CN204065038U - 一种标准油样配制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种标准油样配制装置，包括油箱、执行单元和控制单元，所述装置的执行单元包括活塞式油缸、活塞式气缸，步进电机和标气进气管道，所述的活塞式油缸和活塞式气缸分别连接一步进电机；活塞式油缸与油箱通过两个支路连通，并且在每条支路上设有相应的电磁阀，形成循环油路管道；所述控制单元主要包括PLC控制器、若干继电器及相应的电磁阀，由PLC控制器发出指令，通过继电器控制各个电磁阀对相应管道的开关进行控制。采用定量配气法，先根据气相和液相达到平衡时所需的气体总量来定量配制一定体积的标准气体，然后通过循环方式将标气溶解于一定体积的空白油中，充分平衡后最终获得标准油样。

Description

一种标准油样配制装置

技术领域

本实用新型属于电力工程技术领域，尤其是涉及一种用于标定变压器油中气体在线监测装置的标准油样配制装置。

背景技术

在变压器油中溶解气体检测和分析技术领域，气相色谱法是业内应用相对比较成熟的多组分气体分析方法。根据国家技术监督局JJG700-1999《气相色谱仪》标准中规定：“气相色谱仪”的检定周期为2年，也就是2年左右要对色谱仪进行标定和校准，以确定仪器的准确性。气相色谱仪可以通过标准气体进行标定和校准，而作为具有同样功能应用在现场使用的油中气体在线监测装置，在出厂检验、型式试验、入网检验和现场检验等多个环节都需要对其检测指标进行标定和校准。但由于国内外各个在线监测装置的原理、性能不尽相同，目前常用的检测手段是将在线装置与离线色谱仪对同种标定物（标油）的检测结果进行横向比较，以离线色谱仪的数据作为参考基准来对在线装置的性能进行判别。

采用标油验证的方式来检验在线监测装置的性能，关键的因素就在于标油的配制环节。标准油样的准确性、一致性、易用性、易保存性以及宽范围性等特性决定了这种检验手段的效率和效果。虽然国内一些企业和科研单位开发研制了一些标准油样配制装置，但在准确性、一致性等方面还达不到要求，很难在实际检验中发挥应有的作用。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种标准油样配制装置，从而提高标准油样配制的准确性，进而提高在实际检验油中气体在线监测装置时标定和校准的准确性。

为此采用如下的技术方案：一种标准油样配制装置，包括油箱、执行单元和控制单元，通过控制单元对执行单元发出指令，完成标准油样的配制，其特征在于：所述装置的执行单元包括活塞式油缸、活塞式气缸，步进电机和标气进气管道，所述的活塞式油缸和活塞式气缸分别连接一步进电机；活塞式油缸与油箱通过两个支路连通，并且在每条支路上设有相应的电磁阀，形成循环油路管道；在活塞式油缸内具有一中空结构的油缸活塞杆，所述执行单元还包括一循环泵，所述循环泵的一端与活塞式油缸的上端连接，另一端与活塞式油缸内的油缸活塞杆侧壁连接；所述活塞式气缸侧壁具有通孔，活塞式气缸通过侧壁的通孔与活塞式油缸外部的循环油路管道相连通；所述执行单元还包括一真空泵，所述真空泵通过电磁阀连接在活塞式油缸和活塞式气缸之间；所述标气进气管道设置在活塞式气缸和真空泵之间，所述标气进气管道具有若干条用于单组份标气进气的管道支路，并在每条管道支路上设有电磁阀；所述控制单元主要包括PLC控制器、若干继电器及相应的电磁阀，由PLC控制器发出指令，通过继电器控制各个电磁阀对相应管道的开关进行控制。

进一步地，在活塞式油缸与油箱的循环油路管道间，在活塞式油缸上端的支路上设有一个用于控制流量的球阀。

进一步地，在活塞式油缸与活塞式气缸的管路上分别设有用于测试压力的压力变送器。

进一步地，所述活塞式油缸上端的管道间设有液位传感器，并在其前后设有相应的电磁阀。

本实用新型所采用定量配气法，先根据气相和液相达到平衡时所需的气体总量来定量配制一定体积的标准气体，然后通过循环方式将标气溶解于一定体积的空白油中，充分平衡后最终获得标准油样。以H₂为例，假设预期目标浓度为A（ppm），油箱中液相油的体积为B（L），气相体积为C（L），则根据溶解方程可得：

所需H₂总容量 = 液相中的H₂含量+气相中的H₂含量=A×B+A×0.06×C

式中：0.06为H₂的奥斯特瓦尔德系数。

再依次通过取油样、油样脱气、配制混合标气、油中混合气体溶解的步骤进行操作，完成变压器油中气体组分的配制，使其配制成标准油样。通过本实用新型方案配制的标准油样，在准确性、一致性等方面都能达到检验要求，能够在实际检验中发挥应有的作用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图中表示如下：1-油箱，2-活塞式油缸，21-油缸活塞杆，3-活塞式气缸，4-油缸步进电机，5-气缸步进电机，6-标气进气管道，61-稳流阀，7-球阀， 8-循环泵，9-液位传感器，10压力变送器，11-真空泵；f1-一号阀，f2-二号阀，f3-三号阀，f4-四号阀，f5-五号阀，f6-六号进阀，f6’-六号出阀，f7-七号阀，f8-八号阀，f9-九号阀，f10- H₂阀，f11- CH₄阀，f12- C₂H₄阀，f13- C₂H₆阀，f14- C₂H₂阀，f15- CO阀，f16- CO₂阀，f17- N₂阀。

具体实施方式

参见附图。本实施例包括油箱1、执行单元和控制单元，通过控制单元对执行单元发出指令，完成变压器油中气体组分的配制，所述装置的执行单元包括活塞式油缸2、活塞式气缸3，步进电机和标气进气管道6，所述的活塞式油缸2和活塞式气缸3分别连接油缸步进电机4和气缸步进电机5；活塞式油缸2与油箱1通过两个支路连通，并且在每条支路上设有相应的电磁阀，并在活塞式油缸2上端的支路上设有一个用于控制流量的球阀7，通过两支路形成循环油路管道；所述活塞式油缸上端的管道间设有液位传感器9，并在其前后设有相应的电磁阀；在活塞式油缸2内具有一中空结构的油缸活塞杆21，所述活塞式油缸2内中空结构的油缸活塞杆末端为实心，油缸活塞杆末端与油缸步进电机4连接；所述执行单元还包括一循环泵8，所述循环泵8的一端与活塞式油缸2的上端连接，另一端与活塞式油缸内的油缸活塞杆21侧壁连接；所述活塞式气缸3侧壁具有通孔，活塞式气缸3通过侧壁的通孔与活塞式油缸外部的循环油路管道相连通；在活塞式油缸2与活塞式气缸3的管路上分别设有用于测试压力的压力变送器10；所述执行单元还包括一真空泵11，所述真空泵11通过电磁阀连接在活塞式油缸2和活塞式气缸3之间；所述标气进气管道6设置在活塞式气缸3和真空泵11之间，并在标气进气管道6上设有用于稳定进气流量的稳流阀61，所述标气进气管道具有8条用于单组份标气进气的管道支路，分别为H₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂、CO、CO₂、N₂ 的进气管道，并在每条管道支路上设有相应的电磁阀；所述控制单元主要包括PLC控制器、若干继电器及相应的电磁阀，由PLC控制器发出指令，通过继电器控制各个电磁阀对相应管道的开关进行控制。

本实施例的工作步骤如下：

1）取油样

判断活塞式油缸2与活塞式气缸3是否在上位置，若不在，则活塞式油缸2与活塞式气缸3回到上位置；

打开三号阀f3，油缸活塞杆21向下运动，抽取油箱1中的油到活塞式油缸2中，定位油量的初始设定为10L，等到定位油量通过液位传感器10感应开关检测到油缸已运行到指定位置处时，油缸活塞杆21停止向下运行，活塞式油缸2进油后关闭三号阀；

2）油样脱气

打开四号阀f4，活塞式油缸2的油缸活塞杆21向上运行到上部，将油样排到油箱1中；

油缸活塞杆21油缸向下运行到底部，然后打开五号阀f5，通过球阀7控制流量，使油箱1中的油样在压差的作用下到达活塞式油缸2中，雾化脱气，等到油样全部回到活塞式油缸2中时，关闭五号阀f5，静置一下，打开六号进阀f6，六号出阀f6’，八号阀f8，真空泵11运行，将活塞式油缸2中脱出来的气体抽走；

重复上述步骤多次后，获取到空白油样；

3）配制混合标气

管路清洗：打开七号阀f7、九号阀f9，同时以每个阀开2s后关闭，1s后打开下一个阀的方式，依次打开H₂阀f10、CH₄阀f11、C₂H₄阀f12、C₂H₆阀f13、C₂H₂阀f14、CO阀f15、CO₂阀f16，将连接标气瓶到上面七个阀之间软管内的气体置换掉；再打开N₂阀f17保持 5s，最后关闭所有阀；

开始进标气：标气的定量按照下面的方法进行

a）气缸满腔体积为240ml，如果某个组分标气的体积不足240ml，则实际气缸定量标气体积V为：

V=V₁V₂/V₃+P₁V₂/P+V₁-V₂

式中，P₁为油缸充标气前压力，P为常压值，P₂为油缸充标气后压力，V₁为计算需要充标气的体积，V为实际气缸定量标气体积，V₂为管路的体积（固定体积，约为17ml），V₃为油缸中气相所占体积。

b）如果某个组分标气的体积大于或等于240ml，则以240ml为一个定量单位，重复注入一个定量单位的气体，直到剩余的气体体积少于240ml为止，余数按照上一步来处理。每次注入一个定量单位气体，实际上要稍微多于240ml，具体注入的体积如下：

V=[（P—P₂）/P]×V₂+240

式中，P为常压值，P₂为油缸充标气后压力，V为实际充标气体积，V₂为管路及井的体积（固定体积）；

以H₂为例，假设所需H₂体积为300ml，因为大于240ml，则先按照上面b步骤定量，具体操作如下：

先打开八号阀f8、九号阀f9，开启真空泵11，等到气室压力等于0时，关闭八号阀f8、九号阀f9、真空泵11。活塞式气缸3的活塞杆开始向下运行，直到下位置，然后打开九号阀f9、H₂阀f10，等到气室压力大于150kpa并且保持8s后，关闭九号阀f9、H₂阀f10，同时打开七号阀f7。待气室压力恢复常压后，打开六号进阀f6、六号出阀f6’， 活塞式气缸3的活塞杆向上运动直到上位置；记录此时油室压力值P2；

假设上步计算充H₂体积为250ml，则理论上还需注入50ml H₂，因为H₂体积小于240ml，所以按照a步骤来定量，根据a中的公式计算出活塞式气缸3的活塞杆需要移动的距离。先打八号阀f8、九号阀f9，开启真空泵11，等到气室压力等于0时，关闭八号阀f8、九号阀f9、真空泵11；活塞式气缸3的活塞杆开始向下运行，直到指定的位置，然后打开九号阀f9、H₂阀f10，等到气室压力大于150kpa并且保持8s后，关闭九号阀f9、H₂阀f10，同时打开七号阀f7。待气室压力恢复常压后，打开六号进阀f6、六号出阀f6’， 活塞式气缸3的活塞杆向上运动直到上位置；

补充N₂至常压：当所有标气都充到油缸中后，打开八号阀f8，九号阀f9，开启真空泵11，等到气室压力等于0时，关闭八号阀f8、九号阀f9、真空泵11；先打开九号阀f9，N₂阀f17，保持2s后再打开六号进阀f6、六号出阀f6’，防止油缸中的标气返回到气室，通过压力变送器10监测油室压力，等到油室压力大于95kpa时，关闭以上所有阀；活塞式气缸3的活塞杆向下运动直到下位置，打开九号阀f9，N₂阀f17，等到气室压力大于150kpa并且保持8s后，关闭九号阀f9，N₂阀f17，同时打开七号阀f7；待气室压力恢复常压后，打开六号进阀f6、六号出阀f6’， 活塞式气缸3的活塞杆向上运动，如果活塞式气缸3的活塞杆向上过程中油室压力大于99.7kpa后，关闭六号进阀f6、六号出阀f6’； 当活塞式气缸3到达上位置后，如果油室压力小于98kpa，则重复气缸定量N₂的操作，直到油室压力回到常压；

4）油中混合气体溶解

先打开二号阀f2、循环泵8，开始油路循环油气溶解，油气循环时间后，关闭循环泵8及二号阀f2；

以油气平衡时间静置后，打开四号阀f4，活塞式油缸2的油缸活塞杆21向上运动，当液位传感器9感应到液位且保持2S后，活塞式油缸2的油缸活塞杆21停止向上运动。

Claims (4)

1.一种标准油样配制装置，包括油箱、执行单元和控制单元，通过控制单元对执行单元发出指令，完成标准油样的配制，其特征在于：所述装置的执行单元包括活塞式油缸、活塞式气缸，步进电机和标气进气管道，所述的活塞式油缸和活塞式气缸分别连接一步进电机；活塞式油缸与油箱通过两个支路连通，并且在每条支路上设有相应的电磁阀，形成循环油路管道；在活塞式油缸内具有一中空结构的油缸活塞杆，所述执行单元还包括一循环泵，所述循环泵的一端与活塞式油缸的上端连接，另一端与活塞式油缸内的油缸活塞杆侧壁连接；所述活塞式气缸侧壁具有通孔，活塞式气缸通过侧壁的通孔与活塞式油缸外部的循环油路管道相连通；所述执行单元还包括一真空泵，所述真空泵通过电磁阀连接在活塞式油缸和活塞式气缸之间；所述标气进气管道设置在活塞式气缸和真空泵之间，所述标气进气管道具有若干条用于单组份标气进气的管道支路，并在每条管道支路上设有电磁阀；所述控制单元主要包括PLC控制器、若干继电器及相应的电磁阀，由PLC控制器发出指令，通过继电器控制各个电磁阀对相应管道的开关进行控制。

2.按照权利要求1所述的一种标准油样配制装置，其特征在于：在活塞式油缸与油箱的循环油路管道间，在活塞式油缸上端的支路上设有一个用于控制流量的球阀。

3.按照权利要求1所述的一种标准油样配制装置，其特征在于：在活塞式油缸与活塞式气缸的管路上分别设有用于测试压力的压力变送器。

4.按照权利要求1所述的一种标准油样配制装置，其特征在于：所述活塞式油缸上端的管道间设有液位传感器，并在其前后设有相应的电磁阀。