專利名稱：電氣設(shè)備絕緣油吸水度測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量儀器，特別是涉及一種用于電力系統(tǒng)各種充油設(shè)備是否受潮的檢測和判斷儀器。
為判斷充油設(shè)備是否受潮，前人已做了工作，并制定了電氣設(shè)備絕緣油中水分含量測定方法及標(biāo)準(zhǔn)，即GB7600-7601-87和GB7595-87，它們在生產(chǎn)實(shí)踐中起到了一定作用。
國內(nèi)外的相關(guān)油中水分含量測定儀種類，例如日本三菱公司的CA-02型、CA-05型、CA-06型等微量水分測定儀，該類型儀器采用經(jīng)典的庫侖法，國內(nèi)的類似產(chǎn)品基本采用此方法。
另外，國外象梅特勒的稱重法，維薩拉的傳感器方法等，都能夠比較準(zhǔn)確地測量出絕緣油中的水分含量。國內(nèi)生產(chǎn)的絕緣油中水分測試儀，絕大部分都采用庫侖法原理，能精確測量油中微量水分含量。
雖然上述的各種絕緣油微量水分測量儀器都能夠準(zhǔn)確測量油中的水分含量，但多年的實(shí)踐證明，以運(yùn)行電氣設(shè)備油中水分含量大小為依據(jù)，它只能說明油本身的受潮程度，而不能確定運(yùn)行電氣設(shè)備的固體絕緣材料是否受潮。
本實(shí)用新型的目的，是提供一種可準(zhǔn)確測定運(yùn)行電氣設(shè)備的固體絕緣材料是否受潮的電氣設(shè)備絕緣油吸水度測定儀。
電氣設(shè)備絕緣油吸水度測量儀，包括滴定池和測定控制電路。滴定池包括滴定池中心室，滴定池中心室上端有指示電極插口、電解電極插口和進(jìn)樣口。在指示電極插口和電解電極插口內(nèi)分別插入電解電極和輔助電極。在滴定池中心室兩側(cè)分別設(shè)有參比室和輔助電極室，參比室和輔助電極室分別與滴定池中心室通過砂芯連通。參比室電極和輔助電極分別從參比室和輔助電極室的上端口插入?yún)⒈仁液洼o助電極室內(nèi)。
測定控制電路，包括采樣電路、整形放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、抗干擾電路、數(shù)字信號(hào)處理及電流控制電路。采樣電路包括集成電路IC1，整形放大電路包括運(yùn)算放大器IC2，A/D轉(zhuǎn)換電路、集成電路VFC、抗干擾隔電路包括光電耦合器ZW1、三極管G1。數(shù)字信號(hào)處理電路包括單片機(jī)IC3，電流控制電路包括反向器Z1、Z2、光電耦合器ZW2、三極管G2。IC1的4腳經(jīng)R1與接插件2PIN的2腳電連接。IC1的10腳經(jīng)R4與IC2的2腳電連接。IC2的6腳經(jīng)電位器W、電阻R7與集成電路VFC的1腳電連接，集成電路VFC的7腳經(jīng)光電耦合器ZW1的2腳電連接，光電耦合器的4腳與三極管G1的基極電連接。三極管G1的集電極與接插件P2的2腳電連接。接插件P2的14腳，即單片機(jī)8751的14腳電連接。單片機(jī)8751的14個(gè)輸出端分別與接插件P3的設(shè)定腳電連接，接插件P3與顯示器對應(yīng)接口插接。電流控制電路包括反向器Z1、Z2，光電耦合器ZW2和G2。單片機(jī)8751的1腳分別與反向器Z1、Z2的1腳、3腳電連接。反向器Z1的2腳經(jīng)電阻R與發(fā)光二極管D2的負(fù)極電連接。反向器Z2的4腳經(jīng)電阻R與光電耦合器的2腳電連接，光電耦合器的2腳接+5V電源，其4腳接三極管G2的發(fā)射極，基極經(jīng)可調(diào)電阻K與其集電極連接。
下面簡單介紹吸水度的概念1、吸水度的概念油的吸水度是指油在某一確定溫度下的含水量，與該油在同一溫度下的飽和吸水值之比。吸水度是個(gè)無量綱的相對值，不是油中含水量的絕對值。例如，A油在40℃時(shí)實(shí)測的含水量為30ppm，40℃時(shí)的飽和水值為102ppm，因此A油的吸水度R＝30ppm/102 ppm＝0.29。油吸水度是用來診斷充油電氣設(shè)備是否受潮一個(gè)重要指標(biāo)，吸水度儀就是為此服務(wù)的(它與變壓器固體絕緣含水量有關(guān))。
2、飽和吸水值曲線(見附圖一)計(jì)算電氣設(shè)備油吸水度(R)的公式為R＝某溫度油的實(shí)測含水量(ppm)/某溫度油的飽和吸水量(ppm)其中，實(shí)測水含量是通過微量水分測定儀測出的，要測定R的值，則還需要得到飽和吸水值。通過大量數(shù)據(jù)的查閱檢索，以及大量試驗(yàn)，我們確定了兩條曲線(見附圖4)，一條是國際電工委員會(huì)(IEC)油飽和吸水值曲線，此曲線采用A線；另一條是國產(chǎn)油飽和吸水值曲線，可采用在兩條線的平均值，通過這兩條曲線，我們可以準(zhǔn)確查出在某溫度下絕緣油的飽和吸水量，從而測量出吸水度來。
3、吸水度測量的實(shí)現(xiàn)如果通過絕緣油微水測量儀先測出實(shí)測含水量，再通過曲線查某溫度下的油的飽和吸水值，再通過計(jì)算得出吸水度，最后判斷充油電氣設(shè)備是否受潮，這樣操作比較繁瑣，查值很不準(zhǔn)確，計(jì)算步驟較多，仍然不便于電力監(jiān)督部門的使用。
本實(shí)用新型的測量方法是
滴定池中心室裝有無吡啶的卡爾·費(fèi)休試劑，加入樣品中的水分與卡氏試劑發(fā)生反應(yīng)，消耗了卡氏試劑中的碘，使碘的濃度降低，指示電極的電位發(fā)生變化，而參比電極的電位基本不變，因此，指示電極與參比電極產(chǎn)生的電位差就反映了由于樣品加入引起的碘濃度的變化量，產(chǎn)生的偏差電壓輸入儀器的模擬信號(hào)采樣電路，經(jīng)過放大、整形等，最后轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)根據(jù)數(shù)字信號(hào)的大小控制流入電解電極對的電流，在中心室按如下反應(yīng)產(chǎn)生碘
使卡氏試劑中碘恢復(fù)到原有濃度，儀器記錄產(chǎn)生碘所消耗的電量，通過扣除基線后，計(jì)算出樣品中的水分含量。
得到水分含量后，單片機(jī)自動(dòng)查找在預(yù)先設(shè)定的油溫度下的飽和吸水值，然后根據(jù)下式計(jì)算吸水度R＝某溫度下的實(shí)測含水量/某溫度下的飽和吸水值計(jì)算完畢，通過按鍵操作顯示和打印。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)前面我們談到，僅僅測量電氣設(shè)備油中的水分含量，以此判斷絕緣設(shè)備是否受潮是不準(zhǔn)確的。GB7595-87標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來，各地認(rèn)真貫徹執(zhí)行，但在油務(wù)監(jiān)督工作中有時(shí)發(fā)現(xiàn)，油中水分含量并沒有超標(biāo)，但實(shí)際設(shè)備有水，絕緣已經(jīng)受潮并需干燥處理。通常在設(shè)備投運(yùn)時(shí)，絕緣狀況都是很好的，一般受潮都在后來發(fā)生。國標(biāo)規(guī)定取油樣溫度為40℃-60℃；IEC規(guī)定運(yùn)行油含水量指標(biāo)，溫度為60℃，這說明其它溫度下取樣測得的水分?jǐn)?shù)據(jù)不適用此標(biāo)準(zhǔn)。而實(shí)際上，不論什么溫度下取樣測得的油中水分?jǐn)?shù)據(jù)都按國標(biāo)對照，這可能是誤判斷的原因之一，另外油在40℃時(shí)和60℃時(shí)的飽和吸水值差別也很大，油在60℃時(shí)的飽和吸水值是40℃時(shí)的一倍多，所以我們認(rèn)為國標(biāo)中規(guī)定的取樣油溫在40℃-60℃是很不嚴(yán)格的，這也是造成誤判的原因。比如有兩臺(tái)220KV變壓器，一臺(tái)油溫為25℃，油中水分含量為29ppm，另一油溫為50℃油中水分含量也為29ppm這兩臺(tái)變壓器中的油、水分含量都未超過國標(biāo)規(guī)定的30ppm，水分含量都是合格的，但實(shí)際上這兩臺(tái)220KV變壓器的絕緣狀況是大不相同，國產(chǎn)油25℃時(shí)油的飽和吸水值大約是56ppm，50℃時(shí)飽和吸水值大約是134ppm，通過計(jì)算可知，前一臺(tái)變壓器油的吸水度為29/56＝0.52，后一臺(tái)變壓器油的吸水度為29/134＝0.22，因此通過上述比較可以得知，在變壓器的水分含量相同時(shí)，并不能表明受潮程度也是一致的，前一臺(tái)變壓器油的吸水飽和程度遠(yuǎn)大于后一臺(tái)。因此，用油的吸水度來判斷電氣設(shè)備是否受潮，比較符合客觀實(shí)際，且測量速度快，測量精度高。


圖1為本實(shí)用新型的一種實(shí)施例的滴定池結(jié)構(gòu)示意圖，圖2、圖3是測量電路原理圖，圖4是絕緣油飽和水值曲線示意圖，圖5為絕緣油不同溫度下飽和吸水值表(表中T為溫度，R為吸水值)，圖6是控制器后視圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
電氣設(shè)備絕緣油吸水度測定儀，包括滴定池和控制器，滴定池包括中心池室1、在中心池室1的兩側(cè)分別有參比室2和輔助電極室10，參比室2和輔助電極室10分別與中心池室1連通，其下連通管11和12與中心池室1的交接處分別裝設(shè)有砂蕊過濾器8。中心池室1的上端兩側(cè)分別有指示電極插口13和電解電極插口14、進(jìn)樣口7和出口9。指示電極4和電解電極6分別從指示電極插口13和電解電極插口14插入中心池室1內(nèi)。參比室2上端有參比電極插口15、輔助電極室10上端有輔助電極插口16。參比電極3和輔助電極5分別從參比電極插口15和輔助電極插口16插入?yún)⒈仁?和輔助電極室10內(nèi)。樣品可從進(jìn)樣口7進(jìn)入中心室內(nèi)，出口9可與干燥器連接?？刂破靼んw17、電路板18和測定控制電路，測定控制電路包括信號(hào)采樣電路、整形放大器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、抗干擾隔離電路(見附圖2)，數(shù)字信號(hào)處理電路及電流控制電路(見附圖3)。信號(hào)采樣電路及整形電路，包括采樣集成電路IC1、運(yùn)算放大器IC2、接插件P1。采樣集成電路IC1為ICL7650，接插件P1為2PIN。ICL7650的4腳經(jīng)電阻R1與2PIN的2腳電連接，ICL7650的9腳與2PIN的1腳電連接，同時(shí)經(jīng)電阻R5接地，經(jīng)電阻R3與ICL7650的10腳電連接，ICL7650的10腳經(jīng)R4與運(yùn)算放大器IC2的2腳電連接，IC2的6腳與電位器W1電連接，同時(shí)與電阻R6與電容C5的并聯(lián)電路的一端連接，并經(jīng)C6接地，該并聯(lián)電路的另一端接IC2的2腳，并經(jīng)電容C4接地。IC2的4腳接-12V，7腳接+12V，1腳、8腳分別經(jīng)R7、R8接+12V。IC2的3腳與電位器W3的調(diào)節(jié)端連接。電位器W3與電阻R0串聯(lián)后與穩(wěn)壓管DZ并聯(lián)后其一端經(jīng)電阻R10接-5V，其另一端接地。A/D轉(zhuǎn)換電路及抗干擾電路，包括A/D轉(zhuǎn)換器VFC32、光電耦合器ZW1、三極管G1和接插件P2，P2為2PIN。VFC32的1腳經(jīng)電阻R11接電位器W1，經(jīng)電阻R12接電位器W2的調(diào)節(jié)端，W2經(jīng)電阻R14接+12V，經(jīng)電阻R13接-12V。VFC32的7腳接光電耦合器ZW1的2腳連接，ZW1的1腳經(jīng)電阻R20接+12V，VFC32的下腳經(jīng)電阻R15接+12V。ZW1的4腳接三極管G1的基極，并經(jīng)電阻R16接地，G1的發(fā)射接地，同時(shí)接P2的1腳，G1的集電極接P2的2腳，同時(shí)經(jīng)R17接+5V。數(shù)字信號(hào)處理電路及電流控制電路，包括單片機(jī)8751、反向器Z1、Z2、光電耦合器ZW2和三極管G2。單片機(jī)8751的14腳接P2的2腳，單片機(jī)的12腳、17腳、16腳、30腳分別與接插件P3的6、4、3、5腳連接，單片機(jī)8751的39-32腳，分別與接插件P3的8、7、10、9、12、11、14、13腳連接，單片機(jī)的21-24腳，分別與P3的16、15、18、17腳連接。單片機(jī)8751的10腳、11腳分別與集成電路RS232的1腳、2腳連接。單片機(jī)8751的1腳分別與反向器Z1、Z2的1、3腳連接，反向器Z1的2腳經(jīng)電阻R21與發(fā)光二極管D1連接，D1的正極接+5V。反向器Z2的4腳經(jīng)電阻R18與光電耦合器ZW2的2腳連接，ZW2的1腳接+5V，4腳接三極管G2的發(fā)射極。G2的基極經(jīng)可調(diào)電阻R19接地。
上述電器元件除接插件、發(fā)光二極管外設(shè)置在電路板18上，電路板18設(shè)置在殼體17內(nèi)。參比電極3與指示電極4通過導(dǎo)線與一插頭連接，插頭插入殼體17上的插孔19內(nèi)。電解電極6、輔助電極5通過導(dǎo)線與一插頭連接，插頭插入殼體17上的插孔20內(nèi)。
下面對電路原理作簡要說明。
A信號(hào)采樣及整形放大部分該部分的作用是將從微水電解池采集的信號(hào)進(jìn)行放大，便于后級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器部分進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了防止干擾，放大部分分為二級(jí)，第一級(jí)用斬波穩(wěn)零運(yùn)放進(jìn)行小倍數(shù)放大，第二級(jí)再用精密運(yùn)放進(jìn)行高倍放大，放大后的電信號(hào)直接送入A/D轉(zhuǎn)換器。
BA/D轉(zhuǎn)換部分及抗干擾隔離部分A/D轉(zhuǎn)換器在此處采用VFC集成電路，該集成電路的優(yōu)點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換速率要求不高的前提下，具備接口簡單，轉(zhuǎn)換精度變高(14位)抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在輸入直流信號(hào)0-10V時(shí)，輸出頻率信號(hào)為0-100KHZ。為了保證后級(jí)的變頻數(shù)字電路不對A和B部分產(chǎn)生干擾，在A/D轉(zhuǎn)換后加了一級(jí)光耦隔離器，這樣徹底隔絕了變頻數(shù)字信號(hào)干擾。
C數(shù)字信號(hào)自理電流控制部分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理部分主要由單片機(jī)電路組成，單片機(jī)8751計(jì)數(shù)器的輸入端TO接收由B部分發(fā)送的經(jīng)光耦隔離器的頻率信號(hào)，經(jīng)程序處理得到實(shí)際測量的信號(hào)值，通過P2接口送顯示器，同時(shí)，程序根據(jù)實(shí)際測量的信號(hào)值的大小，輸出控制信號(hào)，通過反相器驅(qū)動(dòng)恒流源輸出電流，信號(hào)值越高，則輸出電流的控制脈沖寬度越大，反之則越小。(注由于該儀器采用的是恒流源，即電流大小是恒定的，因此，只能通過控制恒流源通斷的方法來控制電流流入電解電極電量的大小。電量＝電流×?xí)r間，導(dǎo)通時(shí)間越長，即控制脈沖的寬度越大，則電量越大。)當(dāng)電解池的信號(hào)恢復(fù)到初始信號(hào)時(shí)，測量結(jié)束，程序計(jì)算在從進(jìn)樣開始到測量結(jié)束所消耗的電量，最后換算成水分含量值，再根據(jù)吸水值曲線計(jì)算出吸水度值。
權(quán)利要求1.電氣設(shè)備絕緣油吸水度測定儀，包括滴定池和控制器，其特征在于所述的滴定池包括中心池室(1)、在中心池室(1)的兩側(cè)分別有參比室(2)和輔助電極室(10)，參比室(2)和輔助電極室(10)分別與中心池室(1)連通，其下連通管(11)和(12)與中心池室(1)的交接處分別裝設(shè)有砂蕊過濾器(8)；中心池室(1)的上端兩側(cè)分別有指示電極插口(13)和電解電極插口(14)、進(jìn)樣口(7)和出口(9)；指示電極(4)和電解電極(6)分別從指示電極插口(13)和電解電極插口(14)插入中心池室(1)內(nèi)；參比室(2)上端有參比電極插口(15)、輔助電極室(10)上端有輔助電極插口(16)；參比電極(3)和輔助電極(5)分別從參比電極插口(15)和輔助電極插口(16)插入?yún)⒈仁?2)和輔助電極室(10)內(nèi)；樣品可從進(jìn)樣口(7)進(jìn)入中心池室內(nèi)，出口(9)可與干燥器連接；所述的控制器，包括一個(gè)測定控制電路，測定控制電路包括信號(hào)采樣電路、整形放大器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、抗干擾隔離電路、數(shù)字信號(hào)處理電路及電流控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣設(shè)備絕緣油吸水度測定儀，其特征在于所述的信號(hào)采樣電路及整形電路，包括采樣集成電路IC1、運(yùn)算放大器IC2、接插件P1，采樣集成電路IC1為ICL7650，接插件P1為2PIN，ICL7650的(4)腳經(jīng)電阻R1與2PIN的(2)腳電連接，ICL7650的(9)腳與2PIN的(1)腳電連接，同時(shí)經(jīng)電阻R5接地，經(jīng)電阻R3與ICL7650的(10)腳電連接，ICL7650的(10)腳與運(yùn)算放大器IC2的(2)腳電連接，IC2的(6)腳與電位器W1電連接，同時(shí)與電阻R6與電容C5的并聯(lián)電路的一端連接，并經(jīng)C6接地，該并聯(lián)電路的另一端接IC2的(2)腳，并經(jīng)電容C4接地。IC2的(4)腳接-12V，(7)腳接+12V，(1)腳、(8)腳分別經(jīng)R7、R8接+12V，IC2的(3)腳與電位器W3的調(diào)節(jié)端連接；電位器W3與電阻R9串聯(lián)后與穩(wěn)壓管DZ并聯(lián)后其一端經(jīng)電阻R10接-5V，其另一端接地；A/D轉(zhuǎn)換電路及抗干擾電路，包括A/D轉(zhuǎn)換器VFC32、光電耦合器ZW1、三極管G1和接插件P2，P2為2PIN，VFC32的(1)腳經(jīng)電阻R11接電位器W1，經(jīng)電阻R12接電位器W2的調(diào)節(jié)端，W2經(jīng)電阻R14接+12V，經(jīng)電阻R12接-12V，VFC32的(7)腳接光電耦合器ZW1的(2)腳連接，ZW1的L腳經(jīng)電阻R14接+12V；VFC32的下腳經(jīng)電阻R15接+12V。ZW1的(4)腳接三極管G1的基極，并經(jīng)電阻R16接地，G1的發(fā)射極接地，同時(shí)接P2的(1)腳，G1的集電極接P2的(2)腳，同時(shí)經(jīng)R17接+5V，數(shù)字信號(hào)處理電路及電流控制電路，包括單片機(jī)8751、反向器Z1、Z2、光電耦合器ZW2和三極管G2；單片機(jī)8751的(14)腳接P2的(2)腳，單片機(jī)的(12)腳、(17)腳、(16)腳分別與接插件P3的(3)、(4)、(5)腳連接，單片機(jī)8751的(39)-(32)腳，分別與接插件P3的(8)、(7)、(10)、(9)、(12)、(11)、(14)、(13)腳連接，單片機(jī)的(21)-(24)腳，分別與P3的(16)、(15)、(18)、(17)腳連接，單片機(jī)8751的(10)腳、(11)腳分別與集成電路RS232的(1)腳、(2)腳連接，單片機(jī)8751的(1)腳分別與反向器Z1、Z2的(1)、(3)腳連接，反向器Z1的(2)腳經(jīng)電阻R17與發(fā)光二極管D1連接，D1的正極接+5V，反向器Z2的(4)腳經(jīng)電阻R18與光電耦合器ZW2的(2)腳連接，ZW2的(1)腳接+5V，(4)腳接三極管G2的發(fā)射極，G2的基極經(jīng)可調(diào)電阻R19接基集電極。
專利摘要電氣設(shè)備絕緣油吸水度測定儀,包括滴定池和控制器。滴定池包括中心室,在中心池室的兩側(cè)分別有參比室和輔助電極室,參比室和輔助電極室分別與中心室連通,指示電極和電解電極分別從指示電極插口和電解電極插口插入中心室內(nèi)。參比電極和輔助電極分別從參比電極插口和輔助電極插口插入?yún)⒈仁液洼o助電極室內(nèi)。樣品可從進(jìn)樣口進(jìn)入中心室內(nèi),出口可與干燥器連接。本實(shí)用新型測量速度快,測量精度高。
文檔編號(hào)G01N31/16GK2486972SQ0124901
公開日2002年4月17日 申請日期2001年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月7日
發(fā)明者孫毓?jié)? 陳志軍 申請人:孫毓?jié)?br>