WO2014154149A1 - 一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统 - Google Patents

一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统 Download PDF

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    • G05D16/2006Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
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    • G05D16/2053Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means with a plurality of throttling means the plurality of throttling means being arranged for the control of a single pressure from a plurality of converging pressures the plurality of throttling means comprising only a first throttling means acting on a higher pressure and a second throttling means acting on a lower pressure, e.g. the atmosphere
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    • F15B2211/60Circuit components or control therefor
    • F15B2211/655Methods of contamination control, i.e. methods of control of the cleanliness of circuit components or of the pressure fluid

Abstract

一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统,包括循环泵(1)、循环电磁阀(2)、进油电磁阀(4)、回油电磁阀(7)、油缸(6)和出油电磁阀(8);该系统还包括进气电磁阀(3)、出气电磁阀(5)、压力传感器(9)、压缩空气源(16)以及压力控制器(17);油缸(6)上部为带有进油孔(18)的油腔,其下部为设有出气口(13)和进气口(14)的气腔;在油缸(6)的活塞杆的轴线位置设有通孔;气腔底部内嵌有压力传感器(9);压缩空气源(16)通过装有进气电磁阀(3)的管道与进气口(14)相连通,出气口(13)与装有出气电磁阀(5)的管道相连通;压力控制器(17)通过蓝牙或USB与装有控制软件的上位机通信。该系统的优点是通过压力传感器(9)测量气室压力,自动控制各电磁阀开闭,反应灵敏,稳定了油缸压力。

Description

说 明 书 一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统 技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统, 属于压力控 制领域。
背景技术
[0002] 目前, 对于绝缘油中溶解气体在线监测装置数据的准确性、 检测精度等 测试指标,通常是现场取油样带回试验室内, 使用气相色谱仪进行比对分析。整 个过程标定时间长、操作过程繁琐、人为误差较多, 且不能对运行中变压器色谱 在线监测进行现场校验,不能够真实的反应出绝缘油中溶解气体在线装置的现场 运行环境, 因此设计一种专门配制一定特征气体含量绝缘油的装置,将特征气体 与绝缘油以一定配比混合,配制出不同组分含量的标准油样,用于直接校验绝缘 油色谱在线监测装置。
[0003] 标准油样配制过程是在常压下利用气液两相溶解平衡的原理制备。 由亨 利定律 CA=H*PA知: 压力是气液两相溶解平衡的重要因素, 当温度一定时, 压力 P决定着组分浓度 C的大小, 压力变大组分浓度 C大, 压力变小组分浓度 C随之 变小。 压力波动影响气液两相溶解平衡稳定性, 当环境压力偏离原平衡压力时, 压力变小, 形成负压环境, 已溶解气体组分大量析出; 压力变大, 气体组分溶解 量将增大。校验过程中,取样后油缸因失去部分液相体积而总体积不变气相压力 因此形成负压,标准油样中特征气体会因此大量析出,改变标准油样溶解气体组 成含量,影响色谱在线监测装置校验的准确性。标准油样配制过程中的油缸注油、 自动进气、 油缸上部排气、 取样、 回油等基本操作都与压力息息相关。
[0004] 针对油中溶解气体在线监测装置的校验装置, 目前国内只有个别电科院 和研究机构开展了类似科技项目的研究, 且都不成熟, 存在着大小不同的问题, 其中密封式或半密封式油箱设计,存在油压不稳、不可控制的问题, 油样含量易 受压力不稳及外界大气的影响。
[0005] 本发明为标准油样配制装置设计一种控制准确, 反应快速的压力控制系 统, 以实现标准油样配制装置的稳压控制,保证标准油样作为标准物质的准确性 和校验变压器色谱在线监测装置的准确性和稳定性。
发明内容 , 说 明 书
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供了一种用于模拟变电设备绝缘油的压 力控制系统,在额定范围内可任意调节压力, 稳定配油装置的油缸压力, 保证所 配置油样含气量的稳定, 从而保证校验结果的准确性和稳定性。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案:
本发明包括循环泵、循环电磁阀、进油电磁阀、 回油电磁阀、油缸和出油电 磁阀; 其特征在于它还包括进气电磁阀、 出气电磁阀、压力传感器、压缩空气源 以及压力控制器;
所述油缸上部为带有进油孔的油腔,其下部为设有出气口和进气口的气腔;在油 缸的活塞杆的轴线位置设有通孔;在所述气腔的底部安装有压力传感器;所述压 缩空气源通过装有进气电磁阀的管道与进气口相连通,所述出气口与装有出气电 磁阀的管道相连通;
活塞杆下端的出油孔通过依次装有出油电磁阀、第二三通和四通的管道与取油设 备相连通,所述四通的下端口通过装有进油电磁阀的管道与油箱相连通,所述四 通的上端口通过管道与在线监测设备的进油口相连通,所述在线监测设备的出油 口与油缸上部的进油孔之间通过依次装有回油电磁阀、 第一三通的管道相连通; 所述第一三通的下端口和第二三通的上端口之间通过依次装有循环泵、循环电磁 阀的管道相连通;所述压力控制器通过蓝牙或 USB模块与装有控制软件的上位机 通信;
所述压力控制器包括单片机控制电路、 I/O驱动电路、 A/D转换器、 液晶显示电 路、通信模块; 所述 A/D转换器的输出端接单片机控制电路的相应输入端, 所述 单片机控制电路的相应输出端分别接 I/O驱动电路和液晶显示电路的输入端;所 述通信模块与单片机控制电路双向连接;所述 A/D转换器的相应输入端压力传感 器的输出端,所述 I/O驱动电路的输出端分别控制循环泵、循环电磁阀、 出气电 磁阀、 进油电磁阀、 进气电磁阀、 回油电磁阀以及出油电磁阀的通断; 所述回油电磁阀、 出油电磁阀为常开电磁阀, 所述循环电磁阀、进气电磁阀、进 油电磁阀和出气电磁阀为常闭电磁阀。
[0008] 本发明所产生的积极效果如下: 本压力控制系统通过压力传感器测量气 室压力,结合压力控制器自动控制各电磁阀开闭,调节气室压力恒定,操作简单, 反应灵敏,在额定范围内方便调节压力至设定值,稳定了标准油样配制装置内油 说 明 书 缸压力, 保证所配置油样含气量的稳定, 为进出油缸的流体提供合适压力环境, 保证校验结果的准确性和稳定性;满足标准油样配制装置的油缸注油、取样等基 本功能。
附图说明
[0009] 图 1为本发明的结构原理图;
图 2为本发明中压力控制器的电路原理块图;
图 3为本发明中压力控制器的电路原理图 (单片机控制电路、 显示电路); 图 4为本发明中压力控制器的电路原理图 (I/O驱动电路);
图 5为本发明中压力控制器的电路原理图 (A/D转换器);
图 6为本发明中压力控制器的电路原理图 (通信模块)。
[0010] 其中, 1循环泵, 2循环电磁阀, 3进气电磁阀, 4进油电磁阀, 5出气 电磁阀, 6油缸, 7回油电磁阀, 8出油电磁阀, 9压力传感器, 10油箱, 11取 油设备, 12在线检测装置, 13出气口, 14进气口, 15四通, 16压缩空气源, 17压力控制器, 18进油孔, 19出油孔, 20第一三通, 21第二三通。 图 1中实 线代表输油、 输气管道, 虚线代表信号。
具体实施方式
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明:
由图广 6所示的实施例可知, 它包括循环泵 1、 循环电磁阀 2、 进油电磁阀 4、 回油电磁阀 7、 油缸 6和出油电磁阀 8; 其特征在于它还包括进气电磁阀 3、 出 气电磁阀 5、 压力传感器 9、 压缩空气源 16以及压力控制器 17;
所述油缸 6上部为带有进油孔 18的油腔, 其下部为设有出气口 13和进气口 14 的气腔;在油缸 6的活塞杆的轴线位置设有通孔;在所述气腔的底部安装有压力 传感器 9;所述压缩空气源 16通过装有进气电磁阀 3的管道与进气口 14相连通, 所述出气口 13与装有出气电磁阀 5的管道相连通;
活塞杆下端的出油孔 19通过依次装有出油电磁阀 8、 第二三通 21和四通 15的 管道与取油设备 11相连通,所述四通 15的下端口通过装有进油电磁阀 4的管道 与油箱 10相连通, 所述四通 15的上端口通过管道与在线监测设备 12的进油口 相连通,所述在线监测设备 12的出油口与油缸 6上部的进油孔 18之间通过依次 装有回油电磁阀 7、第一三通 20的管道相连通; 所述第一三通 20的下端口和第 说 明 书 二三通 21的上端口之间通过依次装有循环泵 1、 循环电磁阀 2的管道相连通; 所述压力控制器 17通过蓝牙或 USB模块与装有控制软件的上位机通信; 所述压力控制器 17包括单片机控制电路、 I/O驱动电路、 A/D转换器、液晶显示 电路、通信模块; 所述 A/D转换器的输出端接单片机控制电路的相应输入端, 所 述单片机控制电路的相应输出端分别接 I/O驱动电路和液晶显示电路的输入端; 所述通信模块与单片机控制电路双向连接;所述 A/D转换器的相应输入端压力传 感器 9的输出端,所述 I/O驱动电路的输出端分别控制循环泵 1、循环电磁阀 2、 出气电磁阀 3、 进油电磁阀 4、 进气电磁阀 5、 回油电磁阀 7以及出油电磁阀 8 的通断;
所述回油电磁阀 7、 出油电磁阀 8为常开电磁阀, 所述循环电磁阀 2、 进气电磁 阀 3、 进油电磁阀 4和出气电磁阀 5为常闭电磁阀。
[0012] 所述单片机控制电路由单片机 U4及其外围元器件晶振 Yl、 电容 C1~C3、 电阻 Rl、 排阻 RP1组成; 所述晶振 Y1和电容 C1~C2组成的晶振电路接 在单片机 U4的 18和 19脚之间; 电容 C3和电阻 R1串联后接在 +5V电源和地之 间, 单片机 U4的 9脚接在电容 C3和电阻 R1的节点上, 组成自动复位电路; 单 片机 U4的 32~39脚依次接排阻 RP1的 9~2脚, 单片机 U4的 40脚和排阻 RP1的 1脚均接 +5V, 单片机 U4的 20脚接地。
[0013] 所述液晶显示电路由液晶模块 U3及其外围元器件电阻 R2、 滑动变 电阻 R3组成; 所述电阻 R2和滑动变电阻 R3串联后接在液晶模块 U3的 18~19 脚之间, 液晶模块 U3的 3脚接滑动变阻器 R3的滑动端, 液晶模块 U3的 7~14 脚依次接单片机 U4的 39~32脚, 液晶模块 U3的 2脚接 +5V, 液晶模块 U3的 1 脚和 20脚接地。
[0014] 所述 I/O驱动电路由复合晶体管阵列 U2及其外围元器件继电器 Jl、 插座 Z1~Z2组成; 所述循环泵 1接在插座 Z1的 1脚和 5脚之间, 所述循环电磁 阀 2、进气电磁阀 3、进油电磁阀 4、 出气电磁阀 5、 回油电磁阀 7和出油电磁阀 8分别对应接在插座 Z2的 2~7脚和 1脚之间,所述复合晶体管阵列 U2的广 7脚 依次接单片机 U4的 2广 27脚; 复合晶体管阵列 U2的 16脚接循环泵 1的继电器 控制电路, 其继电器控制电路包括继电器 J1和循环泵 1的插座 Zl, 所述继电器 J1的线圈接在复合晶体管阵列 U2的 16脚和 +5V之间,继电器 J1的常开触点 J1-1 说 明 书 接在插座 Z1的 3脚和 5脚之间, 插座 Z1的 2脚和 3脚相连接, 插座 Z1的 1脚 和 4脚相连接,连接后的两脚接 220V交流电;所述插座 Z2的 2~7脚依次接复合 晶体管阵列 U2的 15~10脚, 插座 Z2的 1脚接 +24V; 复合晶体管阵列 112的8脚 接地, 复合晶体管阵列 U2的 9脚接 +5V。
[0015] 所述 A/D转换器由集成块 U6及其外围元器件晶振 Y2、 电容 C4~C8、 电阻 R4~R5、 插座 Z3组成; 所述压力传感器 9接在插座 Z3的 1脚和 4脚之间; 所述集成块 U6的 1脚接单片机 U4的 1脚, 集成块 U6的 14~12脚分别对应接单 片机 U4的 13脚、 3脚、 2脚, 集成块 U6的 5脚接 +5V; 所述插座 Z3的 2~3脚分 别接集成块 U6的 7~8脚, 插座 Z3的 1脚接 +5V, 4脚接地; 所述晶振 Y2和电容 C4~C5组成的晶振电路接在集成块 U6的 2脚和 3脚之间; 电容 C6接在 +5V电源 和地之间, 电阻 R4~R5串联后接在 +5V电源和地之间, 集成块 U6的 9脚接在 R4 和 R5的节点上, 电容 C7~C8并联后接在 R4和 R5的节点与地之间, 集成块 U6 的 10脚接地。
[0016] 所述通信模块由蓝牙模块 U1、USB模块 U5和双刀双掷开关 S1组成; 所述双刀双掷开关 S1的 2个静触点接单片机 U4的 10脚、 11脚, 双刀双掷开关 S1的动臂选择性接入蓝牙模块 U1或 USB模块 U5的 2~3脚;所述蓝牙模块 U1和 USB模块 U5的 1脚均接 +5V, 其 4脚均接地。
[0017]
在实施例中,所述复合晶体管阵列 U2的型号为 ULN2003A (16) ;所述液晶模块 U3 的型号为 SMG12864; 所述单片机 U4的型号为 AT89c51 ; 所述集成块 U6的型号 为 AD7705; 所述蓝牙集成块 U1的型号为 GC-04; 所述 USB集成块 U5的型号为 ZF-23V4. 0。
[0018] 本发明的工作原理如下:
1 )油缸注油: 循环电磁阀 2、进油电磁阀 4、 出气电磁阀 5为常闭电磁阀, 此时 上电打开, 回油电磁阀 7和出油电磁阀 8为常开电磁阀, 此时上电关闭, 然后循 环泵 1上电, 外置空白油样流经进油电磁阀 4、循环电磁阀 2后由循环泵 1抽送 至油缸 6, 随着上部空白油的加入, 为平衡油缸 6上下压力, 活塞将向下缓慢运 动, 油缸内压力超过设定的恒压值时, 油缸 6下部多余气体通过出气电磁阀 5 排至外界, 直至注油体积达到所需要值, 所有电磁阀断电, 循环泵断电。 说 明 书
[0019] 2 ) 油缸取油: 出油电磁阀 8此时不上电常开, 其他电磁阀不上电关闭, 外接取油设备 11时, 一般不伴随回油流程, 标准油从活塞杆通孔经出油电磁阀 8流至取油设备 11后不回油, 故回油电磁阀 7此时上电关闭, 随着油缸 6油样 减少,油缸 6内部压力将变小,降至设定的恒压值以下时进气电磁阀 3上电打开, 压缩空气源对油缸 6下部充气, 推动活塞上移保证油腔内部的压力恒定。
[0020] 3 )油缸回油: 油样经过在线检测设备后通过依次装有回油电磁阀 7和第 一三通 20的管道流回油腔, 回油电磁阀 7和出油电磁阀 8此时不上电打开, 其 他电磁阀不上电关闭, 随着上部油样增多, 油缸 6内部压力变大, 超过设定的恒 压值时, 出气电磁阀 5上电, 把油缸 6下部的压缩空气排出一部分, 活塞下降, 降低油腔内部的压力, 保证油腔内部的压力恒定。
[0021] 所述压力控制器 17与装有控制软件的上位机通过蓝牙或 USB相连接,在 所述装有控制软件的上位机中设定恒压值, 将设定的恒压值发送给压力控制器 17。油缸 6的活塞以下进气、活塞以上进油, 活塞上下的油、气压力最终保持平 衡,油缸 6上部油压通过下部空气推动活塞上下运动控制,进气电磁阀 3打开时, 压缩空气源 16从油缸 6下部进气口 14充气,下部压力增大使活塞向上运动,从 而减小油缸 6上部空间以增大上部压力; 当出气电磁阀 5打开时, 空气从油缸 6 下部出气口 13排出, 下部压力减小使活塞向下运动, 从而增大油缸 6上部空间 以减小上部压力。 压力控制器 17根据压力传感器 9的反馈值, 判断油缸 6内部 压力是否在设定值,从而调节控制进气电磁阀 3和出气电磁阀 5的开闭,完成压 力调节和稳定压力的功能。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统, 其包括循环泵(1 )、循环电磁阀(2)、进 油电磁阀(4)、 回油电磁阀(7)、 油缸(6)和出油电磁阀(8); 其特征在于它还包括进气电 磁阀 (3)、 出气电磁阀 (5)、 压力传感器(9)、 压缩空气源(16) 以及压力控制器(17); 所述油缸(6)上部为带有进油孔(18) 的油腔, 其下部为设有出气口 (13)和进气口 (14) 的气腔;在油缸(6)的活塞杆的轴线位置设有通孔;在所述气腔的底部安装有压力传感器(9); 所述压缩空气源(16)通过装有进气电磁阀(3) 的管道与进气口 (14)相连通, 所述出气口
( 13)与装有出气电磁阀 (5) 的管道相连通;
活塞杆下端的出油孔(19)通过依次装有出油电磁阀 (8)、 第二三通(21 )和四通(15 ) 的 管道与取油设备(11 )相连通, 所述四通(15) 的下端口通过装有进油电磁阀(4) 的管道与 油箱(10)相连通, 所述四通(15) 的上端口通过管道与在线监测设备(12) 的进油口相连 通, 所述在线监测设备(12) 的出油口与油缸(6)上部的进油孔(18)之间通过依次装有回 油电磁阀(7)、第一三通(20)的管道相连通;所述第一三通(20)的下端口和第二三通(21 ) 的上端口之间通过依次装有循环泵(1)、循环电磁阀(2)的管道相连通;所述压力控制器(17) 通过蓝牙或 USB模块与装有控制软件的上位机通信;
所述压力控制器(17)包括单片机控制电路、 I/O驱动电路、 A/D转换器、 液晶显示电路、通 信模块; 所述 A/D转换器的输出端接单片机控制电路的相应输入端, 所述单片机控制电路的 相应输出端分别接 I/O驱动电路和液晶显示电路的输入端; 所述通信模块与单片机控制电路 双向连接; 所述 A/D转换器的相应输入端压力传感器(9)的输出端, 所述 I/O驱动电路的输 出端分别控制循环泵(1 )、 循环电磁阀 (2)、 出气电磁阀 (3)、 进油电磁阀 (4)、 进气电磁 阀 (5)、 回油电磁阀 (7) 以及出油电磁阀 (8) 的通断;
所述回油电磁阀(7)、出油电磁阀(8)为常开电磁阀,所述循环电磁阀(2)、进气电磁阀(3)、 进油电磁阀 (4)和出气电磁阀 (5) 为常闭电磁阀。
2. 根据权利要求 1所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统,其特征在于所述单 片机控制电路由单片机 U4及其外围元器件晶振 Yl、 电容 C1~C3、 电阻 Rl、 排阻 RP1组成; 所述晶振 Y1和电容 C1~C2组成的晶振电路接在单片机 U4的 18和 19脚之间;电容 C3和电阻 R1串联后接在 +5V电源和地之间,单片机 U4的 9脚接在电容 C3和电阻 R1的节点上,组成自 动复位电路; 单片机 U4的 32~39脚依次接排阻 RP1的 9~2脚, 单片机 U4的 40脚和排阻 RP1 的 1脚均接 +5V, 单片机 U4的 20脚接地。
3. 根据权利要求 2所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统,其特征在于所述液 晶显示电路由液晶模块 U3及其外围元器件电阻 R2、 滑动变电阻 R3组成; 所述电阻 R2和滑 权 利 要 求 书
动变电阻 R3串联后接在液晶模块 U3的 18~19脚之间, 液晶模块 U3的 3脚接滑动变阻器 R3 的滑动端, 液晶模块 U3的 7~14脚依次接单片机 U4的 39~32脚, 液晶模块 U3的 2脚接 +5V, 液晶模块 U3的 1脚和 20脚接地。
4. 根据权利要求 3所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统, 其特征在于所述 I/O驱动电路由复合晶体管阵列 U2及其外围元器件继电器 Jl、插座 Z1~Z2组成;所述循环泵
( 1 )接在插座 Z1的 1脚和 5脚之间, 所述循环电磁阀 (2)、 进气电磁阀 (3)、 进油电磁阀 (4)、 出气电磁阀(5)、 回油电磁阀(7)和出油电磁阀(8)分别对应接在插座 Z2的 2~7脚 和 1脚之间, 所述复合晶体管阵列 U2的广 7脚依次接单片机 U4的 2广 27脚; 复合晶体管阵 列 U2的 16脚接循环泵(1 ) 的继电器控制电路, 其继电器控制电路包括继电器 J1和循环泵 ( 1 ) 的插座 Z1 , 所述继电器 J1的线圈接在复合晶体管阵列 U2的 16脚和 +5V之间, 继电器 J1的常开触点 J1-1接在插座 Z1的 3脚和 5脚之间, 插座 Z1的 2脚和 3脚相连接, 插座 Z1 的 1脚和 4脚相连接, 连接后的两脚接 220V交流电; 所述插座 Z2的 2~7脚依次接复合晶体 管阵列 U2的 15~10脚, 插座 Z2的 1脚接 +24V; 复合晶体管阵列 U2的 8脚接地, 复合晶体管 阵列 U2的 9脚接 +5V。
5. 根据权利要求 4所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统, 其特征在于所述 A/D转换器由集成块 U6及其外围元器件晶振 Y2、 电容 C4~C8、 电阻 R4~R5、插座 Z3组成; 所 述压力传感器(9)接在插座 Z3的 1脚和 4脚之间; 所述集成块 U6的 1脚接单片机 U4的 1 脚,集成块 U6的 14~12脚分别对应接单片机 U4的 13脚、 3脚、 2脚,集成块 U6的 5脚接 +5V; 所述插座 Z3的 2~3脚分别接集成块 U6的 7~8脚, 插座 Z3的 1脚接 +5V, 4脚接地; 所述晶 振 Y2和电容 C4~C5组成的晶振电路接在集成块 U6的 2脚和 3脚之间; 电容 C6接在 +5V电源 和地之间, 电阻 R4~R5串联后接在 +5V电源和地之间, 集成块 U6的 9脚接在 R4和 R5的节点 上, 电容 C7~C8并联后接在 R4和 R5的节点与地之间, 集成块 U6的 10脚接地。
6. 根据权利要求 5所述的一种用于模拟变电设备绝缘油的压力控制系统,其特征在于所述通 信模块由蓝牙模块 Ul、 USB模块 U5和双刀双掷开关 S1组成;所述双刀双掷开关 S1的 2个静 触点接单片机 U4的 10脚、 11脚, 双刀双掷开关 S1的动臂选择性接入蓝牙模块 U1或 USB模 块 U5的 2~3脚; 所述蓝牙模块 U1和 USB模块 U5的 1脚均接 +5V, 其 4脚均接地。
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