一种应用于光声光谱原理油中溶解气体分析的脱气装置

摘要

本发明提出的一种应用于光声光谱原理油中溶解气体分析的脱气装置，实现变压器绝缘油的油气分离。本发明的装置主要由油缸、气缸、气室、油室、光声腔构成，通过真空脱气分离出的特征气体可被转移到光声腔内，供光声光谱检测使用。装置的油室、气室、光声腔为专用腔室部件，其中油室采用双孔底盖结构，配合液位传感器可实现安全回油。装置配置两对称油室，可实现双向回油、油路清洗功能，同时可避免单点采集油样，可实现油样的多点循环采集。

说明书

技术领域

本发明属于智能变电站在线监测领域，本发明提供了一种应用于光声光谱原理油中 溶解气体分析的脱气装置，利用真空脱气原理，可实现对变压器绝缘油中溶解气体的有 效分离。

背景技术

电力变压器是变电站内最重要的设备之一，变压器绝缘故障往往会带来巨大的经济 损失。在传统变电站中，一般通过预防性试验来判断变压器的绝缘状态，定期执行的预 防性试验同时存在检修过度和检修不足的问题，已不适应规模日益扩大的电网规模。在 智能变电站中，通过在线监测装置可实时反映变压器的绝缘状态，根据变压器的绝缘状 态可实现状态检修，避免定期检修带来的诸多弊端。

作为变压器绝缘故障早期预警最有效的手段，变压器油中溶解气体在线分析装置已 成功避免多次重大事故的发生。通过对变压器绝缘油中的H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、 CO、CO2等七种气体含量的测量和分析，可以根据已有经验对变压器绝缘状态做出有效 推断。在变压器油中溶解气体在线分析中大量应用的色谱法可实现七种特征气体的测 量，但其具有消耗载气、传感器和色谱柱易老化的缺点。光声光谱利用特征气体的固有 物理红外特性，可实现对特征气体的大范围精确测量，且无需载气等耗材。

在光声光谱原理的油中溶解气体分析装置中，脱气原理分为顶空脱气、真空脱气和 高分子渗透膜脱气。顶空脱气原理脱气率低，其中正压顶空还存在将气泡吹入变压器的 风险；高分子渗透膜脱气平衡时间较长，膜片易损坏；真空脱气脱气率高，平衡时间较 短，本专利涉及的脱气装置即为真空脱气原理。

中国专利申请号201310124234.2的专利记载了一种脱气装置原理，该脱气装置应用 于有载气的气相色谱装置，不适用与光声光谱原理装置，且不具备双向安全回油功能。

发明内容

为解决变压器油中溶解气体分析中的油气分离难题，本发明提出了一种应用于光声 光谱原理油中溶解气体分析的脱气装置。本发明具体采用以下技术方案。

一种应用于光声光谱原理油中溶解气体分析的脱气装置，包括一油缸1、两油室2 和3、一气室4、一光声腔5、一气缸6，以及多个电磁阀S1～S9；其特征在于：

所述油室一2下端一侧的油孔通过第一电磁阀S1与变压器油箱连接，另一侧油孔通 过第二电磁阀S2与油缸1连接；

所述油室二3下端一侧的油孔通过第三电磁阀S3与油缸1连接，另一侧油孔通过第 四电磁阀S4与变压器油箱连接；

所述气室4下端一侧的开孔通过第五电磁阀S5与油室一2的上端连接，另一侧开孔 通过第六电磁阀S6与油室二3的上端连接；

所述光声腔5的进气孔通过第七电磁阀S7与气室4的上端连接，出气孔通过第八电 磁阀S8与气缸6连接；

所述气缸)还与第九电磁阀S9连接，形成装置的排气口。

本发明还可以进一步优选以下技术方案。

光声腔通过第七电磁阀S7和第八电磁阀S8串联在气室和气缸之间，脱气过程中光 声腔作为特征气体收集腔室的一部分。

油室一、油室二结构相同，均由上端盖、侧壁、下端盖构成，在下端盖上安装有液 位传感器，液位传感器高出下端盖内表面，在液位传感器两侧各有一个油孔，两油孔结 构位置对称，油孔直径2mm，具备90度转弯，开口向上。

油室一2及与其相连接的第一电磁阀S1、第二电磁阀S2，和油室二3及与其相连接 的第三电磁阀S3、第四电磁阀S4对称布置在油缸1两侧，脱气过程中既可以通过油室 一2进行回油，又可以通过油室二3进行回油，装置具备双向回油结构。

本发明具有以下有益技术效果：

1、本发明的脱气装置适用于光声光谱原理油中溶解气体分析设备，采用真空原理完 成脱气。光声腔作为特征气体收集腔室的一部分，在取油量相同条件下，可使用体积较 小的气室，减小装置的体积、降低装置的成本。光声腔采用串联结构，通过电磁阀S7 和S8的状态以及气缸活塞位置的配合，在脱气过程中可实现特征气体收集腔室体积的 多种变化，从而实现特征气体的多种分配系数，有利于提高特征气体从低浓度到高浓度 全量程分析的精度。

2、本发明的脱气装置具备双向回油功能，通过定期变换回油方向，能够实现对脱气 装置油管路的清洗，避免管路卡塞，避免微小杂质沉积并进入油缸，从而大大提高油缸 寿命。

附图说明

图1是本发明脱气装置结构示意图；

图2为本发明脱气装置中的油室结构图。

图3为本发明脱气装置中的光声腔结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

如图1所示，本发明的脱气装置包括油缸1、油室2，3、气室4、光声腔5、气缸6、 电磁阀S1～S9及控制各电磁阀动作的电子控制设备(未在图中画出)。油室一下端一侧 的油孔通过电磁阀S1与变压器油箱连接，另一侧油孔通过电磁阀S2与油缸连接；油室 二下端一侧的油孔通过电磁阀S3与油缸连接，另一侧油孔通过电磁阀S4与变压器油箱 连接；气室下端一侧的开孔通过电磁阀S5与油室一的上端连接，另一侧开孔通过电磁 阀S6与油室二的上端连接；光声腔的进气孔通过电磁阀S7与气室的上端连接，出气孔 通过电磁阀S8与气缸连接；气缸还与电磁阀S9连接，形成装置的排气口。

如图2所示，为本发明脱气装置中的油室结构图。油室由上端盖、侧壁、下端盖构 成，在下端盖上安装有液位传感器，液位传感器高出下端盖内表面，各有一个油孔，两 油孔结构位置对称，油孔直径2mm，具备90度转弯，开口向上。

油室中液位传感器可检测油室内部是否有油，待液位传感器检测到有油时，油室内 的油一定已没过油孔，从油室流向变压器油箱的油均是向下流入油孔，油中气泡将会漂 浮在油室内的油面上，不会进入变压器内部。

两油孔结构位置对称，布置于液位传感器的两侧，任一个油孔可作为回油出口，便 于实现双向回油。变压器油从一个油孔进入安全回油腔室的油必须绕过液位传感器才可 能到达另一个油孔，由于液位传感器的阻隔，气泡在靠近另一个油孔前均已上浮，保证 安全回油。

如图3所示，为发明脱气装置中的光声腔结构示意图。光声腔采用圆柱形设计，使 用硒化锌为材料的红外透射窗片密封。光声腔两端的底部分别开有进气孔和出气孔，进 气孔和出气孔通过电磁阀分别与气室和气缸连接，光声腔的底部和顶部设置有微音器。

基于本发明公开的脱气装置，本发明还公开了一种油中溶解气体脱气方法，其特征 在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将所有电磁阀关闭，油缸1、气缸6的活塞都位于顶部；

(2)将油室一2和气室4排空，打开第二电磁阀S2、第五电磁阀S5，控制油缸1 活塞下移，将油室一2和气室4中的残油吸入油缸1内；

(3)关闭第二电磁阀S2和第五电磁阀S5，打开第三电磁阀S3和第四电磁阀S4， 控制油缸1活塞上移，将油缸1内的残油通过油室二3排回至变压器油箱内；

(4)关闭第三电磁阀S3和第四电磁阀S4，打开第二电磁阀S2、第五电磁阀S5和 第七电磁阀S7，控制气缸6活塞下移，先将油室一2抽成真空；关闭第二电磁阀S2和 第七电磁阀S7，打开第一电磁阀S1，变压器油箱内的新油进入油室一2内，待气室4 的液位传感器检测到有油时立刻关闭第一电磁阀S1和第五电磁阀S5；

(5)打开第九电磁阀S9，控制气缸6活塞上移至顶部；打开第八电磁阀S8，使光 声腔5与外部空气平衡，光声腔内充满空气；关闭第九电磁阀S9，控制气缸6活塞下移 将光声腔5抽成真空；关闭第八电磁阀S8，打开第九电磁阀S9，控制气缸6活塞返回 顶部位置，最后关闭第九电磁阀S9；

(6)打开第二电磁阀S2、第五电磁阀S5，控制油缸1活塞下移至底部，将油室一 2中的新油抽入油缸1内，控制气缸6活塞下移至底部，使气缸6内保持真空状态，此 时打开第七电磁阀S7、第八电磁阀S8，开始真空脱气过程，脱气完成后，特征气体将 扩散至光声腔内，关闭第二电磁阀S2、第五电磁阀S5，进行特征气体分析；

(7)关闭第七电磁阀S7、第八电磁阀S8，打开第九电磁阀S9，控制气缸活塞上移 将气缸排空，最后关闭第九电磁阀S9。

其中步骤(5)可反复多次，对光声腔进行多次清洗。以上步骤中将油室一作为进油 室，油室二作为回油室完成脱气过程。也可以将油室二作为进油室，油室一作为回油室， 按照相同步骤相应的完成脱气过程，实现脱气装置的双向进、回油功能。

脱气过程中特征气体从变压器油中分离出来后，扩散至气室、光声腔和气缸内，扩 散平衡后光声腔内的特征气体分压与气室和气缸内相同，光声腔内特征气体的分配系数 为参与收集特征气体腔室的体积比。在上述工程过程第6步骤中，可通过以下3种方式 下实现不同的分配系数：1、电磁阀S7、S8均打开，气缸活塞位于底部；2、电磁阀S7、 S8均打开，气缸活塞位于顶部；3、电磁阀S7、S8均打开，气缸活塞位于底部平衡后， 关闭电磁阀7，控制气缸活塞移至顶部。其中，方式1用于测量高浓度组分，方式2用 于测量中浓度组分，方式3用于测量低浓度组分。通过3种分配系数可从源头上实现浓 度的多放大倍数，提高特征气体从低浓度到高浓度全量程分析的精度。

本发明的脱气装置结合光声光谱原理的油中溶解气体分析特点设计，并具备诸多优 点，任何在本发明原理范围内的修改、改进都属于本发明的保护范围。