專利名稱：變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力工程技術(shù)領(lǐng)域的油氣分離裝置，具體涉及一種基于 超聲振蕩原理的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，社會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提出了更高的要求。電氣 設(shè)備故障，尤其是電力變壓器故障， 一直是危害電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的主要因素。因 此，對電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測顯得尤為重要，直接關(guān)系到電網(wǎng)的 穩(wěn)定可靠運(yùn)行,然而變壓器在線監(jiān)測的第一步也是最重要的一步就是如何將溶解在 變壓器油中的故障特征氣體實(shí)時快速地分離出來。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，孫才新等所著的《電氣設(shè)備油中氣體在線 監(jiān)測與故障診斷》 一書(科學(xué)出版社，2003年第一版，北京)提到，目前，為了 實(shí)現(xiàn)變壓器油中溶解氣體的實(shí)時或定時監(jiān)測來達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)故障的目的，近十幾年 來，國內(nèi)外都致力于在線監(jiān)測及診斷設(shè)備的研制，相繼研制出了一些具有很好的實(shí) 用價值的油中溶解氣體在線監(jiān)測及診斷裝置。其中，國內(nèi)外各個科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也 專門針對變壓器在線監(jiān)測中所用到的油氣分離裝置做了大量的研究。但是，各個裝 置都仍然存在一些不足之處。
(1) 以高分子聚合物分離膜透氣的油氣分離裝置，裝置簡單，主要部件就是 一個聚四氟乙烯膜或聚六氟乙烯膜。即以高分子膜作為變壓器油和樣氣室之間的分 隔，根據(jù)亨利定律，油中溶解氣體透過分離膜進(jìn)入氣室，直到氣室內(nèi)的氣體濃度和 油中氣體濃度達(dá)到平衡。但是，需要十幾甚至幾十個小時，才能分離，而且分離還 不是很徹底。此外，高分子透氣膜受到變壓器油的長時間浸泡后，將導(dǎo)致膜的變形 和變質(zhì)，從而要求工作人員過一段時間后就要進(jìn)行高分子膜的更替。
(2) 基于抽真空原理的油氣分離裝置，利用小型電機(jī)帶動波紋管反復(fù)壓縮， 多次抽真空，將油中溶解氣體抽出來，廢油仍回到變壓器中，雖然每次測試需要
340min，測試周期可在l-99h或l-99年內(nèi)調(diào)諧，但由于積存在波紋管空隙里的殘油 很難完全排出，將污染下次檢測時的油樣，不能真實(shí)地測出油中溶解氣體組分含量 及其變化趨勢，同時分離不夠徹底，某些氣體很難分離出來。
(3)采用空氣循環(huán)法的油氣分離裝置，日本日新電機(jī)株式會社研制出了一種 空氣循環(huán)取氣方法，采用閉合管路裝置，利用循環(huán)泵向油中吹入定量的空氣，當(dāng)油 中的氫氣濃度和空氣中的氫氣濃度達(dá)到平衡之前，空氣一直是循環(huán)的，循環(huán)時間約 3min。然后，將含有氫氣的空氣送入回收容器被檢測。但是，由于油氣分離過程中 需要引入空氣，空氣中的各種氣體不可避免地要對被檢測氣體造成污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種變壓器在線監(jiān)測油氣分 離裝置。本發(fā)明基于超聲振蕩原理，通過在線取油回油的方式對變壓器油樣進(jìn)行及 時采集，首先開啟真空泵抽氣，油氣分離室中形成真空環(huán)境，然后開啟進(jìn)油口的電 磁閥注入一定的油樣，當(dāng)油樣上升到一定高度時，觸發(fā)液位檢測器，同時開啟超聲 振蕩器，在超聲振蕩器的作用下進(jìn)行油氣分離。整個裝置的電磁閥，真空泵，回油 泵均通過PLC控制模i央控制。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括油氣分離室、真空泵、超 聲振蕩器、回油泵、PLC控制模塊、電磁閥、液位檢測器、油氣過濾器、限流閥、 連接管，其中油氣分離室進(jìn)油口外接變壓器的取油閥，油氣分離室進(jìn)氣口通過連 接管與真空泵連接，油氣分離室回油口與回油泵連接，油氣分離室出氣口外接變壓 器在線監(jiān)測的氣體檢測裝置入口連接，超聲振蕩器設(shè)置于油氣分離室的下部，外接 PLC控制模塊，電磁閥分別設(shè)置在油氣分離室外部，油氣過濾器設(shè)置在油氣分離室 外部，液位檢測器設(shè)置于油氣分離室內(nèi)側(cè)與PLC控制模塊相連，PLC控制模塊輸入 端子外接傳感器輸出端子，PLC控制模塊輸出信號控制電磁閥和回油泵，真空泵一 端與油氣分離室連接，另一端與外界大氣相通排氣，連接管用于構(gòu)成氣路系統(tǒng)，限 流閥設(shè)置于油氣分離室出氣口外。
所述的油氣分離室為圓柱形，油氣分離室的底座設(shè)置有超聲振蕩器，油氣分 離室頂部設(shè)置有進(jìn)油口和進(jìn)氣口，下部設(shè)置有回油口，油氣分離室的上部側(cè)面設(shè)置 有出氣口，其中進(jìn)油口可以通過不銹鋼管與變壓器的取油閥相連接，進(jìn)氣口通過連接管與真空泵的排氣口相連接，回油口外側(cè)通過電磁閥及不銹鋼管與回油泵相連 接，出氣口通過連接管與變壓器在線監(jiān)測的氣體檢測裝置入口相連接。油氣分離室 具有很好的氣密性，且油氣分離室內(nèi)壁需要拋光，防止油樣粘附在油氣分離室內(nèi)壁 造成對新油樣的污染。
所述的超聲振蕩器包括超聲電源、放大器、匹配器、超聲換能器。超聲電 源的輸出端子和放大器的輸入端子串聯(lián)，超聲電源的開關(guān)與PLC控制模塊通過電線 相連接，放大器的輸出端子和匹配器串聯(lián)，匹配器的輸出端與超聲換能器相連，實(shí) 現(xiàn)電信號到超聲波信號的順序轉(zhuǎn)換；各個組成部分由下到上依次排列安裝，通過電 線相連接。本發(fā)明采用壓電陶瓷片作為超聲換能器，通過膠帶將壓電陶瓷片固定于 油氣分離室的底部。超聲電源用于產(chǎn)生超聲頻率的電能信號，放大器可以對超聲電 源產(chǎn)生的振蕩信號放大到所需要的電平，匹配器同時實(shí)現(xiàn)阻抗變換和調(diào)諧，即選用 一定值的電抗元件，使之在工作頻率上與負(fù)載中的電抗成分諧振，只有在同時進(jìn)行 了阻抗變換和調(diào)諧之后，整個系統(tǒng)才算是達(dá)到了匹配，超聲換能器才能正常工作。
超聲振蕩器在壓電陶瓷片的正反表面上進(jìn)行極化，覆蓋上一層激勵電極，作 為壓電振子，該壓電振子具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。超聲振蕩器的壓電振子相 當(dāng)于一個電容(具有容抗作用)，在超聲發(fā)射電路中與線圈形成并聯(lián)諧振，得到高 頻激勵電壓，產(chǎn)生機(jī)械振動和超聲波。超聲換能器上施加的交變電壓的頻率與超聲 換能器的壓電振子的固有頻率相等時，才能獲得最大的機(jī)械振動。本發(fā)明初步設(shè)置 為20kHz的超聲振蕩頻率作為脫氣頻率。
所述的回油泵，設(shè)置在油氣分離室的外側(cè)，回油泵還可以通過不銹鋼管和變 壓器的另一取油口相連?；赜捅玫墓δ苁怯脕韺⒁呀?jīng)脫氣徹底的油樣再泵回到變壓 器中去?；赜捅猛瑯邮峭ㄟ^PLC控制模塊來控制的。
所述的真空泵設(shè)置于裝置的最末端，其排氣口接有一個連接管，真空泵一端 通過電磁閥和連接管與油氣分離室的進(jìn)氣口相連接，另一端通過電磁閥與外界大氣 相通用來排氣。且真空泵的入口通過電磁閥和變壓器在線監(jiān)測氣體檢測樣氣室的出 氣口相連接。真空泵能保證儀器每次測量之前均處于很好的真空狀態(tài)，同時還可以 為被檢測氣體的循環(huán)流動提供動力。
所述的PLC控制模塊作為整套裝置的控制模塊，起到對整套裝置的所有電磁闊，真空泵，回油泵的控制作用。本發(fā)明PLC控制模塊選用通過選用現(xiàn)有技術(shù)解 決，根據(jù)整個脫氣的流程進(jìn)行設(shè)定工作時間和開關(guān)次序。
本發(fā)明通過在線取油回油的方式對變壓器油樣進(jìn)行及時采集，油氣分離室具有 很好的氣密性，且油氣分離室內(nèi)壁拋光，能有效防止油樣粘附在油氣分離室內(nèi)壁造 成對新油樣的污染；真空泵能夠儀器保證每次測量之前均處于良好的真空狀態(tài)，從 而克服了目前采用空氣循環(huán)法的油氣分離裝置所帶來的空氣中的氣體對被檢測氣 體造成污染的缺陷；整個裝置的電磁閥，真空泵，回油泵的控制均通過PLC控制 模塊控制，具有體積小巧，設(shè)置方便，且脫氣效率高等優(yōu)點(diǎn)。
圖1是本發(fā)明實(shí)例及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明超聲振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明設(shè)置實(shí)例示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范 圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括進(jìn)油口 1，電磁閥2,進(jìn)氣口 3,電磁閥4,出氣口 5，電磁閥6,限流閥7,油氣分離室8，液位檢測器9，真空泵10，電磁閥11， T形管12， 超聲振蕩器13， PLC控制模塊14，回油泵15，電磁閥16,回油口 17，聚四氟乙烯管 18,電磁閥19，屏蔽箱20,進(jìn)油閥外接端子21，真空泵外接端子22，出氣閥外接端子 23,回油泵外接端子24,排氣口25，油氣過濾器30，其中
油氣分離室8位于屏蔽箱20內(nèi)，進(jìn)油口 1及電磁閥2可以通過進(jìn)油閥外接端 子21與變壓器相連接；油氣分離室8的回油口 17經(jīng)過電磁閥16，通過回油泵外 接端子24與回油泵15相連接，油氣分離室8的進(jìn)氣口 3經(jīng)電磁閥4通過T形管 12和聚四氟乙烯管18與真空泵10相連，油氣分離室的出氣口 5經(jīng)電磁闊6和油 氣過濾器30及限流閥7與出氣閥外接端子23相連，且在出氣口 5和出氣閥外接端 子23的任意位置處可以設(shè)置油氣過濾器30，防止油氣污染氣體成分檢測器；超聲 振蕩器13設(shè)置于油氣分離室8的下部；液位檢測器9設(shè)置于油氣分離室8的側(cè)壁高度方向約3/4處，且液位檢測器9通過電線與PLC控制模塊14相連，PLC控制 模塊14位于屏蔽箱20的右側(cè)位置，PLC控制模塊14的輸入端子外接傳感器輸出 端子，真空泵10的抽氣端經(jīng)由電磁閥11和真空泵外接端子22相連，限流閥7設(shè) 置于油氣分離室8的出氣口 5外。
本實(shí)施例中，油氣分離室8為圓柱形，底座設(shè)置有超聲振蕩器13，油氣分離 室8頂部設(shè)置有進(jìn)油口 1和進(jìn)氣口 3,下部設(shè)置有回油口 17，油氣分離室8的上部 側(cè)面設(shè)置有出氣口 5，其中進(jìn)油口 1可以通過不銹鋼管與變壓器的取油閥26相連 接，進(jìn)氣口 3通過聚四氟乙烯管18與真空泵10的排氣口 25相連接，回油口 17外 側(cè)通過電磁閥16及不銹鋼管與回油泵15相連接，出氣口 5經(jīng)電磁閥6和油氣過濾 器31及限流閥7與出氣閥外接端子23相連接，而出氣閥外接端子23與氣體分析儀 29相連接。油氣分離室8具有很好的氣密性，且油氣分離室8內(nèi)壁需要拋光，防 止油樣粘附在油氣分離室8內(nèi)壁造成對新油樣的污染。
如圖2所示，本實(shí)施例中的超聲振蕩器13包括，超聲電源32，放大器33， 匹配器34，超聲換能器35。超聲電源32位于整個超聲振蕩器13的最下部，用于 產(chǎn)生超聲頻率的電能信號，而且它的開關(guān)與PLC控制模塊14通過電線相連接，可 以通過PLC控制模塊14來靈活控制超聲振蕩器13的正常工作，放大器33位于超 聲電源32的正上方位置，超聲電源32的輸出端子與放大器33的輸入端子通過電 線連接，放大器33可以將超聲電源32激發(fā)出的超聲電能信號進(jìn)一步放大到超聲換 能器35正常工作所需的電平。放大器33的輸出端與匹配器34的輸入端口通過電 線連接，匹配器34位于放大器33的上方，匹配器34—方面實(shí)現(xiàn)阻抗變換的功能， 另一方面實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的功能，從而使得超聲換能器35和匹配器34在超聲電能信號的 作用下實(shí)現(xiàn)并聯(lián)諧振。超聲換能器35由壓電陶瓷片上下覆蓋銅皮構(gòu)成，與匹配器 34通過電線相互并聯(lián)，構(gòu)成一個并聯(lián)諧振電路，其特征頻率為20kHz。當(dāng)經(jīng)過放大 器33放大后的電信號流過超聲換能器35和匹配器34時，超聲換能器35和匹配器 34即在超聲電能信號的作用下發(fā)生并聯(lián)諧振，從而發(fā)射出超聲波信號。當(dāng)該超聲 波信號傳入到油氣分離室8中時，變壓器即在該超聲波信號的作用下進(jìn)行振蕩脫 氣。
本實(shí)施例中，PLC控制模塊14作為整套裝置的控制模塊，所有電磁閥2， 4，6， 11， 16， 19及限流閥7、真空泵10、回油泵15及液位檢測器9和超聲振蕩器 13都通過電線與PLC控制模塊14的特定輸入、輸出端相連接，本實(shí)施例中，PLC 控制模塊14采用的是西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC S7-200型號的PLC控制器進(jìn)行 編程控制的，根據(jù)整個脫氣的流程進(jìn)行設(shè)定工作時間和開關(guān)次序。而且PLC控制模 塊14具有易擴(kuò)展，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其它可編程邏輯器件或計算 機(jī)等具有通信接口的裝置進(jìn)行連接。
本實(shí)施例中，回油泵15設(shè)置在油氣分離室8的外側(cè)，回油泵15還可以通過 不銹鋼管和變壓器的另一取油口 27相連。回油泵15的功能是用來將已經(jīng)脫氣徹底 的油樣再泵回到變壓器中去。
本實(shí)施例中，真空泵10設(shè)置于變壓器的最末端，其排氣口接有一個T形管12， 真空泵10 —端通過電磁閥4和聚四氟乙烯管18與油氣分離室的進(jìn)氣口 3相連接， 另一端通過電磁閥19與外界大氣相通用來排氣。且真空泵的入口通過電磁閥11和 氣體分析儀29的出氣口相連接。真空泵10能保證變壓器每次測量之前均處于很好 的真空狀態(tài)，同時還可以為被檢測氣體的循環(huán)流動提供動力。
本實(shí)施例中，所有電磁閥2， 4， 6， 11, 16， 19及限流閥7、真空泵10、回 油泵15及液位檢測器9和超聲振蕩器13都通過電線與PLC控制模塊14的特定輸 入、輸出端相連接，通過對PLC控制模塊14編程對油氣分離裝置的各個部件進(jìn)行 控制，而且PLC控制模塊14具有易擴(kuò)展，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其它 可編程邏輯器件或計算機(jī)等具有通信接口的裝置進(jìn)行連接。
本實(shí)施例中，系統(tǒng)工作時，首先開啟閥門4， 6， 7， 11，而電磁閥2， 16， 19 處于關(guān)閉狀態(tài)，然后，啟動真空泵10，對整個油氣分離室8及所有管路系統(tǒng)進(jìn)行 抽真空，以保證油氣分離室8在油氣分離之前具有很好的真空度，從而提高檢測靈 敏度；當(dāng)抽真空完畢后，則關(guān)閉閥門4， 6及真空泵10，并開啟電磁閥2向油氣分 離室8中注油，其中電磁閥2為注油閥，設(shè)置于油氣分離室8的頂部。當(dāng)油氣分離 室中的油樣達(dá)300ml時，將觸發(fā)液位檢測器9，從而液位檢測器9通過PLC控制模 塊14將關(guān)閉電磁閥2，同時啟動超聲振蕩器13，對油樣進(jìn)行超聲脫氣，PLC控制 模塊預(yù)先定時lmin左右后，便可開啟閥門4， 6， 7， 11，同時開啟真空泵10，此 時真空泵10的氣流速度通過限流閥7調(diào)節(jié)為為50ml/min，可以很好地保證氣流的連續(xù)流動性，對被檢測油樣進(jìn)行循環(huán)脫氣，直到脫氣完全時，即可關(guān)閉超聲振蕩器 13和真空泵10，同時開啟電磁閥16和回油泵15將脫氣后的油樣泵回到變壓器中
去，油樣排空后則可開始下一次采油及脫氣。
如圖3所示，按以下操作設(shè)置本實(shí)施例的裝置，首先對變壓器28尋找特定的 兩個位置開孔，上部作為取油閥26，下部作為回油閥27，其中取油閥26可以通過不 銹鋼管與油氣分離裝置的進(jìn)油閥外接端子21相連，回油閥27可以通過不銹鋼管與 油氣分離裝置的回油泵外接端子24相連，油氣分離裝置的排氣口 25與外界大氣相 通，用于抽真空時排氣，真空泵外接端子22與氣體分析儀29的出氣口相連，出氣 閥外接端子23與氣體分析儀29的進(jìn)氣口相連，從而形成一個閉合的氣路循環(huán)系統(tǒng)。
本實(shí)施例的有益效果和特點(diǎn)
1、 油氣分離室采用不銹鋼做材料，內(nèi)壁通過拋光液進(jìn)行拋光，且具有很好的 氣密性，能有效防止油樣粘附在油氣分離室內(nèi)壁造成對新油樣的污染；
2、 油氣分離室的出氣口和出氣閥外接端子的任意位置處可以設(shè)置油氣過濾 器，防止油氣污染氣體成分檢測器；
3、 真空泵，對整個油氣分離室及所有管路系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，以保證油氣分離 室在油氣分離之前具有很好的真空度，從而提高檢測靈敏度；
4、 利用抽真空和超聲振蕩原理相結(jié)合的方法進(jìn)行油氣分離，脫氣效率更高， 更快；
5、 PLC控制模塊對油氣分離裝置的各個部件進(jìn)行統(tǒng)一控制，而且PLC控制模 塊具有易擴(kuò)展，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其它可編程邏輯器件或計算機(jī)等 具有通信接口的裝置進(jìn)行連接。
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權(quán)利要求
1、一種變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，包括油氣分離室、真空泵、回油泵、電磁閥、液位檢測器、油氣過濾器、限流閥、連接管，其特征在于還包括超聲振蕩器、PLC控制模塊，其中油氣分離室進(jìn)油口外接變壓器的取油閥，油氣分離室進(jìn)氣口通過連接管與真空泵連接，油氣分離室回油口與回油泵連接，油氣分離室出氣口外接端子與變壓器在線監(jiān)測的氣體檢測裝置的入口連接，超聲振蕩器設(shè)置于油氣分離室的下部，外接PLC控制模塊，電磁閥分別設(shè)置在油氣分離室外部，油氣過濾器設(shè)置在油氣分離室外部，液位檢測器設(shè)置于油氣分離室內(nèi)側(cè)與PLC控制模塊相連，PLC控制模塊輸入端子外接傳感器輸出端子，真空泵一端與油氣分離室連接，另一端與外界大氣相通排氣；限流閥設(shè)置于油氣分離室出氣口外；所述超聲振蕩器包括，超聲電源、放大器、匹配器、超聲換能器，其中，超聲電源的輸出端子和放大器的輸入端子串聯(lián)，超聲電源的開關(guān)與PLC控制模塊通過電線相連接，放大器的輸出端子和匹配器串聯(lián)，匹配器的輸出端與超聲換能器相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，其特征是，油氣分 離室頂部設(shè)置有進(jìn)油口和進(jìn)氣口，下部設(shè)置有回油口，上部側(cè)面設(shè)置有出氣口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，其特征是，所述油氣分離室為圓柱形，材料為不銹鋼。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，其特征是，所 述油氣分離室，容積為400ml。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，其特征是，所 述油氣分離室的內(nèi)壁為拋光面。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，其特征是，所述超 聲振蕩器，采用壓電陶瓷片作為超聲換能器，壓電陶瓷片固定于油氣分離室的底 部。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種電力工程技術(shù)領(lǐng)域的變壓器在線監(jiān)測油氣分離裝置，本發(fā)明包括油氣分離室、真空泵、超聲振蕩器、回油泵、PLC控制模塊、電磁閥、液位檢測器、油氣過濾器、限流閥、連接管。通過PLC模塊控制各個電器部件相互配合，實(shí)時工作。本發(fā)明利用抽真空和超聲振蕩原理相結(jié)合的方法進(jìn)行油氣分離，脫氣效率更高，更快。同時裝置自動化程度高，體積小巧，便于設(shè)置，十分適用變壓器等油浸式設(shè)備的基于油中溶解氣體的故障檢測。
文檔編號B01D19/00GK101546646SQ20091004824
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者毅 尹, 王俏華, 賀紹鵬, 煜 鄭 申請人:上海交通大學(xué)