CN204594944U - 一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置 - Google Patents

Abstract

一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，涉及一种监测装置，装置包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，油样采集单元的进油口与油样引进管连接，油样采集单元与油气分离单元连接，油气分离单元与色谱分离单元连接，色谱分离单元将分离的气体传送至气体检测单元，气体检测单元与数据采集控制单元连接， PID温度控制器单元分别与油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元连接，数据采集控制单元与数据服务平台连接；本实用新型实现实时监测变压器运行状态的目的，将油色谱在线监测装置设计为微型模块，解决了机车车体安放空间狭小的问题。

Description

一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置

【技术领域】

    本实用新型涉及一种在线监测装置，具体地说本实用新型涉及一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置。

【背景技术】

众所周知，铁路运输是我国经济运行的大动脉，在我国交通体系中占有重要地位。随着国民经济的迅速发展，铁路加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐，行车安全是铁路运输的永恒主题，铁路提速后对机车安全提出了更高要求，过去那种主要依靠机车司机与检修人员的经验和直觉对机车故障进行诊断与检修的做法已不能满足现代运输对安全、高效的要求，由于在机车运行过程中可能出现的一些瞬时故障不能及时地记录，给机车运行安全带来了隐患，没有数据作为依据给检修故障诊断带来了困难。

机车牵引变压器也称机车车载变压器或机车主变压器，它和机车高压电压互感器都是电力机车的心脏部分，它的好坏直接影响到机车行车安全，特别是机车牵引变压器，运行条件相对恶劣，采用机车牵引变压器在线监测装置的目的是实时连续地监测机车牵引变压器的运行状态，判断其是否运行正常，诊断机车牵引变压器内部已存在的故障性质、类型、部位、严重程度并预测故障的发展趋势，指导运行部门对机车牵引变压器的管理和维修。由于传统的机车牵引变压器油气相色谱离线诊断方法和机务段检修方法不能及时地发现机车牵引变压器运行中的潜伏性故障，且存在测试周期长、试验误差较大、职工工作量大等弊病，与现在车辆状态检修的发展趋势不相适应，不能满足对机车牵引变压器进行实时监控的要求；因此，提出研制一种监测油中气体的综合体积分数及其时、日变化趋势，以更科学、更精确地判断机车牵引变压器故障的油色谱在线监测装置，改变传统的机车牵引变压器诊断的工作方法，在一个电脑上同时监控运行中所有变压器的运行状态，大大减少职工工作量，成为本领域技术人员的基本诉求。

【实用新型内容】

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，实现了实时监测变压器运行状态的目的，并将机车牵引变压器油色谱在线监测装置设计为微型模块，有效解决了机车车体安放空间狭小的问题，且在机车运行时，避免了较大振动对机车牵引变压器油色谱在线监测装置的影响。

为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述装置通过减振底座固定设置在变压器油散热器冷却塔的安装间隙内，所述装置包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，所述油样采集单元的进油口与油样引进管通过双卡套管路接头连接，所述油样采集单元的出油口与油气分离单元的进口连接，所述油气分离单元的出口与色谱分离单元的管路连接，由色谱分离单元中的色谱柱将分离的气体通过管路传送至气体检测单元，所述气体检测单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述的PID温度控制器单元分别与油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元通过RS232连接，所述的数据采集控制单元与数据服务平台通过RS485连接。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述油气分离单元包括变压器、油泵、电机、除油腔体、脱气腔体、气泵和真空泵，所述变压器通过油管与油泵连接，所述油泵通过油管连接除油腔体，将除油腔体内的油通过油管排回变压器，在除油腔体的一端设有电机，除油腔体的另一端与脱气腔体通过管路连接，通过电机的往复运动，将除油腔体内分离出的气体运送至脱气腔体内，所述的脱气腔体分别与气泵和真空泵连接，在脱气腔体与气泵的管路上设有六通阀的定量管，在脱气腔体与真空泵的管路上设有压力传感器，在变压器与油泵之间的油管路上分别设有进出油电磁阀V5和V1，在除油腔体与变压器之间的油管路上分别设有进出油电磁阀V6和V2，在除油腔体与脱气腔体之间的管路上设有电磁阀V3，在压力传感器与真空泵之间的管路上设有电磁阀V4。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述色谱分离单元包括干燥气体、稳压阀和色谱柱，所述的干燥气体通过管路与油气分离单元中的六通阀定量管连接，所述六通阀定量管内的干燥气体通过色谱柱将分离出的气体送入气体检测单元，在干燥气体与六通阀定量管之间的管路上设有稳压阀。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的双卡套管路接头包括前卡套、后卡套、卡套管、螺母和接头本体，在卡套管的外部设有螺母，在卡套管和螺母之间分别设有接头本体、前卡套和后卡套，所述螺母的内螺纹与接头本体的外螺纹螺纹连接，在卡套管与接头本体之间设有前卡套，所述的后卡套设置在螺母挡环与卡套管之间，后卡套下部的铰链点分别与卡套管、前卡套贴合，后卡套的上部与螺母挡环相贴合设置。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的减振底座为橡胶空气弹簧。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述装置为微型模块化设计，所述的微型模块均放置在模块盒内，安装在减振底座的上部，所述微型模块包括系统控制及通信模块、油气分离检测模块和载气发生模块，所述的系统控制及通信模块、油气分离检测模块和载气发生模块可通过现场安装位置任意组合安装。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的系统控制及通信模块包括数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，所述的油气分离检测模块包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元和气体检测单元。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述载气发生模块采用正压供气方式，即利用空气压缩机形成正压气源，对正压气源进行干燥与净化处理后使用。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优越性：

1、本实用新型通过从变压器中吸油进入除油腔体和并把做过分析的油排回变压器中，利用正压推送的原理，从根本上解决了高温环境、高扬程、远距离条件下管道泵、容积泵、叶片泵等负压原理工作的泵不能解决的出油少，甚至不出油的弊端；

2、本实用新型的油气分离单元通过采用真空脱气原理，避免了洗脱气体二次回溶及洗脱气体以游离态进入变压器本体等危及变压器安全运行的安全隐患；脱气后的油样回注进入变压器本体，不污染、不消耗变压器油，能及时准确反映变压器本体油样，且脱气率高、重现性好、油气分离速度快，只需10分钟就可以达到溶解平衡状态，可实现连续脱气，从而可保证后续工作的正常运行。

3、本实用新型通过色谱分离单元完成气体的定量采集和气体分离，采用大容量、高性能复合色谱柱，在载气的作用下采集气体通过色谱柱顺序分离出H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6等气体送入气体检测器，实现变压器油中特征气体的监测，且色谱分离时间短。

4、本实用新型通过将变压器油色谱在线监测装置设计为微型模块，有效解决了机车车体安放空间狭小的问题。

5、本实用新型通过将减振底座设置为橡胶空气弹簧，不但利用空气的可压缩性实现了弹性作用，且安装空间小、便于更换、高频隔震和隔音性能较好。

6、本实用新型通过使用双卡套管路接头作为连接管路的对接方式，实现了双重密封，有效防止了在机车运行中由于振动而产生的接头松动导致油泄露的弊端。

【附图说明】

图1是本实用新型的系统原理图；

图2是本实用新型的油气分离原理图；

图3是本实用新型色谱进样气路流程图；

图4是本实用新型双卡套管路接头的结构示意图；

图5是图4的局部放大示意图；

在图中：1、压力传感器；2、脱气腔体；3、定量管；4、除油腔体、；5、螺母；6、后卡套；7、铰链点；8、前卡套；9、接头本体；10、卡套管；11、螺母挡环。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本实用新型，本实用新型并不局限于下面的实施例；

结合附图1-5所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述装置通过减振底座固定设置在变压器油散热器冷却塔的安装间隙内，所述装置包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，所述油样采集单元的进油口与油样引进管通过双卡套管路接头连接，所述油样采集单元的出油口与油气分离单元的进口连接，所述油气分离单元的出口与色谱分离单元的管路连接，由色谱分离单元中的色谱柱将分离的气体通过管路传送至气体检测单元，所述气体检测单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述的PID温度控制器单元分别与油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元通过RS232连接，所述的数据采集控制单元与数据服务平台通过RS485连接。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述油气分离单元包括变压器、油泵、电机、除油腔体4、脱气腔体2、气泵和真空泵，所述变压器通过油管与油泵连接，所述油泵通过油管连接除油腔体4，将除油腔体4内的油通过油管排回变压器，在除油腔体4的一端设有电机，除油腔体4的另一端与脱气腔体2通过管路连接，通过电机的往复运动，将除油腔体4内分离出的气体运送至脱气腔体2内，所述的脱气腔体2分别与气泵和真空泵连接，在脱气腔体2与气泵的管路上设有六通阀的定量管3，在脱气腔体2与真空泵的管路上设有压力传感器1，在变压器与油泵之间的油管路上分别设有进出油电磁阀V5和V1，在除油腔体4与变压器之间的油管路上分别设有进出油电磁阀V6和V2，在除油腔体4与脱气腔体2之间的管路上设有电磁阀V3，在压力传感器1与真空泵之间的管路上设有电磁阀V4。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述色谱分离单元包括干燥气体、稳压阀和色谱柱，所述的干燥气体通过管路与油气分离单元中的六通阀定量管3连接，所述六通阀定量管3内的干燥气体通过色谱柱将分离出的气体送入气体检测单元，在干燥气体与六通阀定量管3之间的管路上设有稳压阀。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的双卡套管路接头包括前卡套8、后卡套6、卡套管10、螺母5和接头本体9，在卡套管10的外部设有螺母5，在卡套管10和螺母5之间分别设有接头本体9、前卡套10和后卡套6，所述螺母5的内螺纹与接头本体9的外螺纹螺纹连接，在卡套管10与接头本体9之间设有前卡套8，所述的后卡套6设置在螺母挡环11与卡套管10之间，后卡套6下部的铰链点7分别与卡套管10、前卡套8贴合，后卡套6的上部与螺母挡环11相贴合设置。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的减振底座为橡胶空气弹簧。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述装置为微型模块化设计，所述的微型模块均放置在模块盒内，安装在减振底座的上部，所述微型模块包括系统控制及通信模块、油气分离检测模块和载气发生模块，所述的系统控制及通信模块、油气分离检测模块和载气发生模块可通过现场安装位置任意组合安装。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的系统控制及通信模块包括数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，所述的油气分离检测模块包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元和气体检测单元。

所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述载气发生模块采用正压供气方式，即利用空气压缩机形成正压气源，对正压气源进行干燥与净化处理后使用。

实施本实用新型所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述的油样采集单元由油泵和管路组成，完成对变压器油样的采集，采集为循环采集方式，避免油流带电，油路中有过滤器，采用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；将采集到的油样输送至油气分离单元，首先将油气分离单元抽为真空，然后将油样导入脱气室（体积100ml），循环油样后，在恒温状态下，将V3电磁阀打开，电机往复动作，将脱气腔体反复扩容，使油中溶解气体分离并达到溶解平衡状态，色谱进样后，残留的样气以抽真空方式去除；经过油气分离单元分离出的气体进入色谱分离单元完成气体的定量采集和气体分离，通过色谱分离单元中的色谱柱，在恒温恒压条件下，在载气的作用下，采集气体通过色谱柱顺序分离出H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6等气体送入气体检测单元，实现变压器油中特征气体的监测，数据采集控制单元完成油气分离单元的脱气流程和各种组分气体数据的分离、采集、存储；并将获取的数据传送至数据处理服务单元，通过CAN接口或RS485接口完成与上位机的通信；通过GPRS无线Modem完成与远程监控中心的通信，数据处理服务器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，再由故障诊断专家系统对变压器故障进行诊断，从而实现变压器故障的在线监测；由于在机车运行过程中引起较大的振动，本实用新型通过使用双卡套管路接头作为连接管路的对接方式，实现了双重密封，有效防止了在机车运行中由于振动而产生的接头松动导致油泄露的弊端，双卡套管路接头的前卡套8被推入到接头本体9和卡套管10形成主密封，而后卡套6向内产生铰链作用以对卡套管10形成强有力的抓紧，后卡套6的几何形状有助于产生夹箍作用，这种作用可把轴向运动转化为卡套管10上的径向挤压作用，使得这种管对接方式具有极佳的气体密封和卡套管10抓紧作用，在机车运行现场环境下至少能承受20MPa压力；还具有极好的抗振动疲劳性能和卡套管支撑能力；本实用新型为了节省放置空间，可将变压器油色谱在线监测装置设计为微型模块，所述的微型模块均放置在模块盒内，安装在减振底座的上部，并将本实用新型中的各个阀体、泵体在不影响性能的前提下将尺寸选为最小， 不但有效解决了机车车体安放空间狭小的问题，且可按照机车车载变压器的不同可设计不同的尺寸；所述的载气发生模块是由于机车上不允许安装压缩气瓶，就使得必须在机车上生产车载变压器油色谱在线监测系统所用的载气，有以下二种载气方案， A、利用机车上的压缩空气，经过简单处理作为载气机车上均有干燥压缩空气系统，通过转接件，取其压缩空气，经除烃、稳压处理，作为载气；但机车上压缩空气质量是否符合车载变压器油色谱在线监测系统，需要在现场进行确认；B、安装载气生成模块：采用正压供气方式，即利用空气压缩机形成正压气源，对正压气源进行干燥与净化处理，供给车载变压器油色谱在线监测系统使用，在使用过程中对净化及干燥模块设计合适的再生方式，以便整套系统在线免维护应用；以HXD3机车变压器为例，试验时使用的是单独载气生成模块即B方案，若在机车制造时采用A方案还可以大大缩小装置的体积。本实用新型装置所用的电源在机车内部低压电器柜接线引出，采用机车内部电源，为克服机车线路上过分相区间的暂时停电采用不间断电源；所述的油色谱在线监测装置同样可在机车高压电压互感器上使用。

本实用新型未详述部分为现有技术。

为了公开本实用新型的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本实用新型旨在包括一切属于本构思和实用新型范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (8)

1.一种机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述装置通过减振底座固定设置在变压器油散热器冷却塔的安装间隙内，所述装置包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，所述油样采集单元的进油口与油样引进管通过双卡套管路接头连接，所述油样采集单元的出油口与油气分离单元的进口连接，所述油气分离单元的出口与色谱分离单元的管路连接，由色谱分离单元中的色谱柱将分离的气体通过管路传送至气体检测单元，所述气体检测单元通过信号传输线与数据采集控制单元连接，所述的PID温度控制器单元分别与油气分离单元、色谱分离单元、气体检测单元、数据采集控制单元通过RS232连接，所述的数据采集控制单元与数据服务平台通过RS485连接。

2.根据权利要求1所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述油气分离单元包括变压器、油泵、电机、除油腔体（4）、脱气腔体（2）、气泵和真空泵，所述变压器通过油管与油泵连接，所述油泵通过油管连接除油腔体（4），将除油腔体（4）内的油通过油管排回变压器，在除油腔体（4）的一端设有电机，除油腔体（4）的另一端与脱气腔体（2）通过管路连接，通过电机的往复运动，将除油腔体（4）内分离出的气体运送至脱气腔体（2）内，所述的脱气腔体（2）分别与气泵和真空泵连接，在脱气腔体（2）与气泵的管路上设有六通阀的定量管（3），在脱气腔体（2）与真空泵的管路上设有压力传感器（1），在变压器与油泵之间的油管路上分别设有进出油电磁阀V5和V1，在除油腔体（4）与变压器之间的油管路上分别设有进出油电磁阀V6和V2，在除油腔体（4）与脱气腔体（2）之间的管路上设有电磁阀V3，在压力传感器（1）与真空泵之间的管路上设有电磁阀V4。

3.根据权利要求1所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述色谱分离单元包括干燥气体、稳压阀和色谱柱，所述的干燥气体通过管路与油气分离单元中的六通阀定量管（3）连接，所述六通阀定量管（3）内的干燥气体通过色谱柱将分离出的气体送入气体检测单元，在干燥气体与六通阀定量管（3）之间的管路上设有稳压阀。

4.根据权利要求1所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述的双卡套管路接头包括前卡套（8）、后卡套（6）、卡套管（10）、螺母（5）和接头本体（9），在卡套管（10）的外部设有螺母（5），在卡套管（10）和螺母（5）之间分别设有接头本体（9）、前卡套（10）和后卡套（6），所述螺母（5）的内螺纹与接头本体（9）的外螺纹螺纹连接，在卡套管（10）与接头本体（9）之间设有前卡套（8），所述的后卡套（6）设置在螺母挡环（11）与卡套管（10）之间，后卡套（6）下部的铰链点（7）分别与卡套管（10）、前卡套（8）贴合，后卡套（6）的上部与螺母挡环（11）相贴合设置。

5.根据权利要求1所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述的减振底座为橡胶空气弹簧。

6.根据权利要求1所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述装置为微型模块化设计，所述的微型模块均放置在模块盒内，安装在减振底座的上部，所述微型模块包括系统控制及通信模块、油气分离检测模块和载气发生模块，所述的系统控制及通信模块、油气分离检测模块和载气发生模块可通过现场安装位置任意组合安装。

7.根据权利要求6所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，其特征是：所述的系统控制及通信模块包括数据采集控制单元、PID温度控制器单元和数据服务平台，所述的油气分离检测模块包括油样采集单元、油气分离单元、色谱分离单元和气体检测单元。

8.根据权利要求7所述的机车牵引变压器的油色谱在线监测装置，所述载气发生模块采用正压供气方式，即利用空气压缩机形成正压气源，对正压气源进行干燥与净化处理后使用。