CN217084655U - 多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置 - Google Patents
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Abstract
多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，包括脱气模块、进油管路、回油管路、传感器模块、检测管路、干燥过滤管路、排空管路、标气输入管路。本实用新型通过脱气模块、进油管路、回油管路实现了循环回路循环取油、不消耗油、不污染油以及免维护；传感器模块中含7个光声光谱传感单元，完成一次进油脱气，可以同时测量7种气体组分H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO和CO2。后六者，均根据吸收峰的不同选用单一光源的红外激光光源，且各光源调制的波长误差小于0.1nm，这种多光路激光光声光谱分析可以有效避免气体测量中的交叉干扰，解决单光路激光光声光谱分析系统中CH4、C2H6、C2H4和C2H2这几种气体的红外吸收峰在3200nm—3500nm之间交叉干扰严重的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于油中溶解气体监测技术领域，具体涉及一种多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置。
背景技术
充油变压器、互感器和套管等电力设备在电网中广泛应用。变压器中绝缘油起绝缘和散热作用，设备长时间带电运行，由于绝缘老化造成放电或局部高温，会引起变压器油中的H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2和CO、CO2为特征气体的故障气体产生，这些产生的故障气体会溶解到变压器油中，通过监测变压器油中溶解的故障特征气体的含量及变化趋势，可以监测变压器潜伏性故障，预防变压器灾难性故障发生。其他充油电力设备中油中特征气体的监测也起到同样的预防故障作用。
现有的监测油中溶解气体的测量方法，分为离线分析和在线分析。离线分析方法是现场从变压器中取油，送到实验室通过油色谱分析；在线分析方法分为在线油色谱和在线光声光谱。在线油色谱是把实验室色谱通过加装自动脱气装置安装到现场，由于色谱分析需要载气，所以现场需要经常更换载气。
光声光谱测量是基于光声效应进行测量，一定波长的红外光照射到待测气体，待测气体被照射加热膨胀，遮挡时气体不吸收光冷却。通过照射和遮挡，待测气体会产生一个冷热变化，产生压力波，通过检测压力波的变化，可以测量出待测气体的浓度。
应用光声光谱测量油中溶解的特征气体CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2的文献多见报道，但由于CH4、C2H6、C2H4、C2H2,这几种气体的红外吸收峰在3200nm--3500nm之间，所以存在交叉比较严重现象。
根据吸收峰定制单一光源的激光器，每一种气体检测都采用独立光源，激光红外光源调制的波长误差小于0.1nm，而传统的光声光谱技术中应用的滤光片过滤的红外波长误差大于20nm，再通过多光路激光光声光谱检测技术可以有效避免上述气体测量中的交叉干扰。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，实现油中溶解气体多种组分的在线监测。
多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，包括脱气模块、进油管路、回油管路、传感器模块、检测管路、干燥过滤管路、排空管路、标气输入管路；
脱气模块，包含竖直放置的立柱空腔体，内设运动的活塞，丝杆一端与活塞底部连接，另一端穿过立柱空腔体的底部并与步进电机的驱动端相连接，丝杆与立柱空腔体的中心线重合，立柱空腔体的顶部设有顶盖，顶盖上设有油雾化设备，油雾化设备的喷油口探入顶盖下方，顶盖侧面设有油气出口，立柱空腔体的侧壁环绕设有加热带，加热带外侧罩保温外壳；立柱空腔体的侧壁顶部连通一根进出油管路；
进油管路，进油管路的一端设进油口，另一端连接油雾化设备的进口，进油管路上串连第一电磁阀、油泵和第四电磁阀；
回油管路，回油管路的一端设回油口，另一端连通进出油管路，回油管路上串连第二电磁阀、油泵和第三电磁阀，油泵共用在进油管路和回油管路中，油泵采用正反向运转的齿轮泵；
传感器模块包括多个传感器单元，传感器模块整体设一个进口和一个排气口，各传感器单元之间的进气采用串联方式；
检测管路连接油气出口和传感器模块的进口，检测管路上设有第九电磁阀；
干燥过滤管路，干燥过滤管路的一端连通大气，另一端连通进出油管路，干燥过滤管路上顺气流方向依次设粗过滤器、过滤干燥器、第七电磁阀、真空泵、二位三通电磁阀公共端和第一端口，以及第五电磁阀；
二位三通电磁阀包括公共端和第一端口、第二端口，工作时，有种状态，公共端-第一端口内部连通，或公共端-第二端口内部连通；
排空管路，排空管路的一端连通到真空泵的进口，另一端连通到第五电磁阀和二位三通电磁阀第一端口之间的干燥过滤管路上。
标气输入管路，标气输入管路的一端设标气口，标气输入管路的另一端连接传感器模块的进口，标气输入管路上设有稳压阀和第十电磁阀。
活塞选用活塞磁环。
传感器模块包括氢气H2传感器单元、甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元，可同时测量7种气体组分。
传感器模块中的氢气H2传感器单元、甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元均采用光声光谱传感器。
甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元均根据待测气体吸收峰的不同选用单一光源的红外激光光源，各光源调制的波长误差小于0.1nm。
工作过程：进油口、回油口连接到待测充油电气设备上，初次工作需用绝缘油对脱气模块进行清洗，清洗过程为：绝缘油由第一电磁阀、油泵、第四电磁阀进入脱气模块，对脱气模块进行油清洗，清洗后的油，通过第二电磁阀、油泵及第三电磁阀，回到待测电气设备内。油泵采用正反向运转的齿轮泵，共用在进油管路和回油管路中，向脱气模块进油时，油泵正转，反之，油泵反转。
传感器模块吹扫。脱气模块，步进电机推动与丝杆连接的活塞运动到立柱空腔体的顶部位置，真空泵启动，打开第七电磁阀，二位三通电磁阀公共端-第一端口（com-a）内部连通，关闭第六电磁阀，打开第五电磁阀和第五电磁阀，过滤后的干燥空气流经干燥过滤管路、检测管路对传感器模块进行吹扫。
进油流程：脱气模块中步进电机推动与丝杆连接的活塞运动到立柱空腔体的中部某一位置，打开第五电磁阀和第六电磁阀，关闭第七电磁阀和第九电磁阀，二位三通电磁阀公共端-第二端口内部连通，启动真空泵，对立柱空腔体中活塞上部空间进行抽真空；抽真空的同时，在加热带和保温外壳作用下，对脱气模块的立柱空腔体进行恒温控制，温度约50℃；当真空度低于-95kpa，停止真空泵。关闭第五电磁阀和第七电磁阀，打开第一电磁阀和第四电磁阀，启动油泵，把一定量的油通过立柱空腔体顶盖上设置的油雾化设备的喷油口喷射到立柱空腔体上部，关闭第一电磁阀、第四电磁阀和油泵。在负压环境下，油中溶解的气体脱出来。进油过程中，步进电机驱动与丝杆连接的活塞由立柱空腔体的中部某一位置运动到立柱空腔体的底部位置，抵消由于进油造成的真空度下降。进油结束后静止分钟，步进电机推动与丝杆连接的活塞由立柱空腔体的底部位置运动到立柱空腔体的中部某一位置，并打开第九电磁阀，把立柱空腔体（油缸）顶部脱出的气体压到传感器模块，气体进入管路串联的传感器单元内完成组分浓度测量。
回油流程：打开第二电磁阀、第三电磁阀和油泵，步进电机驱动与丝杆连接的活塞由立柱空腔体的中部某一位置运动到立柱空腔体的顶部位置，把立柱空腔体（油缸）内的油压缩回到电气设备内，完成一次油样的在线分析。
传感器模块吹扫：打开第五电磁阀、第七电磁阀和第九电磁阀，二位三通电磁阀公共端-第一端口内部连通，启动真空泵，对传感器模块进行吹扫。
再进行进油流程，回油流程，传感器吹扫。
如此重复循环，可进行多次多设备的油中溶解气体的检测。
传感器模块中各传感器单元要校准时，标气输入管路的标气口连接需用的标准气体，打开第十电磁阀，则标准气体流入待校传感单元进行校准，其他不需校准的传感单元不必操作。
本实用新型通过脱气模块、进油管路、回油管路实现了循环回路循环取油、不消耗油、不污染油以及免维护；传感器模块中含7个传感单元，完成一次进油脱气，可以同时测量7种气体组分，H2,CH4,C2H4,C2H6,C2H2,CO,CO2。后六者，均根据吸收峰的不同选用单一光源的红外激光光源，且各光源调制的波长误差小于0.1nm，通过这种多光路激光光声光谱分析可以有效避免气体测量中的交叉干扰，解决单光路激光光声光谱分析系统中CH4、C2H6、C2H4和C2H2这几种气体的红外吸收峰在3200nm—3500nm之间交叉干扰严重的问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，包括脱气模块1、进油管路2、回油管路3、传感器模块4、检测管路5、干燥过滤管路6、排空管路7、标气输入管路8；
脱气模块1，包含竖直放置的立柱空腔体9，内设运动的活塞10，丝杆11一端与活塞10底部连接，另一端穿过立柱空腔体9的底部并与步进电机12的驱动端相连接，丝杆11与立柱空腔体9的中心线重合，立柱空腔体9的顶部设有顶盖13，顶盖13上设有油雾化设备14，油雾化设备14的喷油口15探入顶盖13下方，顶盖13侧面设有油气出口16，立柱空腔体9的侧壁环绕设有加热带17，加热带17外侧罩保温外壳18；立柱空腔体9的侧壁顶部连通一根进出油管路19；
进油管路2，进油管路2的一端设进油口23，另一端连接油雾化设备14的进口，进油管路2上串连第一电磁阀V1、油泵25和第四电磁阀V4；
回油管路3，回油管路3的一端设回油口26，另一端连通进出油管路19，回油管路3上串连第二电磁阀V2、油泵25和第三电磁阀V3，油泵25共用在进油管路2和回油管路3中，油泵25采用正反向运转的齿轮泵；
传感器模块4包括多个传感器单元，传感器模块4整体设一个进口27和一个排气口28，各传感器单元之间的进气采用串联方式；
检测管路5连接油气出口16和传感器模块4的进口27，检测管路5上设有第九电磁阀V9；
干燥过滤管路6，干燥过滤管路6的一端连通大气，另一端连通进出油管路19，干燥过滤管路6上顺气流方向依次设粗过滤器29、过滤干燥器30、第七电磁阀V7、真空泵31、二位三通电磁阀V8公共端com和第一端口a，以及第五电磁阀V5；
二位三通电磁阀V8包括公共端com和第一端口a、第二端口b，工作时，有2种状态，公共端-第一端口（com-a）内部连通，或公共端-第二端口（com-b）内部连通；
排空管路7，排空管路7的一端连通到真空泵31的进口，另一端连通到第五电磁阀V5和二位三通电磁阀V8第一端口a之间的干燥过滤管路6上。
标气输入管路8，标气输入管路8的一端设标气口32，标气输入管路8的另一端连接传感器模块4的进口27，标气输入管路8上设有稳压阀33和第十电磁阀V10。
活塞10选用活塞磁环。
传感器模块4包括氢气H2传感器单元、甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元，可同时测量7种气体组分。
传感器模块4中的氢气H2传感器单元、甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元均采用光声光谱传感器。
甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元均根据待测气体吸收峰的不同选用单一光源的红外激光光源，各光源调制的波长误差小于0.1nm。
工作过程：进油口24、回油口26连接到待测充油电气设备上，初次工作需用绝缘油对脱气模块1进行清洗，清洗过程为：绝缘油由第一电磁阀V1、油泵25、第四电磁阀V4进入脱气模块1，对脱气模块1进行油清洗，清洗后的油，通过第二电磁阀V2、油泵25及第三电磁阀V3，回到待测电气设备内。油泵25采用正反向运转的齿轮泵，共用在进油管路2和回油管路3中，向脱气模块1进油时，油泵25正转，反之，油泵25反转。
传感器模块4吹扫。脱气模块1，步进电机12推动与丝杆11连接的活塞10运动到立柱空腔体9的顶部位置22，真空泵31启动，打开第七电磁阀V7，二位三通电磁阀V8公共端-第一端口（com-a）内部连通，关闭第六电磁阀V6，打开第五电磁阀V5和第五电磁阀V9，过滤后的干燥空气流经干燥过滤管路6、检测管路5对传感器模块4进行吹扫。
进油流程：脱气模块1中步进电机12推动与丝杆11连接的活塞10运动到立柱空腔体9的中部某一位置21，打开第五电磁阀V5和第六电磁阀V6，关闭第七电磁阀V7和第九电磁阀V9，二位三通电磁阀V8公共端-第二端口（com-b）内部连通，启动真空泵31，对立柱空腔体9中活塞10上部空间进行抽真空；抽真空的同时，在加热带17和保温外壳18作用下，对脱气模块1的立柱空腔体9进行恒温控制，温度约50℃；当真空度低于-95kpa，停止真空泵31。关闭第五电磁阀V5和第七电磁阀V7，打开第一电磁阀V1和第四电磁阀V4，启动油泵25，把一定量的油通过立柱空腔体9顶盖13上设置的油雾化设备14的喷油口15喷射到立柱空腔体9上部，关闭第一电磁阀V1、第四电磁阀V4和油泵25。在负压环境下，油中溶解的气体脱出来。进油过程中，步进电机12驱动与丝杆11连接的活塞10由立柱空腔体9的中部某一位置21运动到立柱空腔体9的底部位置20，抵消由于进油造成的真空度下降。进油结束后静止30分钟，步进电机12推动与丝杆11连接的活塞10由立柱空腔体9的底部位置20运动到立柱空腔体9的中部某一位置21，并打开第九电磁阀V9，把立柱空腔体9（油缸）顶部脱出的气体压到传感器模块4，气体进入管路串联的传感器单元内完成组分浓度测量。
回油流程：打开第二电磁阀V2、第三电磁阀V3和油泵25，步进电机12驱动与丝杆11连接的活塞10由立柱空腔体9的中部某一位置21运动到立柱空腔体9的顶部位置22，把立柱空腔体9（油缸）内的油压缩回到电气设备内，完成一次油样的在线分析。
传感器模块4吹扫：打开第五电磁阀V5、第七电磁阀V7和第九电磁阀V9，二位三通电磁阀V8公共端-第一端口（com-a）内部连通，启动真空泵31，对传感器模块4进行吹扫。
再进行进油流程，回油流程，传感器吹扫。
如此重复循环，可进行多次多设备的油中溶解气体的检测。
传感器模块4中各传感器单元要校准时，标气输入管路8的标气口32连接需用的标准气体，打开第十电磁阀V10，则标准气体流入待校传感单元进行校准，其他不需校准的传感单元不必操作。
本实用新型传感器模块4中含7个传感单元，完成一次进油脱气，可以同时测量7种气体组分，H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO和CO2。后六者，均根据吸收峰的不同选用单一光源的红外激光光源，且各光源调制的波长误差小于0.1nm，通过这种多光路激光光声光谱分析可以有效避免气体测量中的交叉干扰，解决单光路激光光声光谱分析系统中CH4、C2H6、C2H4和C2H2这几种气体的红外吸收峰在3200nm—3500nm之间交叉干扰严重的问题。
本实施例并非对本实用新型的形状、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，其特征在于：包括脱气模块（1）、进油管路（2）、回油管路（3）、传感器模块（4）、检测管路（5）、干燥过滤管路（6）、排空管路（7）、标气输入管路（8）；
脱气模块（1），包含竖直放置的立柱空腔体（9），内设运动的活塞（10），丝杆（11）一端与活塞（10）底部连接，另一端穿过立柱空腔体（9）的底部并与步进电机（12）的驱动端相连接，丝杆（11）与立柱空腔体（9）的中心线重合，立柱空腔体（9）的顶部设有顶盖（13），顶盖（13）上设有油雾化设备（14），油雾化设备（14）的喷油口（15）探入顶盖（13）下方，顶盖（13）侧面设有油气出口（16），立柱空腔体（9）的侧壁环绕设有加热带（17），加热带（17）外侧罩保温外壳（18）；
立柱空腔体（9）的侧壁顶部连通一根进出油管路（19）；
进油管路（2），进油管路（2）的一端设进油口（23），另一端连接油雾化设备（14）的进口，进油管路（2）上串连第一电磁阀（V1）、油泵（25）和第四电磁阀（V4）；
回油管路（3），回油管路（3）的一端设回油口（26），另一端连通进出油管路（19），回油管路（3）上串连第二电磁阀（V2）、油泵（25）和第三电磁阀（V3），油泵（25）共用在进油管路（2）和回油管路（3）中，油泵（25）采用正反向运转的齿轮泵；
传感器模块（4）包括多个传感器单元，传感器模块（4）整体设一个进口（27）和一个排气口（28），各传感器单元之间的进气采用串联方式；
检测管路（5）连接油气出口（16）和传感器模块（4）的进口（27），检测管路（5）上设有第九电磁阀（V9）；
干燥过滤管路（6），干燥过滤管路（6）的一端连通大气，另一端连通进出油管路（19），干燥过滤管路（6）上顺气流方向依次设粗过滤器（29）、过滤干燥器（30）、第七电磁阀（V7）、真空泵（31）、二位三通电磁阀（V8）公共端（com）和第一端口（a），以及第五电磁阀（V5）；
二位三通电磁阀（V8）包括公共端（com）和第一端口（a）、第二端口（b），工作时，有2种状态，公共端-第一端口（com-a）内部连通，或公共端-第二端口（com-b）内部连通；
排空管路（7），排空管路（7）的一端连通到真空泵（31）的进口，另一端连通到第五电磁阀（V5）和二位三通电磁阀（V8）第一端口（a）之间的干燥过滤管路（6）上。
2.根据权利要求1所述的多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，其特征在于：还包括标气输入管路（8），标气输入管路（8）的一端设标气口（32），标气输入管路（8）的另一端连接传感器模块（4）的进口（27），标气输入管路（8）上设有稳压阀（33）和第十电磁阀（V10）。
3.根据权利要求1所述的多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，其特征在于：活塞（10）选用活塞磁环。
4.根据权利要求1所述的多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，其特征在于：传感器模块（4）包括氢气H2传感器单元、甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元，可同时测量7种气体组分。
5.根据权利要求1或4所述的多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，其特征在于：传感器模块（4）中的氢气H2传感器单元、甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元均采用光声光谱传感器。
6.根据权利要求4所述的多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置，其特征在于：甲烷CH4传感器单元、乙烷C2H6传感器单元、乙烯C2H4传感器单元、乙烯C2H2传感器单元、一氧化碳CO传感器单元、二氧化碳CO2传感器单元均根据待测气体吸收峰的不同选用单一光源的红外激光光源，各光源调制的波长误差小于0.1nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202123096062.1U CN217084655U (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202123096062.1U CN217084655U (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217084655U true CN217084655U (zh) | 2022-07-29 |
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Family Applications (1)
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| CN202123096062.1U Active CN217084655U (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 多光路激光光声光谱油中溶解气体监测装置 |
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