本發(fā)明涉及變壓器油監(jiān)測技術(shù)，具體的說是一種變壓器油在線監(jiān)測高濃縮真空油氣分離裝置及方法。

背景技術(shù)：

實踐證明，變壓器油中氣體化驗技術(shù)可有效預(yù)測變壓器內(nèi)部的潛伏故障，因此在電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程中，將其列在電力變壓器及電抗器預(yù)防性試驗的首要位置。變壓器油中氣體在線監(jiān)測裝置，能夠全自動在線分析油中溶解氣體的各種組分含量，解決了傳統(tǒng)油化驗方法檢測周期長、操作復(fù)雜、花費時間和費用較高等問題，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

變壓器油中氣體在線監(jiān)測裝置需要先對變壓器油進(jìn)行油氣分離，再對分離氣體進(jìn)行氣體濃度分析。傳統(tǒng)的油氣分離方法有：基于高分子脫氣膜的膜脫氣法、真空脫氣法以及頂空脫氣法。膜脫氣法是利用“溶解-擴(kuò)散-平衡”原理，其脫氣時間過長，其中co、co2的脫氣時間在4小時以上。另外，長期的浸泡使膜滲透率變化，造成測量誤差；頂空脫氣法是利用“油氣置換(也稱萃取)”原理，其受環(huán)境影響較大，重復(fù)性和穩(wěn)定性差，還存在油樣污染、載氣消耗、捕集器失效、使用壽命等問題；傳統(tǒng)真空脫氣是通過真空泵或機(jī)械活塞獲得真空度，使油氣分離。但傳統(tǒng)真空脫氣只能將脫出的小部分氣體作為進(jìn)樣氣體，還存著氣體回溶問題，最終導(dǎo)致氣體利用率很低。加之此種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，故障率高，實際應(yīng)用效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中檢測變壓器油用真空脫氣裝置進(jìn)樣氣體利用率低等不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種變壓器油在線監(jiān)測高濃縮真空油氣分離裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種變壓器油在線監(jiān)測高濃縮真空油氣分離裝置，具有定量室、氣井、油井、脫氣室、集氣室、定量管、耐真空氣泵、驅(qū)動電機(jī)以及油、氣管路，其中集氣室、耐真空氣泵、定量管形成真空脫氣機(jī)的氣路部分；定量室的下端分別連接變壓器油箱出油口和脫氣室，上端與氣井相連；氣井的上端經(jīng)氣管路與集氣室相連，下端接至定量室的上端及油井的上端；油井下端通過兩支管路分別與脫氣室及變壓器油箱進(jìn)油口連接；脫氣室和集氣室由活塞分隔開，驅(qū)動電機(jī)與活塞連接；耐真空氣泵的進(jìn)氣口與集氣室相連，出氣口與定量管相連。

在定量管與耐真空氣泵之間設(shè)有第一排氣口，該第一排氣口位置通過電磁閥控制其開、閉；第一排氣口還設(shè)有第一消聲器。

在定量管終端管路上設(shè)有第二排氣口，該第二排氣口位置通過電磁閥控制其開、閉；第二排氣口還設(shè)有第二消聲器。

在定量室、氣井、油井、脫氣室、集氣室、定量管以及耐真空氣泵之間的管路上均設(shè)有電磁閥，其接受控制裝置的控制信號實現(xiàn)開、合動作，包括分別為設(shè)于定量室和脫氣室之間管路上的第一電磁閥，設(shè)于脫氣室和油井之間管路上的第二電磁閥，設(shè)于定量室和氣井之間管路上的第三電磁閥，設(shè)于氣井和油井之間管路上的第四電磁閥，設(shè)于定量室和變壓器油箱出油口之間管路上的第五電磁閥，設(shè)于油井和變壓器油箱進(jìn)油口之間管路上的第六電磁閥，設(shè)于氣井與集氣室之間管路上的第七電磁閥，設(shè)于集氣室的壓力平衡進(jìn)氣口處的第八電磁閥，設(shè)于耐真空氣泵和集氣室之間的第九電磁閥，設(shè)于耐真空氣泵和定量管之間的第十電磁閥，設(shè)于定量管的第二壓力傳感器和第二消聲器之間的第十一電磁閥。

定量室的頂部、氣井的頂部以及油井底部分別安裝有光電液位開關(guān)，其信號線與控制裝置的信號采集端相連。

脫氣室、集氣室以及定量管分別設(shè)有壓力傳感器，其信號線與控制裝置的信號采集端相連。

脫氣室和集氣室為一體結(jié)構(gòu)，活塞在其內(nèi)部滑動連接，形成相互密封的兩個空間。

集氣室還設(shè)有壓力平衡進(jìn)氣口，該壓力平衡進(jìn)氣口設(shè)有電磁閥。

本發(fā)明變壓器油在線監(jiān)測高濃縮真空油氣分離方法，包括以下步驟：

1)排出裝置內(nèi)殘油：啟動驅(qū)動電機(jī)，將活塞下拉至底部，同時打開第一、二、四、八電磁閥，將系統(tǒng)內(nèi)殘留的油樣吸入脫氣室內(nèi)，將活塞上推至頂部，通過第一、二、四、八電磁閥，將殘油排出脫氣系統(tǒng)；

2)排出過渡管路內(nèi)殘油：啟動驅(qū)動電機(jī)，將活塞下拉至底部，同時打開第一、五電磁閥，將變壓器本體與過渡管路即變壓器油箱與氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)之間的油管路中油吸入脫氣室內(nèi)；將活塞上推至頂部，打開第二、四、六、八電磁閥，將這部分排出脫氣系統(tǒng)；

3)取油樣：打開第五電磁閥，變壓器油進(jìn)入定量室；當(dāng)定量室頂部的第一光電液位開關(guān)動作，表明定量室中進(jìn)滿油，完成一次精確進(jìn)樣；

4)排出殘氣：啟動耐負(fù)壓氣泵，同時打開第七、九電磁閥，氣路中存在的空氣和污染性氣體通過第十電磁閥上安裝的消聲器排出系統(tǒng)；當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅鳈z測到集氣室壓力值小于規(guī)定閥值時，停止耐負(fù)壓氣泵；

5)脫氣：啟動驅(qū)動電機(jī)，將活塞下拉至底部，同時打開第一、三電磁閥，將定量室中的變壓器油吸入脫氣室中，同時，油中溶解氣體在真空度的作用不斷脫出；

6)集氣：啟動驅(qū)動電機(jī)，將活塞上推至頂部，同時打開第一、三、七電磁閥，將脫氣室中的變壓器油重新推回到定量室，脫出的氣體通過第七電磁閥進(jìn)入氣路，達(dá)到集氣室；關(guān)閉第七電磁閥；

7)濃縮氣體：啟動耐負(fù)壓氣泵，同時打開第九、十、十一電磁閥，集氣室及氣路中儲存的脫出氣體被抽出至定量管內(nèi)；通過第一、二壓力傳感器記錄定量管壓力變化值，用于氣體濃度計算。

脫氣和集氣步驟循環(huán)多次，最終完成真空脫氣。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：

1.本發(fā)明適用于變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用真空脫氣原理完成脫氣，脫氣時間短，有利于變壓器油中溶解氣體的實時在線分析，采用多次脫氣、集氣的方式，脫氣效率高，重復(fù)性好。

2.本發(fā)明在脫氣開始前，利用耐真空氣泵將系統(tǒng)氣路壓力調(diào)節(jié)至真空狀態(tài)，以此將氣路中存在的空氣或污染性氣體排除干凈，從而減少了空氣或污染性氣體對色譜柱、傳感器等高精度器件的干擾；脫氣裝置工作過程中，油不與載氣、空氣接觸，脫氣后可將變壓器油排回至變壓器中，不污染、不消耗變壓器油。

3.本發(fā)明在脫氣過程中，由于脫氣前對氣路抽真空，使得集氣室壓強(qiáng)一直呈負(fù)壓狀態(tài)，脫出氣體在壓差作用下，實現(xiàn)充分轉(zhuǎn)移，采用電磁閥物理隔離方式，減少油、氣接觸過程的時間，避免了脫出來的氣體再次溶回變壓器油的現(xiàn)象。

4.本發(fā)明脫氣完成后，啟動耐真空氣泵，將氣路中的負(fù)壓氣體抽至定量管中，定量管的體積較氣路容積小很多，當(dāng)完成氣體轉(zhuǎn)移后，幾乎所有脫出氣體都集中到了定量管中，實現(xiàn)了氣體濃度的濃縮，有效提高了氣體進(jìn)樣效率，采用驅(qū)動電機(jī)作為系統(tǒng)動力來源，解決了傳統(tǒng)機(jī)械真空脫氣中壓縮機(jī)故障率高等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為定量室，2為氣井2，3為油井，4為第一光電液位開關(guān)，5為第二光電液位開關(guān)，6為第三光電液位開關(guān)，7為脫氣室，8為集氣室，9為驅(qū)動電機(jī)，10為活塞，11為第一壓力傳感器，12為耐真空氣泵，13第一消聲器，14為1定量管，15為第二壓力傳感器，16為第二消聲器，17為第三壓力傳感器，s1～s11為第一～十一電磁閥。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明一種變壓器油在線監(jiān)測高濃縮真空油氣分離裝置，具有定量室1、氣井2、油井3、脫氣室7、集氣室8、定量管14、耐真空氣泵12、驅(qū)動電機(jī)9以及連接上述部件的管路，其中集氣室8、耐真空氣泵12、定量管14形成真空脫氣機(jī)的氣路部分；定量室1的下端分別連接變壓器油箱出油口和脫氣室7，上端與氣井2相連；氣井2的上端與集氣室8相連，下端接至定量室1的上端及油井3的上端；油井3下端通過兩支管路分別與脫氣室7及變壓器油箱進(jìn)油口連接；脫氣室7和集氣室8由活塞10分隔開，驅(qū)動電機(jī)9與活塞10連接，以實現(xiàn)活塞10的上下動作；耐真空氣泵12連接于集氣室8與定量管14之間。在定量室1、氣井2、油井3、脫氣室7、集氣室8、定量管14以及耐真空氣泵12之間的管路上均設(shè)有電磁閥，各電磁閥接受控制裝置的控制信號實現(xiàn)開、合動作。

在定量管14與耐真空氣泵12之間設(shè)有第一排氣口，該第一排氣口位置通過電磁閥控制其開、閉；第一排氣口還設(shè)有用于排除空氣和污染性氣體的第一消聲器13；在定量管14終端管路上設(shè)有第二排氣口，該第二排氣口位置通過電磁閥控制其開、閉；第二排氣口還設(shè)有用于排除多余氣體的第二消聲器16。

本發(fā)明中共設(shè)置11個電磁閥，分別為設(shè)于定量室1和脫氣室7之間管路上的第一電磁閥s1，設(shè)于脫氣室7和油井3之間管路上的第二電磁閥s2，設(shè)于定量室1和氣井2之間管路上的第三電磁閥s3，設(shè)于氣井2和油井3之間管路上的第四電磁閥s4，設(shè)于定量室1和變壓器油箱出油口之間管路上的第五電磁閥s5，設(shè)于油井3和變壓器油箱進(jìn)油口之間管路上的第六電磁閥s6，設(shè)于氣井2與集氣室8之間管路上的第七電磁閥s7，設(shè)于集氣室的壓力平衡進(jìn)氣口處的第八電磁閥s8，設(shè)于耐真空氣泵12和集氣室8之間的第九電磁閥s9，設(shè)于耐真空氣泵12和定量管14之間的第十電磁閥s10，設(shè)于定量管14的第二壓力傳感器15和第二消聲器16之間的第十一電磁閥s11。

本發(fā)明中共有兩個消聲器，分別是設(shè)于定量管與耐真空氣泵之間的第十電磁閥的s10一個通路上的第一消聲器13和設(shè)于定量管終端管路上的第十一電磁閥s11一個通路上的第二消聲器16，兩個消聲器除了在放氣時消除噪聲外，還具有隔離外界雜質(zhì)及灰塵的作用。

本發(fā)明中具有三個光電液位開關(guān)，分別為設(shè)于定量室1頂部的第一光電液位開關(guān)4，設(shè)于氣井2頂部的第二光電液位開關(guān)5以及設(shè)于油井3底部的第三電液位開關(guān)6，三個光電液位開關(guān)的信號線與控制裝置的信號采集端相連。

本發(fā)明中具有三個壓力傳感器，分別為設(shè)于脫氣室、集氣室以及定量管的第一～三壓力傳感器11、15、17，其信號線與控制裝置的信號采集端相連。

脫氣室7和集氣室8為一體結(jié)構(gòu)，活塞10在其內(nèi)部滑動連接，形成相互密封的兩個空間。

本實施例中，耐真空氣泵12的出氣口通過s10與定量管14相連。第一壓力傳感器11和第二壓力傳感器15分別檢測集氣室8和定量管14的壓力；第十電磁閥s10和第十一電磁閥s11分別安裝有第一、二消聲器13、16，形成脫氣裝置的排氣通道。集氣室8、第九電磁閥s9、耐真空氣泵12、第十電磁閥s10和第十一電磁閥s11、定量管14、第一壓力傳感器11、第二壓力傳感器15、第一消聲器13、第二消聲器16組成了真空脫氣機(jī)的氣路部分。

本發(fā)明以單片機(jī)作為控制核心，其輸入端接收第一～三壓力傳感器11、15、17和第一～三光電液位開關(guān)4、5、6的檢測信號，輸出控制指令至驅(qū)動電機(jī)9、耐真空氣泵12以及第一～十一電磁閥s1～s11，根據(jù)壓力信號和液位信號，并引入時間元素，根據(jù)控制流程輸出控制指令至驅(qū)動電機(jī)9、耐真空氣泵12以及第一～十一電磁閥s1～s11，實現(xiàn)對各元件動作調(diào)控。

本發(fā)明變壓器油在線監(jiān)測高濃縮真空油氣分離方法，控制過程如下：

步驟1)啟動驅(qū)動電機(jī)9，將活塞10下拉至底部，同時打開第一、二、四、八電磁閥s1、s2、s4、s8，由于活塞下拉產(chǎn)生了真空度，將系統(tǒng)內(nèi)殘留的油樣吸入脫氣室7內(nèi)。第一光電液位開關(guān)5和第二光電液位開關(guān)6分別代表了氣井2和油井3的液位狀態(tài)，二者處于未觸發(fā)狀態(tài)，則代表系統(tǒng)內(nèi)殘留油樣被吸入到脫氣室內(nèi)7。接下來將活塞10上推至頂部，同時打開s2、s4、s6及s8，將殘油排出脫氣系統(tǒng)。

步驟2)啟動驅(qū)動電機(jī)9，將活塞10下拉至底部，同時打開第一、五電磁閥s1、s5，由于活塞下拉產(chǎn)生了真空度，將變壓器本體與變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)之間的油管路中油吸入脫氣室內(nèi)；接下來將活塞10上推至頂部，同時打開第二、四、六、八電磁閥s2、s4、s6、s8，將這部分排出脫氣系統(tǒng)，保證接下來取油時，可以取到當(dāng)前時刻變壓器當(dāng)中的油樣。

步驟3)打開第五電磁閥s5，由于系統(tǒng)真空度，變壓器油進(jìn)入定量室1。當(dāng)定量室1頂部的光電液位開關(guān)4動作，代表定量室1中進(jìn)滿油，以此完成精確進(jìn)樣。

步驟4)啟動耐負(fù)壓氣泵12，同時打開第七、九電磁閥s7、s9，氣路中存在的空氣和污染性氣體通過第十電磁閥s10上安裝的第一消聲器13排出系統(tǒng)。當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?1檢測到集氣室的壓力值小于4kpa，停止耐負(fù)壓氣泵12。

步驟5)啟動驅(qū)動電機(jī)9，將活塞10下拉至底部，同時打開第一、三電磁閥s1、s3，將定量室1中的變壓器油吸入脫氣室7中。同時，油中溶解的氣體在真空度的作用下落不明不斷脫出。

步驟6)啟動驅(qū)動電機(jī)9，將活塞10上推至頂部，同時打開第一、三、七電磁閥s1、s3、s7，將脫氣室7中的變壓器油重新推回到定量室1，同時由于氣路部分是真空狀態(tài)，脫出的氣體通過電磁閥s7進(jìn)入氣路，達(dá)到集氣室8。接著關(guān)閉電磁閥s7，避免油氣接觸，造成脫出氣體再次回溶的現(xiàn)象。

重復(fù)步驟5、步驟6五次，完成真空脫氣。

步驟7)啟動耐負(fù)壓氣泵12，同時打開第九、十、十一電磁閥s9、s10、s11，集氣室及氣路中儲存的脫出氣體被抽出至定量管內(nèi)。上一步驟完成后，脫出氣體處于低真空度、大體積狀態(tài)，本步驟氣體轉(zhuǎn)移后處于常壓、小體積狀態(tài)。

本實施例中，第十電磁閥s10為兩位三通閥，在單片機(jī)的控制下，實現(xiàn)耐真空氣泵12與定量管14連通或耐真空氣泵12通過第一消聲器13與大氣連通；第十一電磁閥s11為兩位兩通閥，在單片機(jī)的控制下，實現(xiàn)定量管14通過第二消聲器16與大氣連通。

本發(fā)明中，氣井2用于氣路的防護(hù)，其與第七電磁閥s7、第二光電液位開關(guān)5配合，當(dāng)?shù)诙怆娨何婚_關(guān)5檢測到氣井2中有油時，關(guān)斷第七電磁閥s7，避免氣井2中的油通過第七電磁閥s7進(jìn)入氣路部分。

油井3用于往油箱中排油，其與第二電磁閥s2、第六電磁閥s6以及第三光電液位開關(guān)6配合，使脫氣室7中的油通過第二電磁閥s2進(jìn)入油井3中，再通過第六電磁閥s6流回變壓器油箱中。

本實施例中，相鄰步驟中如涉及相同的電磁閥打開，則為在相鄰步驟中該電磁閥始終保持打開狀態(tài)，其他電磁閥則在時間控制下關(guān)斷，在某步驟中需要時再打開。

測試數(shù)據(jù)表明，氣體先、后濃度發(fā)生了10倍的變化。高濃縮比方式提高了脫出氣體的利用率，對低濃度油的檢測有很大意義。壓力傳感器11、15記錄定量管壓力變化值，用于氣體濃度計算。