CN213398164U - 一种可反向吹洗的故障监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种可反向吹洗的故障监控装置，该故障监控装置包括油路单元、脱气单元、气路单元、测量单元、控制单元，该故障监控装置通过在从油浸式设备中获取冷却油样品后，使得脱气单元中的脱气膜管对冷却油样品进行脱气得到待测气体样品，再通过测量单元测量待测气体样品中特征气体的浓度，并通过控制单元根据待测气体样品中特征气体的浓度确定油浸式设备的运行故障，以实现对油浸式设备运行状态的实时监控，还可以通过脱气单元和气路单元对脱气膜进行吹洗，避免附着在脱气膜上的杂质堵塞脱气膜的气孔，以此提高脱气单元油气分离处理的效率和脱气率的稳定性，从而提高对油浸式设备运行故障监测的准确性。

Description

一种可反向吹洗的故障监控装置

技术领域

本实用新型涉及油浸式设备监测领域，尤其涉及一种可反向吹洗的故障监控装置。

背景技术

油浸式变压器是电力系统的主要设备之一，保证油浸式变压器的安全可靠运行，对提高电力系统的供电可靠性具有十分重要的意义。为了保障电力系统的安全运行，必须对油浸式变压器等油浸式设备的运行状态进行预防性检验和监控。

由于油浸式设备均选用冷却油、油纸或油纸板等复合绝缘结构，当设备内部发生热性故障、放电性故障或绝缘油、油纸老化时，会产生多种气体，这些气体会溶解于冷却油中，冷却油中溶解的不同类型的气体可以反映油浸式设备不同类型的电气故障。

目前，传统的油浸式设备运行状态监控方案中，需要人工抽取油浸式设备中的油样并集中到实验室后，使用气相色谱仪对油样进行分析，通过分析结果确定油浸式设备的运行状态，效率较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种可反向吹洗的故障监控装置，用于解决现有的油浸式设备运行状态监控方案中，需要人工抽取油浸式设备中的油样并集中到实验室后，使用气相色谱仪对油样进行分析，通过分析结果确定油浸式设备的运行状态，效率较低的技术问题。

本实用新型实施例提供一种可反向吹洗的故障监控装置，该故障监控装置包括油路单元、脱气单元、气路单元、测量单元、控制单元，所述脱气单元包括脱气膜管，所述脱气膜管内设有脱气膜；其中：

所述控制单元用于向所述油路单元发送采样使能信号，以使得所述油路单元从油浸式设备中获取冷却油样品；

所述控制单元用于向所述油路单元和所述脱气单元发送脱气使能信号，以控制所述冷却油样品从所述油路单元流入所述脱气单元，并使得所述脱气单元中的所述脱气膜管对所述冷却油样品进行脱气得到待测气体样品；

所述控制单元用于向所述脱气单元、所述气路单元以及所述测量单元发送测量使能信号，以控制所述待测气体样品从所述脱气单元通过所述气路单元流入所述测量单元，并使得所述测量单元中的光声光谱器件使用特征气体对应的窄带宽激光分别测量所述待测气体样品中特征气体的浓度；

所述控制单元用于根据所述待测气体样品中所述特征气体的浓度确定所述油浸式设备的运行故障；

所述控制单元还用于向所述脱气单元和所述气路单元发送吹洗使能信号，以控制清洁气体通过所述气路单元流入所述脱气单元，并使得所述脱气单元对所述脱气膜进行吹洗。

在一些实施例中，所述油路单元包括油泵，所述脱气单元包括第一气阀和抽真空装置，所述脱气膜管的进油口与所述油路单元的进油口连接，所述脱气膜管的出油口与所述油泵连接，所述第一气阀为三通阀，所述第一气阀的第一端与所述抽真空装置连接，所述第一气阀的第二端与所述气路单元的进气口连接，所述第一气阀的第三端与所述脱气膜管的出气口连接。

在一些实施例中，所述脱气单元还包括第二气阀和压力传感器，所述第二气阀的一端与所述脱气膜管的进气口连接，所述第二气阀的另一端与所述故障监控装置的空气进口连接，所述压力传感器设置于所述脱气膜管的进气口与所述第二气阀之间的管道上。

在一些实施例中，所述气路单元包括第三气阀、第四气阀和第五气阀，所述第三气阀的一端与所述气路单元的进气口连接，所述第三气阀的另一端与所述故障监控装置的排气口连接，所述第四气阀的一端与所述气路单元的进气口连接，所述第四气阀的另一端与所述测量单元的进气口连接，所述第五气阀的一端与所述测量单元的出气口连接，所述第五气阀的另一端与所述故障监控装置的排气口连接。

在一些实施例中，其特征在于，所述油路单元包括第一油阀和第二油阀，所述油泵的一端与所述脱气膜管的出油口连接，所述油泵的另一端分别与所述第一油阀和所述第二油阀的一端连接，所述第一油阀的另一端与所述油路单元的回油口连接，所述第二油阀的另一端与储油罐连接。

在一些实施例中，所述抽真空装置包括驱动电机和气缸，所述气缸内设有活塞，所述驱动电机通过丝杆带动所述活塞在所述气缸内进行往复运动。

在一些实施例中，所述脱气膜管包括壳体、脱气膜、第一端盖和第二端盖，所述脱气膜设置于所述壳体内，所述脱气膜管的进油口和出油口分别设置于所述第一端盖和所述第二端盖上，所述脱气膜管的进气口和出气口分别设置于所述壳体上。

在一些实施例中，所述脱气膜为聚四氟乙烯高分子纳米膜。

在一些实施例中，所述脱气膜管的进油口处设有温度传感装置，所述温度传感装置用于感测所述冷却油样品的油温。

在一些实施例中，所述故障监控装置还包括漏油检测传感装置，所述漏油检测传感装置设置于所述故障监控装置的底部。

有益效果：本实用新型提供一种可反向吹洗的故障监控装置，该故障监控装置包括油路单元、脱气单元、气路单元、测量单元、控制单元，所述脱气单元包括脱气膜管，所述脱气膜管内设有脱气膜，所述控制单元用于向所述油路单元发送采样使能信号，以使得所述油路单元从油浸式设备中获取冷却油样品，所述控制单元用于向所述油路单元和所述脱气单元发送脱气使能信号，以控制所述冷却油样品从所述油路单元流入所述脱气单元，并使得所述脱气单元中的所述脱气膜管对所述冷却油样品进行脱气得到待测气体样品，所述控制单元用于向所述脱气单元、所述气路单元以及所述测量单元发送测量使能信号，以控制所述待测气体样品从所述脱气单元通过所述气路单元流入所述测量单元，并使得所述测量单元中的光声光谱器件使用特征气体对应的窄带宽激光分别测量所述待测气体样品中特征气体的浓度，所述控制单元用于根据所述待测气体样品中所述特征气体的浓度确定所述油浸式设备的运行故障，以实现对油浸式设备运行状态的实时监控，此外控制单元还用于向所述脱气单元和所述气路单元发送吹洗使能信号，以控制清洁气体通过所述气路单元流入所述脱气单元，并使得所述脱气单元对脱气膜进行吹洗，避免附着在脱气膜上的杂质微粒堵塞脱气膜上的气孔，以此提高脱气膜管的脱气效率和脱气率的稳定性，从而提高对油浸式设备运行故障监测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的油浸式设备监控系统的场景示意图；

图2为本实用新型实施例提供的故障监控装置的结构简图；

图3为本实用新型实施例提供的故障监控装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的脱气膜管的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的脱气膜管的另一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的测量单元的第一种结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的测量单元的第二种结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的测量单元的第三种结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的温度控制模块的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的温度控制模块中的调温电路原理图；

图11为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中光电转换电路的电路原理图；

图12为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中第一信号放大电路的电路原理图；

图13为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中带通滤波电路的电路原理图；

图14为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中第二信号放大电路的电路原理图；

图15为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中A/D转换电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的油浸式设备监控系统的场景示意图，该系统可以包括油浸式设备和可反向吹洗的故障监控装置20，故障监控装置20与油浸式设备通过管道连接，其中，油浸式设备10可以为油浸式变压器，油浸式变压器10包括油箱、铁芯和绕组，铁芯和绕组都装在充满变压器油的油箱中。故障监控装置20包括油路单元201、脱气单元202、气路单元203、测量单元204、控制单元205等，脱气单元202包括脱气膜管，故障监控装置 20用于对油浸式设备10的运行状态进行监控，以判断油浸式设备10的运行故障。

需要说明的是，图1所示的系统场景示意图仅仅是一个示例，本实用新型实施例描述的服务器以及场景是为了更加清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，并不构成对于本实用新型实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着系统的演变和新业务场景的出现，本实用新型实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。

请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的故障监控装置的结构简图，故障监控装置20中的油路单元201用于在控制单元205向其发送的采用使能信号的驱使下，根据采用使能信号从油浸式设备10中获取冷却油样品，并在控制单元205向其发送的脱气使能信号的驱使下，根据脱气使能信号控制冷却油样品流入脱气单元202。

油路单元201从油浸式设备10中获取冷却油样品时，可以通过在油浸式设备 10和油路单元201之间设置阀门和油泵，在控制单元205向油路单元201发送采样使能信号时，油路单元201与油浸式设备10之间的阀门打开，油泵从油浸式设备10中将冷却油样品抽取到油路单元201中，冷却油样品的体积根据需求设置，例如从油浸式设备10中抽取60毫升的冷却油样品。

在一实施方式中，在油路单元201获取到冷却油样品后，可以在油路单元201 中对冷却油样品进行预处理，例如冷却油样品中存在有机颗粒或水等杂质，则在预处理的过程中将冷却油样品中的有机颗粒或水等杂质去除，使得预处理后的冷却油样品较为纯净。

脱气单元202用于在控制单元205向其发送的脱气使能信号的驱使下，控制脱气膜管对冷却油样品进行脱气以得到待测气体样品，并在控制单元205向其发送的测量使能信号的驱使下，控制待测气体样品流入气路单元203。

气路单元203用于在控制单元向其发送的测量使能信号的驱使下，控制待测气体样品从气路单元203流入测量单元204。

在一实施例中，气路单元203可以包括过滤干燥组件，脱气单元202与测量单元204可以通过气路单元203中的管道连通，待测气体样品从脱气单元202 进入气路单元203时，待测气体样品可能存在水汽等杂质气体，可以在气路单元203中通过过滤干燥组件对待测气体样品进行预处理，以去除待测气体样品中的杂质气体。

参阅图3，图3为本实用新型实施例提供的故障监控装置的结构示意图，脱气单元202包括脱气膜管21、第一气阀T1和抽真空装置22，油路单元201 包括油泵T8，脱气膜管21的进油口与油路单元201的出油口连接，脱气膜管 21的另一端与油泵T3连接，第一气阀T1为三通阀，第一气阀T1的第一端与抽真空装置22连接，第一气阀T1的第二端与气路单元203的进气口连接，第一气阀T1的第三端与脱气膜管21的出气口连接。其中，抽真空装置22用于抽取脱气膜管21内的气体，并通过气路单元203将脱气膜管21内的气体打入至测量单元204或者经过气路单元203和故障监控装置的排气口B排出，从而使脱气膜管21内部形成负压环境，以便于后续脱气膜管21对冷却油样品进行油气分离处理得到待测气体样品，同时通过抽真空装置22抽取和排出气体的方式，可以避免外界气体或者气路管道内残余的气体对脱气膜管21内待测气体样品的影响。

进一步的，脱气单元202还包括第二气阀T2和压力传感器23，第二气阀T2的一端与脱气膜管21的进气口连接，第二气阀T2的另一端与故障监控装置 20的空气进口A连接，空气进口A处可提供洁净气体。抽真空装置23可将洁净气体抽取至脱气膜管21内，并对脱气膜管21内的气室进行吹洗，再通过抽真空装置22抽取脱气膜管21内的气体并经气路单元203排出，以此避免上一次检测残余的气体对本次检测产生干扰。压力传感器23设置于脱气膜管21的进气口与第二气阀T2之间的管道上，通过压力传感器23可以直接获取脱气膜管21内的压强。

在一实施例中，气路单元203包括第三气阀T3、第四气阀T4和第五气阀 T5，第三气阀T3的一端与气路单元203的进气口连接，第三气阀T3的另一端与故障监控装置20的排气口B连接，第四气阀T4的一端与气路单元203的进气口连接，第四气阀T4的另一端与测量单元204的进气口连接，第五气阀T5 的一端与测量单元204的出气口连接，第五气阀T5的另一端与故障监控装置 20的排气口B连接。抽真空装置22在对脱气膜管21进行抽气，以使脱气膜管 21形成负压的过程中，抽真空装置22抽取的气体可以通过气路单元203的第三气阀T3以及排气口B直接排出，以避免脱气膜管21内原本存在气体对测量单元204测量待测气体样品中特征气体的浓度产生干扰。同时在将特征气体转移至测量单元204之前，打开第四气阀T4并关闭第五气阀T5，再通过抽真空装置22抽取测量单元204内的气体，可以避免测量单元204内原本存在的气体对测量单元204测量待测气体样品中特征气体的浓度产生干扰，从而提高测量单元204测量待测气体样品中特征气体浓度的准确性。

在一实施例中，油路单元201还包括第一油阀T6和第二油阀T7，油泵T8 分别与第一油阀T6和第二油阀T7的一端连接，第一油阀T6与油路单元201 的回油口连接，第二油阀T7与储油罐24连接。通过开启油泵T8和第一油阀 T6，可以循环抽取油浸式设备10内的冷却油样品至脱气膜管21的油室内，以对冷却油样品进行油气分离处理。在对脱气膜212进行吹气清洗后，开启油泵 T8和第二油阀T7，可使脱气膜管21内含有的杂质随冷却油样品一同被排出至储油罐24，以此减少脱气膜管21内附着在脱气膜212上的杂质，避免杂质堵塞脱气膜212上的气孔，从而提高脱气膜管21的脱气效率。

在一实施例中，抽真空装置22由驱动电机221和气缸222组成，气缸222 内设有活塞，驱动电机221通过丝杆带动活塞在气缸222内进行往复运动，从而将脱气膜管21内的气体抽取至气缸222内，并将气缸222内的气体通过气路单元203打入至测量单元204或者经过气路单元203和故障监控装置20的排气口B排出，从而使脱气膜管21内部形成负压环境，以便于后续脱气膜管21对冷却油样品进行油气分离处理得到待测气体样品，同时通过抽真空装置22抽取气体的方式，可以避免外界气体或者气路管道内残余的气体对脱气膜管21内待测气体样品的影响。

参见图4，图4为本实用新型实施例提供的脱气膜管的结构示意图，脱气膜管21包括壳体211、脱气膜212、第一端盖213和第二端盖214，脱气膜212 设置于壳体211内，脱气膜管21的进油口和出油口分别设置于第一端盖213 和第二端盖214上，第一端盖213和第二端盖214以可拆卸的方式分别与壳体 211的两端密封连接，脱气膜管21的进气口215和出气口216分别设置于壳体 211的外侧。脱气膜212为聚四氟乙烯高分子纳米膜，具有良好的透气和疏水性能，只能透过气体，而不透过液体。

进一步的，脱气膜212和壳体211均为中空管状结构，脱气膜212同轴设置于壳体211内，脱气膜212与壳体211之间的空腔构成气室，气室分别与脱气膜管21的进气口215和出气口216连通，脱气膜212内的空腔形成油室，油室分别与脱气膜管的进油口和出油口连通。中空管状结构的脱气膜212可以增大冷却油样品与脱气膜212的接触面积，在压差的作用下，可以使冷却油样品中溶解的气体迅速的扩散至气室内，从而提高脱气膜管21的脱气效率。

在一实施例中，第一端盖213和第二端盖214各自靠近脱气膜212的一侧均设有螺纹孔，壳体211的两端设有与该螺纹孔对应的外螺纹，壳体211的两端分别与第一端盖213和第二端盖214通过螺纹连接的方式固定连接，壳体211 的两端与第一端盖213和第二端盖214之间还应设有O型密封圈，以保证脱气膜管21的密闭性，避免脱气膜管21发生漏油或者漏气，同时通过螺纹连接的方式，在需要更换脱气膜212时，仅需要拧开左、右端盖中的任意一个即可完成更换，从而提高更换脱气膜212的便利性。在其他的一些实施例中，壳体211与第一端盖213和第二端盖214之间还可以通过焊接或者法兰连接的方式密封连接。此外，螺纹孔的底部还与脱气膜管211的进油口和出油口连通，且螺纹孔的直径大于脱气膜管的进油口和出油口的直径，以便于冷却油样品流入至脱气膜管21的油室内，防止冷却油样品在脱气膜管21内发生堵塞。

进一步的，螺纹孔的底部设有第一环形凹槽和第二环形凹槽，第二环形凹槽位于第一环形凹槽的外围，在脱气膜管21组装完成的结构下，脱气膜212 的两端分别固定于第一端盖213和第二端盖214上的第一环形凹槽内，以将脱气膜212内的油室与脱气膜212外的气室隔开。在脱气膜管21组装完成的结构下，壳体211的两端分别延伸至第二环形凹槽内，以将气室与油室以及外界环境隔开，保证脱气膜管21的密闭性。

在一实施例中，脱气膜管21的出气口216和进气口215均设置于壳体211 外侧的同一侧，气路管道可以直接通过出气口216和进气口215与脱气膜管21 的气室连接。壳体211外侧与出气口216和进气口215相反的一侧设有螺柱217，通过螺柱217配合螺栓可以将脱气膜管可拆卸的固定于故障监控装置上，在需要对脱气膜管进行检查或者更换时，仅需要拧开螺栓即可将脱气膜管21拆卸，提高了脱气膜管21安装和拆卸的便利性。螺柱217的数量例如可以为2个，螺柱217的具体数量可以根据实际情况限定。

在一实施例中，参照图5，图5为本实用新型实施例提供的脱气膜管的另一种结构示意图，脱气膜管21包括两个脱气膜，分别为第一脱气膜2121和第二脱气膜2122，脱气膜管21还包括一个位于壳体211内的中心接管218，第一脱气膜2121和第二脱气膜2122远离彼此的一端分别与第一端盖213和第二端盖214连接，并与进油口和出油口连通，第一脱气膜2121和第二脱气膜2122 靠近彼此的一端则通过中心接管218连通。通过设置第一脱气膜2121和第二脱气膜2122的两段式结构，可以改变脱气膜管21的油室内的水力布局，防止冷却油样品在脱气膜管21内发生堵塞的现象，同时还可以通过增加冷却油样品在脱气膜管21内与脱气膜的接触面积，进一步提高脱气膜管21的脱气效率以及脱气率的稳定性。

在一实施例中，脱气膜管21的进油口处设有温度传感装置，温度传感装置与控制单元205连接，温度传感装置用于感测流入脱气膜管21的冷却油样品的油温，并将油温上报为控制单元205，控制单元205根据油温的不同，修正待测气体样品中特征气体的气相液相分配系数，并根据测量单元测得的待测气体样品中特征气体的浓度以及修正后的气相液相分配系数计算得到冷却油样品中溶解的特征气体的浓度，从而提高故障监控装置检测的准确性。

在一实施例中，故障监控装置还包括漏油检测装置，该漏油检测装置设置于故障监控装置的底部，并且与控制单元205连接。当漏油检测装置检测到故障监控装置发生漏油时，可上报至控制单元205，控制单元205向各单元发送停止使能信号，使得所有油泵、油阀和气阀停止工作，避免漏油的范围进一步扩大，保证油浸式设备和故障监控装置的安全性。

在一实施例中，故障监控装置的工作流程包括6个阶段，请参阅图3，以图3所示的故障监控装置的工作流程为例，在第一阶段，本阶段主要是进行脱气膜管21中气室的清洗。首先，控制单元205控制第一气阀T1的第一端和第三端导通、第二气阀T2打开，并控制抽真空装置22的驱动电机221通过驱动丝杆拉动活塞将脱气膜管21内的气体抽入抽真空装置22的气缸222内，空气进口A处的处理后的洁净气体在压差的作用下流入至脱气膜管21的气室内，然后控制单元205控制第一气阀T1的第一端和第二端导通、第三气阀T3打开，并控制驱动电机221驱动丝杆推动活塞将气缸222内的气体通过气路单元203 的第三气阀T3和排气口B排出。重复上述步骤多次，可将脱气膜管21的气室、抽真空装置23的气缸222以及气路单元203的气路管道清洗干净，避免上一次检测后残余的气体对本次检测造成干扰。

在第二阶段，本阶段主要是将脱气膜管21内的压强抽至第一目标压强，以使脱气膜管21内形成负压。首先，本阶段主要是将脱气膜管21内的压强抽至第一目标压强，以使脱气膜管21内形成负压。首先，控制单元205控制第一气阀T1的第一端和第三端导通、第二气阀T2关闭，并控制抽真空装置22的驱动电机221通过驱动丝杆拉动活塞将脱气膜管21内的气体抽入气缸222内，然后控制单元205控制第一气阀T1的第一端和第二端导通，并控制抽真空装置 22的驱动电机221通过驱动丝杆推动活塞将气缸222内的气体通过气路单元 203的第三气阀T3和排气口B排出。重复上述步骤，使得脱气膜管21内的压强降低至第一目标压强，例如外界大气压为101Kpa时，脱气膜管21内的第一目标压强可以为20Kpa，脱气膜管21气室的容积为20ml，此时脱气膜管21内剩余气体换算成常压有4ml，脱气膜管21内的压强可以通过压力传感器23直接获取，第一目标压强可以根据实际情况限定。

在第三阶段，本阶段主要是通过脱气膜管21对冷却油样品进行油气分离处理，控制单元205控制第一油阀T6和油泵T8打开，油泵T8将油浸式设备内的冷却油样品通过油路单元201循环抽取至脱气膜管21的油室，再经油泵8、第一油阀T6以及油路单元201的回油口回流至油浸式设备中，冷却油样品在流经脱气膜管21的油室时，在压差的作用下，冷却油样品中溶解的气体从油室向气室扩散，当脱气膜管21内的压强达到第二目标压强时，控制单元205控制油泵T8和第一油阀T6关闭，完成对冷却油样品的油气分离处理，并得到待测气体样品。第二目标压强大于第一目标压强，例如外界大气压为101Kpa时，脱气膜管21内的第二目标压强可以为40Kpa，此时脱气膜管21内的气体换算成常压有8ml，第二目标压强的具体数值可以根据实际情况限定。

在第四阶段，本阶段主要是将脱气膜管21内分离得到的待测气体样品转移至测量单元204进行特征气体浓度的测量。首先，控制单元205控制第二气阀 T2关闭、第一气阀T1的第一端和第三端导通，并控制驱动电机221通过驱动丝杆拉动活塞将脱气膜管21内的待测气体样品抽入气缸222内，然后控制单元 205控制第一气阀T1的第一端和第二端导通、第四气阀T4和第五气阀T5打开，并控制驱动电机221通过驱动丝杆推动活塞使气缸222内的待测气体样品经过第四气阀T4流入测量单元204内，并在测量单元204检测完成后，通过第五气阀T5以及排气口B排出。重复上述步骤，使得脱气膜管21内的压强降低至第一目标压强，此过程中可转移4ml的待测气体样品至测量单元204。

在第五阶段，本阶段主要是对脱气膜管21进行加压，以使得附着在脱气膜上的杂质被吹洗至脱气膜管21油室中的冷却油样品中。首先，控制单元205 控制第一气阀T1的第一端和第二端导通、第三气阀T3打开，并控制驱动电机 221通过丝杆拉动活塞将排气口B的气体抽取至气缸222内，然后控制单元205 控制第一气阀T1的第一端和第三端导通、第二气阀关闭，并控制驱动电机221 通过丝杆推动活塞将气缸222内的气体打入至脱气膜管21的启示内。重复上述步骤，使得脱气膜管21内的压强上升至第三目标压强，并保持一定时间。第三目标压强大于外界大气压，例如外界大气压为101Kpa时，脱气膜管21内的第三目标压强可以为0.2Mpa，脱气膜管21内的压强保持第三目标压强的时间可以为12小时，第三目标压强的具体数值以及保持第三目标压强的具体时间可以根据实际情况限定。在此阶段中，脱气膜管21中气室内的压强大于油室内的压强，使得气室内的气体不断扩散至油室内，以此将附着聚集在脱气膜上的杂质微粒吹散。

在第六阶段，本阶段主要是将经过反向加压清洗后的脱气膜管21内的杂质微粒排出，控制单元205控制第一油阀T6关闭、第二油阀T7和油泵T8开启，油泵T8抽取油浸式设备10内的冷却油样品，冷却油样品流经脱气膜管21的油室后再经过第二油阀T7排出至储油罐。在此阶段中，流经脱气膜管21油室的冷却油样品将油室内的杂质微粒带出，并排入至储油罐，从而完成对脱气膜的清洗。在此阶段中，油泵T8开启的时间例如可以为5秒钟，可以排出大约 30ml的冷却油样品至储油罐24，油泵T8开启的具体时间可以根据实际情况限定。

在上述实施例中，第五阶段和第六阶段为周期性执行的阶段，是脱气单元 202和气路单元203在控制单元205向其发送的吹洗使能信号的驱使下对脱气膜进行反向加压吹气清洗的过程，并非每一次对油浸式设备10内的冷却油样品进行检测时都需要执行第五阶段和第六阶段。例如对脱气膜进行吹洗的周期可以为每半年执行一次，每次仅排出大概30ml的冷却油样品，因此不会对油浸式设备的正常工作造成影响，具体吹洗的周期可以根据实际情况进行限定。

测量单元204用于在控制单元205向其发送的测量使能信号的驱使下，控制光声光谱器件使用与各特征气体对应的窄带宽激光对待检测气体样品的成分和含量进行检测。可选地，测量单元204包括光声光谱器件，光声光谱器件使用特征气体对应的窄带宽激光分别测量所述待测气体样品中各特征气体的浓度，特征气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、二氧化碳、乙烷。其中光声光谱器件的工作原理是：利用具有特定频率的激光照射待检测气体样品，待检测气体样品中与所述特定频率的激光相对应的气体会吸收激光能量而处于激发态，然后以释放热能的方式退回基态，在释放热能的过程中会对周围介质以特定的频率进行周期性加热，从而产生周期性的压力波，之后通过微音拾音器等器件收集该压力波并形成数据曲线，数据曲线所围成的面积代表待测气体样品中与该特定频率的激光相对应的气体的含量，从而实现对待测气体样品进行定性定量分析。需要说明的是，所谓窄带宽激光是指激光频率的波动范围小、激光频率一致性好的激光光束；本实用新型实施例中采用窄带宽激光对特征气体的浓度进行检测，相较于普通带宽的激光，提高了对特征气体检测的灵敏度和准确度，有利于及时、准确的发现特征气体，确定或提前预测油浸式设备的运行故障。

如图6，图6为本实用新型实施例提供的测量单元的第一种结构示意图，测量单元204包括多个互不干扰的检测单元241。

具体的，气路单元203用于根据测量使能信号控制待测气体样品从气路单元203流入所有检测单元241。

检测单元241用于根据测量使能信号分别使用与检测单元241待测的特征气体对应的窄带宽激光测量特征气体的浓度。

需要说明的是，检测单元241待测的特征气体是指检测单元241需要测量的特征气体；检测单元241根据测量使能信号控制检测单元241中的光声光谱器件使用与检测单元241待测的特征气体对应的窄带宽激光。

需要说明的是，每个检测单元241均能独立实现一种特征气体的测量，在多个检测单元241中均冲入待测气体样品，可以利用互不干扰的多个检测单元 241同时对待测气体样品中的特征气体进行测量，不同种类的特征气体与不同波长的窄带宽激光对应，不同的检测单元241可以使用不同波长的窄带宽激光测量待测气体样品中不同种类的特征气体，从而可以同时测量待测气体样品中多种特征气体的浓度。

在一实施例中，多个检测单元241串联连接，也可以理解为多个所述检测单元241级联连接；气路单元203用于根据所述测量使能信号控制所述待测气体样品从所述气路单元203依次流入所有所述检测单元241中。

其中，相邻两级检测单元241之间通过连接管242连通，连接管242上设置有阀门，从而使得待测气体样品可以依次流入检测单元241，同时可以保证所有检测单元241之间互不干扰。

需要说明的是，每个检测单元241均设置有进气口241b和出气口241c，测量单元204包括m个检测单元241时，m个检测单元241级联连接，位于第一级的检测单元241的进气口241b也可以通过设置有阀门的连接管242与气路单元203连通，以用于接入所述气路单元203流出的待测气体样品；待测气体样品流入第一级的检测单元241后，待测气体样品通过连接管242依次流入所有检测单元241中；位于最后一级的检测单元241的出气口241c也可以通过设置有阀门的连接管242与气路单元203连通，以用于将测量完成后的待测气体样品从检测单元241流入气路单元203中，测量完成后的待测气体样品经气路单元203处理后排出，避免待测气体对环境造成污染。

其中，进气口241b和出气口241c可以位于检测单元241的同一侧，以便于相邻两级测量单元21之间通过连接管242连通。

如图7，图7为本实用新型实施例提供的测量单元204的第二种结构示意图。

在一实施例中，测量单元204还包括箱体243，所有检测单元241均设置于所述箱体243内。

在一实施例中，机箱可以为方体结构，机箱的内壁上设置有多个用于承托检测单元241的滑轨244，多个滑轨244沿所述机箱的高度方向间隔排布，检测单元241与所述滑轨244一一对应；检测单元241与滑轨244沿滑轨244的长度方向滑动连接，以便于检测单元241的检修和更换，如一个检测单元241 出现故障时，工作人员可以将检测单元241从机箱中拉出以进行检修，当检测单元241无法修复时，可以使用功能正常的检测单元241替换出现故障的检测单元241，以避免单个检测单元241出现故障时导致测量单元204无法工作。

在一实施例中，箱体243上还设置有接口245，至少一个接口245与所述控制单元205连接，检测单元241上设置有与接口245配套的接头246，接头 246插设于接口245上。通过接口245和接头246的对接搭建一个信息交互桥梁，以实现控制单元205与检测单元241的信息交互，从而实现控制单元205 对检测单元241的控制以及检测单元241对控制单元205的信息反馈。

如图8，图8为本实用新型实施例提供的测量单元204的第三种结构示意图。

检测单元241包括光声池247和设置于光声池247的微音器248。

其中，光声池247用于容纳所述待测气体样品，光声池247可以为谐振式光声池247，以用于提高光声池247的检测灵敏度；微音器248用于检测待测气体样品中特征气体吸收窄带宽激光后产生的光声信号，微音器248可以将待测气体样品中特征气体吸收所述窄带宽激光后产生的声音信号转化为模拟信号。

可以理解的是，光声池247和微音器248形成检测单元241中的光声光谱器件。

具体的，光声池247包括用于容纳待测气体样品的谐振腔241a，进气口241b 与所述出气口241c与所述谐振腔241a连通。对待测气体样品进行测量时，待测气体样品从进气口241b进入所述谐振腔241a中。

具体的，光声池247还包括透明窗口241d，窄带宽激光穿过透明窗口241d 进入谐振腔241a中。

在一实施例中，每个检测单元241用于测量一种特征气体的浓度。

需要说明的是，对待测气体样品进行测量时，一个检测单元241仅用于测量待测气体样品中一种特征气体的浓度，即每个检测单元241与一种特征气体对应，控制单元205根据检测单元241需要测量的特征气体的种类控制检测单元241使用对应波长的窄带宽激光对特征气体进行测量。

可以理解的是，所有检测单元241可以同时进行测量工作，并且所有检测单元241可以在同一时段均用于测量不同种类的特征气体的浓度，以提高检测效率；也可以使用两个甚至更多个检测单元241在同一时段检测同一种特征气体的浓度，以获得同一种特征气体的多个浓度检测结果，并将多个浓度检测结果进行对比，以确保浓度检测结果的准确度。

其中，时段是指测量一种特征气体的浓度所需要的时间段。

在一实施例中，各检测单元241均包括独立的激光器249，所述激光器249 用于根据所述控制单元205发送的发光使能信号发射窄带宽激光，激光器249 可以为窄带宽激光器，如DFB激光器。

其中，所有检测单元241可以用于同时使用对应的激光器249输出各特征气体对应的窄带宽激光测量对应特征气体的浓度，以提高检测效率。

如图9和图10所示，图9是本实用新型实施例提供的温度控制模块的结构示意图，图10是本实用新型实施例提供的温度控制模块中的调温电路原理图。

在一实施例中，激光器249包括激光二极管，激光二极管用于产生窄带宽激光，窄带宽激光与所述待测气体样品发生能量传递作用，以产生光声信号。测量单元204还包括温度控制模块，温度控制模块用于对激光二极管的温度进行调控。具体地，所述温度控制模块包括电压控制器251、稳压器252、电压比较器253、微程序控制器254和调温器255，其中电压控制器251、稳压器252、电压比较器253和微程序控制器254构成所述调温模块的调温电路250。所述电压控制器251用于提供参考电压，所述参考电压是预设的激光二极管的有效工作电压的最佳值，即当激光二极管的有效工作电压等于所述参考电压时，激光二极管可以发射特定频率和功率的窄带宽激光，并用于待测气体样品中特征气体的浓度检测，使测量单元204的测量精度和灵敏度均达到最佳；此外，激光二极管的有效工作电压越接近所述参考电压，测量单元204对特征气体浓度测量的精度和灵敏度也越高。稳压器252的输入端电性连接电压控制器251的输出端，用于对电压控制器251提供的参考电压进行稳压，消除所述参考电压的波动，提高所述参考电压的稳定性和一致性。电压比较器253的第一输入端与稳压器252的输出端电性连接，电压比较器253的第二输入端与电压获取模块260的输出端电性连接，电压比较器253用于比较所述激光器二极管的有效工作电压与所述电压控制器251提供的参考电压的电压值，并将比较结果传输至微程序控制器254。微程序控制器254的输入端与电压比较器254的输出端电性连接，用于接收和分析所述比较结果，并根据所述比较结果向所述调温器 255发送相应的调温指令；具体地，当所述比较结果是激光二极管的有效工作电压小于所述参考电压时，所述微程序控制器254向所述调温器255发送降低激光二极管温度的调温指令；当所述比较结果是激光二极管的有效工作电压大于所述参考电压时，所述微程序控制器254向所述调温器255发送升高激光二极管温度的调温指令；当所述比较结果是激光二极管的有效工作电压等于所述参考电压时，所述微程序控制器254向所述调温器255发送维持激光二极管温度的调温指令。所述调温器255的输入端与所述微程序控制器254的输出端电性连接，用于在所述调温指令的控制下，调控所述激光二极管的温度，以使所述激光二极管工作在预设温度范围内。

如图11至图15所示，所述测量单元204还包括信号处理电路，所述信号处理电路包括：

光电转换电路256，光电转换电路256用于将光信号转换成电信号，此时的电信号为模拟信号。如图11所示，图11为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中光电转换电路的电路原理图，光电转换电路256包含一集成电路，该集成电路与各电路元件一起将光信号之间的相位变化转换成模拟信号前后的相位变化，再经过后续的电路单元的处理，最终将所述模拟信号前后的相位变化转换成对称气体吸收构件吸收的对称气体浓度；

第一信号放大电路257，如图12所示，图12为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中第一信号放大电路的电路原理图，第一信号放大电路257连接光电转换电路256的输出端，用于放大对称气体吸收构件接收或反射的光信号的模拟量，由于光信号得到的模拟量是比较微弱的，经过放大才能更加便于信号做进一步的处理；

带通滤波电路258，如图13所示，图13为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中带通滤波电路的电路原理图，带通滤波电路258输入端与第一信号放大电路257的输出端连接，带通滤波电路258用于过滤第一信号放大电路257输出的信号，其目的是过滤掉无用的高频和低频信号，提取有用的中频信号；

第二信号放大电路259，如图14所示，图14为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理单元中第二信号放大电路的电路原理图，第二信号放大电路259的输入端与带通滤波电路258的输出端连接，将带通滤波电路258 的输出信号经放大传输给A/D转换电路261，这相当于是二次放大信号，目的是为了使得A/D转换电路261得到的信号更加精准，更加便于转换；以及

A/D转换电路261，如图15所示，图15为本实用新型实施例提供的故障监控装置的信号处理电路中A/D转换电路的电路原理图，A/D转换电路261的输入端与第二信号放大电路259的输出端连接，用于将第二信号放大电路259 输出的模拟量转化为数字量，就是一个由离散量变为连续量的过程，将得到的数字量传输给浓度调节单元。

控制单元205用于根据待测气体样品中特征气体的组分类型和浓度等特征判断出油浸式设备的故障性质和故障类型，以实现对充油式变压器等油浸式设备的实时监控，检测效率高，可以及时发现油浸式变压器等油浸式设备的内部故障。

如下表1，表1为各种故障类型对应的特征气体的种类。

表1

特征气体可以为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳以及氢气中的任一种，对待测气体样品进行测量时，需要对待测气体样品中所有种类的特征气体的浓度进行测量；标准气体样本包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳以及氢气等气体，并且标准气体样本中特征气体的样本标准浓度为已知浓度。

从表1中可以看出，油浸式设备10具有不同的故障类型时，从待测气体样品中测量得到的特征气体的种类不同，例如故障类型为冷却油过热时，对应的特征气体的种类为氢气、乙烯、甲烷和乙烷；故障类型为冷却油和纸过热时，对应的特征气体的种类为氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、甲烷、乙烷；故障类型为冷却油和纸绝缘中局部放电时，对应的特征气体的种类为氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙炔、甲烷、乙烷；故障类型为冷却油中火花放电时，对应的特征气体为氢气、乙炔；故障类型为冷却油中电弧放电时，对应的特征气体为氢气、乙炔、乙烯、甲烷和乙烷；故障类型为冷却油和纸中电弧放电时，对应的特征气体为氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷和乙烷；故障类型为纸受潮或者冷却油有气泡时，对应的特征气体为氢气；表1中“-”表示该故障类型中该特征气体的浓度为0。

如在疫情期间，可以利用故障监控装置20对油浸式设备10进行实时并且有效的监控，无需工作人员定期抽取油浸式设备10中的油样在实验室中使用气相色谱仪对油样进行分析，减少工作人员的劳动强度和工作风险；同时在油浸式设备10出现故障时，故障监控装置20可以及时检测出油浸式设备10的故障类型并向工作人员发送警报，以便于工作人员根据故障类型对油浸式设备10 进行处理。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本实用新型实施例所提供的一种故障监控装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想；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实用新型各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可反向吹洗的故障监控装置，其特征在于，所述故障监控装置包括油路单元、脱气单元、气路单元、测量单元、控制单元，所述脱气单元包括脱气膜管，所述脱气膜管内设有脱气膜；其中：

所述控制单元用于向所述油路单元发送采样使能信号，以使得所述油路单元从油浸式设备中获取冷却油样品；

所述控制单元用于向所述油路单元和所述脱气单元发送脱气使能信号，以控制所述冷却油样品从所述油路单元流入所述脱气单元，并使得所述脱气单元中的所述脱气膜管对所述冷却油样品进行脱气得到待测气体样品；

所述控制单元用于向所述脱气单元、所述气路单元以及所述测量单元发送测量使能信号，以控制所述待测气体样品从所述脱气单元通过所述气路单元流入所述测量单元，并使得所述测量单元中的光声光谱器件使用特征气体对应的窄带宽激光分别测量所述待测气体样品中特征气体的浓度；

所述控制单元用于根据所述待测气体样品中所述特征气体的浓度确定所述油浸式设备的运行故障；

所述控制单元还用于向所述脱气单元和所述气路单元发送吹洗使能信号，以控制清洁气体通过所述气路单元流入所述脱气单元，并使得所述脱气单元对所述脱气膜进行吹洗。

2.如权利要求1所述的故障监控装置，其特征在于，所述油路单元包括油泵，所述脱气单元包括第一气阀和抽真空装置，所述脱气膜管的进油口与所述油路单元的进油口连接，所述脱气膜管的出油口与所述油泵连接，所述第一气阀为三通阀，所述第一气阀的第一端与所述抽真空装置连接，所述第一气阀的第二端与所述气路单元的进气口连接，所述第一气阀的第三端与所述脱气膜管的出气口连接。

3.如权利要求2所述的故障监控装置，其特征在于，所述脱气单元还包括第二气阀和压力传感器，所述第二气阀的一端与所述脱气膜管的进气口连接，所述第二气阀的另一端与所述故障监控装置的空气进口连接，所述压力传感器设置于所述脱气膜管的进气口与所述第二气阀之间的管道上。

4.如权利要求2所述的故障监控装置，其特征在于，所述气路单元包括第三气阀、第四气阀和第五气阀，所述第三气阀的一端与所述气路单元的进气口连接，所述第三气阀的另一端与所述故障监控装置的排气口连接，所述第四气阀的一端与所述气路单元的进气口连接，所述第四气阀的另一端与所述测量单元的进气口连接，所述第五气阀的一端与所述测量单元的出气口连接，所述第五气阀的另一端与所述故障监控装置的排气口连接。

5.如权利要求2至4任一项所述的故障监控装置，其特征在于，所述油路单元包括第一油阀和第二油阀，所述油泵的一端与所述脱气膜管的出油口连接，所述油泵的另一端分别与所述第一油阀和所述第二油阀的一端连接，所述第一油阀的另一端与所述油路单元的回油口连接，所述第二油阀的另一端与储油罐连接。

6.如权利要求2所述的故障监控装置，其特征在于，所述抽真空装置包括驱动电机和气缸，所述气缸内设有活塞，所述驱动电机通过丝杆带动所述活塞在所述气缸内进行往复运动。

7.如权利要求1所述的故障监控装置，其特征在于，所述脱气膜管包括壳体、脱气膜、第一端盖和第二端盖，所述脱气膜设置于所述壳体内，所述脱气膜管的进油口和出油口分别设置于所述第一端盖和所述第二端盖上，所述脱气膜管的进气口和出气口分别设置于所述壳体上。

8.如权利要求7所述的故障监控装置，其特征在于，所述脱气膜为聚四氟乙烯高分子纳米膜。

9.如权利要求7所述的故障监控装置，其特征在于，所述脱气膜管的进油口处设有温度传感装置，所述温度传感装置用于感测所述冷却油样品的油温。

10.如权利要求1所述的故障监控装置，其特征在于，所述故障监控装置还包括漏油检测传感装置，所述漏油检测传感装置设置于所述故障监控装置的底部。

Images