集气体的各项成分以及变压器油中溶解气体成分进而在使用过程中对变压器1的健康状态进行检测；气体输出口与气体过滤器2连接，变压器油采样口连接有采油控制泵8；采油控制泵8与脱气模块6的取油端之间设置有流量计电磁阀9，采油控制泵8与管道还连接设置有液体分析模块7,通过采油控制泵8将待检测的变压器油泵出，分别通过流量计电磁泵输入至油气分离的脱气模块6和变压器油的液体分析模块7中。数据处理中心3包括数据处理器5，数据处理器5可以为单片机等一些列具备数据处理功能的装置，属于现有技术，在此不再赘述。
请参阅图2，本发明提供了一种气体检测装置，脱气模块6内设置有脱气罐61、振荡脱气缸62、加热脱气缸63、真空脱气缸64和膜式脱气缸65；脱气罐61、振荡脱气缸62、加热脱气缸63、真空脱气缸64和膜式脱气缸65的气体出口均设置有控制阀，且均通过管道与气体分析模块4内收集口连接。
需要说明的是，脱气模块6用于分离变压器油内溶解气体，脱气模块6与采油控制泵8通过管道连接；脱气模块6内设置脱气罐61、振荡脱气缸62、加热脱气缸63、真空脱气缸64和膜式脱气缸65，且脱气模块6内的脱气罐61、振荡脱气缸62、加热脱气缸63、真空脱气缸64和膜式脱气缸65的气体出口分别设置有控制阀并通过管道与气体分析模块4内收集口连接；在实施过程中对变压器油中溶解气体进行析出时，需要定量析出进而获得标准油体内的气体溶解量；利用脱气设置多个单元腔体，分别对单个腔体的变压器油进行逐步脱气；采用脱气步骤依次为振荡脱气、加热脱气、真空脱气以及过滤膜脱气；上述步骤脱气能够尽量减少上一脱气环节对于后续脱气环节的影响，并且也能够有效分离出溶解的少量H2及低分子烃类气体，如CH4、C2H6、C2H4以及CO、CO2等气体，并且在气体析出过程中采用氮气作为注射气可以保障一定的气体压力便于转移至气室中，并且在检测前需要用氮气及时排出上一次检测气体避免残留气体影响新的检测结果。
请参阅图2，本发明提供了一种气体检测装置，脱气模块6内还设置有废油收集管道，且废油收集管道连接废油处理中心10。
需要说明的是，脱气模块6内设置有废油收集管道，且废油收集管道连接有废油处理中心10，脱气完成后的变压器油收集至废油处理中心10中进行存储和转移。
请参阅图1，本发明提供了一种气体检测装置，采油控制泵8与脱气模块6的取油端之间设置有流量计电磁阀9。
需要说明的是，流量计电磁阀9用于控制变压油箱中变压器油进入脱气模块6的流量。
请参阅图2，本发明提供了一种气体检测装置，气体分析模块4内设置有光电色谱分析系统42和气体在线监测装置43；光电色谱分析系统42和气体在线监测装置43的进气管道连接设置有三通阀41。
需要说明的是，气体分析模块4用于分析气体成分获取成分数据，气体分析模块4内设置有光电色谱分析系统42和气体在线监测装置43，光电色谱分析系统42和气体在线监测装置43的进气管道连接设置有三通阀41，采用气体分析模块4一方面可以实现的在线检测变压器1在工作过程中产生的变压器油气的成分含量，便于配合现有技术中公开CN115856220A（公开时间为2023-03-28）的检测方式从而判断变压器的运行状态，检测方式为采集变压器油箱内集聚气体；将变压器油箱内集聚气体送入至气体分析模块4中的气室中；对气室内的气体进行检测，将检测结果进行上传；然后将气室内的气体进行置换，为下次检测做准备；然后根据检测结果从而判断变压器1的运行状态。另外可以对变压器油中溶解析出气体进行分析从而获得检测数据进行判断变压器1的工作状态。并且与现有变压器油中的气体含量分析数值表对比判断变压器1的健康状态。
请参阅图1，本发明提供了一种气体检测装置，采油控制泵8与管道还连接设置有液体分析模块7。
需要说明的是，液体分析模块7主要分析变压器油内水分含量，可采用变压器油含水率检测仪、变压器油水分含量测定仪等装置获得实际的水分含量，并且还可以根据需要对变压器油的水溶性酸PH值、酸值以KOH计、闪点闭口、界面张力、介质损耗因数、击穿电压、体积电阻率、油中含气量、油泥与沉淀物、析气性、带电倾向、腐蚀性能、颗粒污染度、抗氧化添加剂含量、米康醛含量及二芐基二硫醚等数据进行分析检测。
请参阅图3，本发明提供的一种应用于气体检测装置的检测方法，气体检测装置包括变压器1、脱气模块6、气体分析模块4、处理器5和数据处理中心3，检测方法包括：
步骤101、采集变压器油箱内集聚气体，将集聚气体送入至气体分析模块4中进行检测，生成成分数据并输送至处理器5。
步骤102、采集变压器油并进行预处理，将预处理后的气体送入至气体分析模块4中进行检测，生成成分数据并输送至处理器5。
步骤103、通过数据处理中心3对成分数据进行分析，生成检测结果，检测结果为气体分析模块4的气室内的气体成分和浓度。
在本实施例中，分别将变压器油箱内集聚气体和变压器油中溶解气体分别采集，集聚气体通过气体过滤器2送入至气体分析模块4中进行检测，变压器油进行预处理后送入至气体分析模块4中进行检测，通过数据处理中心3分别对两种成分数据进行分析，生成对应的检测结果，检测结果为气体分析模块4的气室内的气体成分和浓度。
步骤102包括以下子步骤：
S11、定量采集变压器油并对变压器油中溶解气体进行脱气操作，得到脱气后的溶解气体。
S12、将脱气后的溶解气体与氮气进行混合，得到混合注射气。
S13、将混合注射气送入至气体分析模块4的气室中。
S14、利用激光光源通过光纤输入气室中，并通过光电色谱分析系统42进行光电转换，得到光电转换信号。
S15、将光电转换信号作为成分数据并输送至处理器5。
在本实施例中，根据与现有技术中的电气故障的对比分析从而判断变压器1的工作状态，其参照现有技术表如下：
运用五种特征气体的三对比值判断电气设备的故障性质：
(1) C2H2/C2H4≤0.1 0.1＜CH4/H2＜1 C2H4/C2H6＜1时，属变压器1已正常老化。
(2) C2H2/C2H4≤0.1 CH4/H2＜0.1 0.1＜C2H4/C2H6＜1时，属低能量密度的局部放电，是含气空腔中的放电，这种空腔是由于不完全浸渍、气体饱和或高湿度等原因造成的。
(3) 0.1＜C2H2/C2H4＜1 CH4/H2＜0.1 0.1＜C2H4/C2H6＜1时，属高能量密度的局部放电(除含气空腔的放电)，导致固体绝缘的放电痕迹。
(4) 1＜C2H2/C2H4＜3 0.1＜CH4/H2＜1 C2H4/C2H6＞3时，有工频续流的放电、线圈、线饼、线匝之间或线圈对地之间油的电弧击穿。
(5) C2H2/C2H4≈3 0.1＜CH4/H2＜1 C2H4/C2H6≈3时，属低能量的放电，随着火花放电强度的增长，特征气体的比值逐渐增加到3，故障可能是悬浮电位体的连续火花放电或固体材料之间油的击穿。
(6) C2H2/C2H4≤0.1 0.1＜CH4/H2＜1 1＜C2H4/C2H6＜3时，属低于150℃的热故障，气体主要来自固体绝缘材料的分解，通常是包有绝缘层的导线过热。
(7) C2H2/C2H4≤0.1 1＜CH4/H2＜3 C2H4/C2H6＜1时，属300℃以下的低温热故障。
(8) C2H2/C2H4≤0.1 1＜CH4/H2＜3 1＜C2H4/C2H6＜3时，属300～700℃的中温热故障。
(9) C2H2/C2H4≤0.1 1＜CH4/H2＜3 C2H4/C2H6＞3时，属高于700℃的高温热故障。
造成(7)、(8)、(9)的主要原因是由于磁通集中引起的铁芯局部过热，在实际中出现没有包括的比值组合，可能是过热和放电同时存在或有载调压变压器1的切换开关油室渗漏。
并且根据本实施例的基础，还可以在废油处理中心10或者液体分析模块7中设置过滤结构对变压器油进行过滤分析变压器油中的固体颗粒的类型进行对比判断和检测。值得一提的是，过滤结构可以为滤网结构，滤网孔径可以根据需求而设置，但不仅限于该类过滤结构。
进一步地，S11包括以下子步骤：
S111、定量采集变压器油，并将变压器油送入至脱气模块6的脱气罐61中，对变压器油中溶解气体依次进行振荡脱气、加热脱气、真空脱气以及过滤膜脱气，得到脱气后的溶解气体。
在本实施例中，采用脱气步骤依次为振荡脱气、加热脱气、真空脱气以及过滤膜脱气；上述步骤脱气能够尽量减少上一脱气环节对于后续脱气环节的影响，并且也能够有效分离出溶解的少量H2及低分子烃类气体，如CH4、C2H6、C2H4以及CO、CO2等气体，并且在气体析出过程中采用氮气作为注射气可以保障一定的气体压力便于转移至气室中，并且在检测前需要用氮气及时排出上一次检测气体避免残留气体影响新的检测结果。
进一步地，气室为透射式气室或反射式气室。
在本实施例中，气室为透射式气室或反射式气室，便于利用激光光源通过光纤输入气室中，并通过光电色谱分析系统42进行光电转换，得到光电转换信号。
进一步地，光电色谱分析系统42可替换为光声光谱探测系统。
在本实施例中，在利用激光光源通过光纤输入气室中，通过光电色谱分析系统42或光声光谱探测系统对气室中的混合注射气进行转换，从而得到转换信号。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种气体检测装置，其特征在于，包括变压器、脱气模块、气体分析模块、处理器和数据处理中心；
所述变压器分别设置有气体输出口和变压器油采样口；
所述变压器油采样口连接有采油控制泵；
所述采油控制泵通过管道与所述脱气模块连接，所述脱气模块用于分离变压器油内溶解气体；
所述脱气模块与所述气体分析模块连接；
所述气体输出口通过气体过滤器与所述气体分析模块连接；
所述气体分析模块用于分析气体成分并获取成分数据；
所述气体分析模块与所述处理器连接，所述处理器用于设置气液采集数量和频次、收集各项监测参数和存储所述成分数据；
所述处理器与所述数据处理中心电连接，所述数据处理中心用于根据所述成分数据及载波参数计算出各项变压器油中溶解气体含量比例。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述脱气模块内设置有脱气罐、振荡脱气缸、加热脱气缸、真空脱气缸和膜式脱气缸；
所述脱气罐、所述振荡脱气缸、所述加热脱气缸、所述真空脱气缸和所述膜式脱气缸的气体出口均设置有控制阀，且均通过管道与所述气体分析模块内收集口连接。
3.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述脱气模块内还设置有废油收集管道，且所述废油收集管道连接废油处理中心。
4.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述采油控制泵与所述脱气模块的取油端之间设置有流量计电磁阀。
5.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述气体分析模块内设置有光电色谱分析系统和气体在线监测装置；
所述光电色谱分析系统和所述气体在线监测装置的进气管道连接设置有三通阀。
6.根据权利要求1-5任一项所述的气体检测装置，其特征在于，所述采油控制泵与所述管道还连接设置有液体分析模块。
7.一种应用于权利要求1-6任一项所述的气体检测装置的检测方法，其特征在于，所述气体检测装置包括变压器、脱气模块、气体分析模块、处理器和数据处理中心，所述检测方法包括：
采集变压器油箱内集聚气体，将所述集聚气体送入至所述气体分析模块中进行检测，生成成分数据并输送至所述处理器；
采集变压器油并进行预处理，将预处理后的气体送入至所述气体分析模块中进行检测，生成成分数据并输送至所述处理器；
通过所述数据处理中心对所述成分数据进行分析，生成检测结果，所述检测结果为所述气体分析模块的气室内的气体成分和浓度；
所述采集变压器油并进行预处理，将预处理后的气体送入至所述气体分析模块中进行检测，生成成分数据并输送至所述处理器的步骤，包括：
定量采集变压器油并对变压器油中溶解气体进行脱气操作，得到脱气后的溶解气体；
将所述脱气后的溶解气体与氮气进行混合，得到混合注射气；
将所述混合注射气送入至所述气体分析模块的所述气室中；
利用激光光源通过光纤输入所述气室中，并通过光电色谱分析系统进行光电转换，得到光电转换信号；
将所述光电转换信号作为所述成分数据并输送至所述处理器。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述定量采集变压器油并对变压器油中溶解气体进行脱气操作，得到所述脱气后的溶解气体的步骤，包括：
定量采集变压器油，并将变压器油送入至所述脱气模块的脱气罐中，对所述变压器油中溶解气体依次进行振荡脱气、加热脱气、真空脱气以及过滤膜脱气，得到所述脱气后的溶解气体。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述气室为透射式气室或反射式气室。
10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述光电色谱分析系统可替换为光声光谱探测系统。
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