CN214703185U - 一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，属于电力系统检测技术领域，解决如何在真空测量装置精度不变的前提下，通过提高气相中气体的浓度从而提高检测精度的问题，采用变径活塞作为脱气装置，通过脱气后将油相与气相进行分离，然后通过活塞的复位将脱出的气体进行浓缩，从而提高了最终气相中气体的浓度，采用将脱气后的真空体积缩小的方式，使脱出后的气体进行聚集，降低了最终测量时气相的真空度，降低了对真空测量装置高精度的要求，有效地提高了装置的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统检测技术领域，涉及一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置。
背景技术
变压器油作为性能优良的绝缘介质在电气设备中得到广泛的应用，变压器油绝缘灭弧性能的高低受到其自身各项指标的影响。含气量是变压器油的一项重要质量指标，其主要用来反映变压器油中所溶解的气体总量，具体包括氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、氢气以及一些气态烃类。溶解的气体在温度压力变化的情况下可能会从油中析出形成气泡，气泡的绝缘强度要低于变压器油，在变压器油中形成绝缘薄弱区，导致绝缘击穿，危及设备安全运行。国家标准《变压器油维护管理导则》(GB/T 14542-2017)中对变压器、电抗器不同电压等级在热油循环后以及运行中的含气量指标都有具体的要求。1000kV电压等级的设备，热油循环后变压器油的含气量要求小于等于0.8％；投运前含气量要求小于等于1％；运行中要求小于等于2％。国际大电网会议(CIGRE)也认为当油中含气量在3％以下时，析出气体的危险性较小。
对于变压器油含气量的测量主要有二氧化碳洗脱法、真空压差法以及气相色谱法。
二氧化碳洗脱法是利用二氧化碳的过饱和将油中溶解气体置换并携带出来，然后同时通过装有氢氧化钾溶液的吸收管，使二氧化碳被碱液完全吸收，使油中溶解气体全部进入量气管，据此测定出油中溶解气体的含量。但是二氧化碳洗脱法这种方法存在的问题是CO2流速不易精确控制，而且氢氧化钾溶液对CO2的吸收效率和空白值的测定等问题还需要进行细致研究，更重要的是，这种方法只适用于新油的含气量测定，对于运行设备产生的故障CO2气体无法检测，使得测定结果偏低。这种方法存在试验控制困难，测试精度差，适用性窄等特点，因此，目前已基本不再使用这种方法来进行变压器油含气量的测试。
气相色谱法是目前应用最较为广泛的检测变压器油含气量的方法，其检测方法主要是利用机械振荡法或自动顶空脱气法脱出变压器油中的气体，然后用气相色谱仪分离、检测各气体组分，然后进行结果计算，以体积分数(％)表示计算的结果，以此得到变压器油中的含气量。气相色谱法检测精度高，重复性好，但色谱检测时间长，脱气过程人工环节多，对检测结果影响大。由于含气量的指标要求高(1000kV设备变压器油注油后含气量要求≤0.8％)，这对检测仪器设备的精密度提出了严苛的要求，由于实验条件的限制，只能在实验室内对油样进行测试。然而通过从现场将设备中的变压器油样用密封针管取回实验室进行检测这个过程中受到的人为因素和环境因素的影响太大，即使实验室的仪器再精密，检测过程再严谨，检测结果依然可能出现较大误差。
真空压差法测定绝缘油中含气量主要是将被测油样通过适当的方式进入高真空的脱气室，使试油中的溶解气体迅速释放出来，根据试油进入脱气室前、后释放气体产生的压力差值，结合室温、试油量、脱气室容积、脱气室温度等参数计算出油中溶解气体的含量，以标准状况下(101.3kPa、0℃)气体对试油的体积分数(％)来表示被测油样中的含气量，这种方法也被称为全脱气方法。
真空压差法具有测定快速准确的优点。真空压差法根据所使用的真空计不同，可分为U形柱压差计法和电子真空计压差法。
U形油柱压差计法对仪器设备密封性要求高，加之使用有毒的水银，常因仪器精度不高使脱气不完全，当真空度出现很小的偏差时，含气量的测定就有很大的误差。且该检测操作复杂，对试验人员的操作熟练度要求很高。
电子真空计压差法所使用的仪器由金属容器和电子真空器件、电子测量器件以及电子控制器件构成，装置智能化程度高，试验操作简单，准确度高等优点，随着装置的集成程度变高，亦可实现现场含气量的测量。例如，现有技术中公布日期为2017年8月18日、公布号为CN107063920A的中国发明专利申请《一种绝缘油中含气量的测量装置及方法》公开了一种改良的电子真空计真空压差法，该方法通过活塞的移动实现初始状态的绝对真空，无需预抽真空实现绝缘油中含气量的测量，该方法改良的方法能够实现现场含气量的快速检测。
但目前电子真空计压差法测量原理普遍是将一定体积的变压器油在真空条件下脱气，脱出气体将降低脱气容器的真空度，根据真空度的变化来计算含气量。也就是说测试所使用的变压器油的体积恒定，油中所含气体量不同，脱气容器的真空度变化量也不同。由于不同条件下的变压器油含气量差异很大，开放式油箱中油的含气量能够达到10％左右，对于特高压用油在热油循环后含气量要求不高于0.8％。对于不同含气量的油，显然脱气程度不同，脱出气体的绝对量不同，测试结果所表现出来的装置真空度的变化量也不同。为提高低含气量油的脱气效率，一般会采用增大真空体积，也就是增大脱气容器的体积，虽然脱气效率提高了，但气相的气体组分浓度是降低的，对应的真空计的压差变化是减小的，这对装置的精密度有更高的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于如何设计一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，在真空测量装置精度不变的前提下，通过提高气相中气体的浓度从而提高检测精度。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
1、一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，其特征在于，包括：定量室(1)、变径活塞(2)、真空测量装置(3)、加热保温外壳(6)、温度传感器(7)、废油收集装置(8)、第一阀门(9)、第二阀门(10)、第三阀门(11)、第四阀门(12)、第五阀门(13)；所述的定量室(1)和变径活塞(2)安装在加热保温外壳(6)内部，定量室(1)的底部与变径活塞(2)的顶部之间通过第二阀门(10)连通，加热保温外壳(6)内壁侧面安装有温度传感器(7)；所述的真空测量装置(3)通过第三阀门(11)与定量室(1)的顶部连通；在定量室(1)的底部至加热保温外壳(6)外部之间连接一条进油管路，进油管路中串接第一阀门(9)，在定量室(1)的顶部至加热保温外壳(6)外部之间连接出一条出油管路，出油管路中串接第四阀门(12)；在下真空室的顶部至加热保温外壳(6)外部之间连接出一条废油收集管路，废油收集管路中串接第五阀门(13)，废油收集管路的终端连接废油收集装置(8)。
本实用新型技术方案采用变径活塞作为脱气装置，通过脱气后将油相与气相进行分离，然后通过活塞的复位将脱出的气体进行浓缩，从而提高了最终气相中气体的浓度，采用将脱气后的真空体积缩小的方式，使脱出后的气体进行聚集，降低了最终测量时气相的真空度，降低了对真空测量装置高精度的要求，有效地提高了装置的测量精度。
作为本实用新型技术方案的进一步改进，还包括：第一湿度传感器(4)、第二湿度传感器(5)，所述的第一湿度传感器(4)串接在出油管路中，所述的第二湿度传感器(5)串接在废油收集管路中。
作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述的变径活塞(2)包括：变径活塞柱(20)、变径活塞套(21)，所述的变径活塞柱(20)包括上柱(22)和下柱(23)；上柱(22)和下柱(23)同轴连接，上柱(22)的半径r小于下柱(23)的半径R，上柱(22)的长度等于下柱(23)的长度，都等于h，所述的变径活塞套(21)与变径活塞柱(20)密封配合，变径活塞柱(20)在变径活塞套(21)内上下往复运动。
作为本实用新型技术方案的进一步改进，当变径活塞柱(20)向下运动时，上柱(22)的顶部与变径活塞套(21)内壁之间形成上真空室，同时下柱(23)顶部、上柱(22)侧壁、变径活塞套(21)内壁三者之间形成下真空室。
作为本实用新型技术方案的进一步改进，当变径活塞柱(20)向下移动距离为h时，所述的下真空室的体积V2与定量室(1)的体积V0相等。
本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型的技术方案采用变径活塞作为脱气装置，通过脱气后将油相与气相进行分离，然后通过活塞的复位将脱出的气体进行浓缩，从而提高了最终气相中气体的浓度，采用将脱气后的真空体积缩小的方式，使脱出后的气体进行聚集，降低了最终测量时气相的真空度，降低了对真空测量装置高精度的要求，有效地提高了装置的测量精度。
(2)采用变径活塞作为脱气装置，合理地设计变径活塞的尺寸，使得脱气后的油相和气相进行分离，有效地避免了脱出的气体回溶至油中导致测量误差的问题。
(3)通过设置的湿度传感器能够计算出脱出气体中的水分含量，有效地解决了油中所含水分对含气量测量结果的影响。
(4)保持测试过程恒温，有效地解决了温度对含气量测量结果地影响。
(5)所设计的定量室即作为待测油样的体积定量容器，也作为脱出的气体的体积定量容器，使得待测油样的体积和脱出气体后气相的体积相等，有效地简化了结果计算，同时避免了对油样体积和脱气后气相体积的测量所产生的误差。
附图说明
图1是本实用新型实施例的一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置的结构图；
图2a是本实用新型实施例的变径活塞的初始状态示意图；
图2b是本实用新型实施例的变径活塞的中间状态示意图；
图2c是本实用新型实施例的变径活塞的最终状态示意图；
附图标记：1-定量室，2-变径活塞，3-真空测量装置，4-第一湿度传感器，5-第二湿度传感器，6-装置外壳，7-温度传感器；8-废油收集装置，9-第一阀门，10-第二阀门，11-第三阀门，12-第四阀门，13-第五阀门；20-变径活塞柱、21-变径活塞套、22-上柱、23-下柱。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，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，本领域普通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。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：
实施例一
1、装置结构和连接关系
如图1所示，一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置包括：定量室1、变径活塞2、真空测量装置3、第一湿度传感器4、第二湿度传感器5、加热保温外壳6、温度传感器7、废油收集装置8、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12、第五阀门13。
如图2a-2c所示，所述的变径活塞2包括：变径活塞柱20、变径活塞套21，所述的变径活塞柱20包括上柱22和下柱23；上柱22和下柱23同轴连接，上柱22的半径r小于下柱23的半径R，上柱22的长度等于下柱23的长度；所述的变径活塞套21与变径活塞柱20密封配合，变径活塞柱20在变径活塞套21内上下往复运动；当变径活塞柱20向下运动一段距离时，上柱22的顶部与变径活塞套21内壁之间形成上真空室，上真空室为圆柱形状，同时下柱23顶部、上柱22侧壁、变径活塞套21内壁三者之间形成下真空室，下真空室为环柱形状。
当变径活塞柱20向下移动距离为h时，所述的下真空室的体积V2与定量室1的体积V0相等。
所述的定量室1和变径活塞2安装在加热保温外壳6内部，定量室1的底部与变径活塞2的顶部之间通过第二阀门10连通，加热保温外壳6内壁侧面安装有温度传感器7，用于实时检测加热保温外壳6内部的温度；所述的真空测量装置3通过第三阀门11与定量室1的顶部连通；在定量室1的底部至加热保温外壳6外部之间连接一条进油管路，进油管路中串接第一阀门9，在定量室1的顶部至加热保温外壳6外部之间连接出一条出油管路，出油管路中串接第四阀门12和第一湿度传感器4；在下真空室的顶部至加热保温外壳6外部之间连接出一条废油收集管路，废油收集管路中串接第五阀门13和第二湿度传感器5，废油收集管路的终端连接废油收集装置8。
2、装置的工作原理
(1)采用空白样品对装置进行校验，校验后真空测量装置3显示的定量室1的真空度为P1。
(2)利用加热保温外壳6的控温功能对装置进行控温，使温度传感器7的显示值稳定在50℃左右。
(3)打开第一阀门9和第四阀门12，其它阀门处于关闭状态，利用待测油样对定量室1及进油管路和出油管路进行冲洗，冲洗油量的体积至少为定量室1体积V0的2倍；在冲洗过程中，利用第一湿度传感器4测量出待测油样在进行脱气前的含水量，记为C0，待冲洗完毕，且定量室1中充满待测油样时，关闭第一阀门9和第四阀门12。
(4)打开第二阀门10使定量室1与变径活塞2连通，打开第三阀门11使真空测量装置3与定量室1连通；此时缓慢向下移动变径活塞柱20，定量室1中的待测油样在重力以及活塞吸力作用下向下移动，缓慢转移至上真空室中，与此同时，随着移动距离的增加，下真空室的体积也随之变大。
(5)当变径活塞柱20向下移动距离为h时，下真空室与上真空室相互连通，此时上真空室中的待测油样则流入到下真空室中，由于下真空室的体积与定量室1的体积相等，待测油样将全部进入到下真空室中，而上真空室中全部为气相。
(6)向上移动变径活塞柱20，同时打开第五阀门13，下真空室内的待测油样被排入到废油收集装置8中，而上真空室和定量室1中的气体则不断被浓缩，当变径活塞柱20上移至顶端后，下真空室内的油全部被排出，而脱出的气体也全部被推入定量室1中，采用将脱气后的真空体积缩小的方式，使脱出后的气体进行聚集，降低了最终测量时气相的真空度，在真空测量装置3精度不变的情况下，准确地测量出定量室1的真空度，降低了对真空测量装置3高精度的要求。
(7)此时读取真空测量装置3的真空度，记为P2，读取湿度传感器5测量经脱气后油中的含水量，记为C1，关闭第二阀门10、第三阀门11、第五阀门13，打开第四阀门12，使定量室1中气压与外界达到平衡后测量结束。
3、测试结果的计算
式中，G表示油中含气量；P1表示脱气装置测量空白样品真空测量装置3的读数，单位为Pa；P2表示脱气后真空测量装置3的读数，单位为Pa；V0表示定量室1体积，单位为mL；P0表示标准状况下大气压，其值为101.3×103Pa；t表示测量温度，单位为℃；0.0008是油的热膨胀吸收，单位为1/℃。
当待测油样中含水量较大时，应考虑水分对含气量试验结果的影响，通过对脱气前后油中含水量的测量结果来对含气量测量结果进行修正：
G'＝G-0.00124×(C0-C1)×100％
式中，G’表示修正后油中含气量；G表示修正前油中含气量；C0表示脱气前油的含水量，单位为mg/mL；C1表示脱气后油的含水量，单位为mg/mL；0.00124是修正系数，单位为L/mg。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，其特征在于，包括：定量室(1)、变径活塞(2)、真空测量装置(3)、加热保温外壳(6)、温度传感器(7)、废油收集装置(8)、第一阀门(9)、第二阀门(10)、第三阀门(11)、第四阀门(12)、第五阀门(13)；所述的定量室(1)和变径活塞(2)安装在加热保温外壳(6)内部，定量室(1)的底部与变径活塞(2)的顶部之间通过第二阀门(10)连通，加热保温外壳(6)内壁侧面安装有温度传感器(7)；所述的真空测量装置(3)通过第三阀门(11)与定量室(1)的顶部连通；在定量室(1)的底部至加热保温外壳(6)外部之间连接一条进油管路，进油管路中串接第一阀门(9)，在定量室(1)的顶部至加热保温外壳(6)外部之间连接出一条出油管路，出油管路中串接第四阀门(12)；在下真空室的顶部至加热保温外壳(6)外部之间连接出一条废油收集管路，废油收集管路中串接第五阀门(13)，废油收集管路的终端连接废油收集装置(8)。
2.根据权利要求1所述的一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，其特征在于，还包括：第一湿度传感器(4)、第二湿度传感器(5)，所述的第一湿度传感器(4)串接在出油管路中，所述的第二湿度传感器(5)串接在废油收集管路中。
3.根据权利要求1所述的一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，其特征在于，所述的变径活塞(2)包括：变径活塞柱(20)、变径活塞套(21)，所述的变径活塞柱(20)包括上柱(22)和下柱(23)；上柱(22)和下柱(23)同轴连接，上柱(22)的半径r小于下柱(23)的半径R，上柱(22)的长度等于下柱(23)的长度，都等于h，所述的变径活塞套(21)与变径活塞柱(20)密封配合，变径活塞柱(20)在变径活塞套(21)内上下往复运动。
4.根据权利要求3所述的一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，其特征在于，当变径活塞柱(20)向下运动时，上柱(22)的顶部与变径活塞套(21)内壁之间形成上真空室，同时下柱(23)顶部、上柱(22)侧壁、变径活塞套(21)内壁三者之间形成下真空室。
5.根据权利要求3所述的一种变径活塞式变压器油含气量现场测试装置，其特征在于，当变径活塞柱(20)向下移动距离为h时，所述的下真空室的体积V2与定量室(1)的体积V0相等。
Priority Applications (1)
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