阅读说明：本技术 一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统 (Transformer oil chromatogram on-line monitoring system based on vacuum agitator ) 是由 冯跃 于 2019-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统,包括：油气分离器、冷阱、色谱柱、气敏传感器和主控制器,油气分离器通过输油管路与变压器相连,输油管路上设置有密封阀门；油气分离器的输出端经过冷阱连接至色谱柱；气敏传感器一端与色谱柱相连,另一端与主控制器电性连接；油气分离器内设置有超声脱气装置,超声脱气装置包括油室、步进电机、活塞和超声振荡器,活塞设置在油室内,活塞的一侧与步进电机相连,超声振荡器设置在油室底端。本发明自动化程度高,能够实现变压器油溶解气体的快速有效分离,提高了监测系统数据的准确性,保证了变压器能够安全稳定运行。(The invention discloses a transformer oil chromatogram on-line monitoring system based on a vacuum stirrer, which comprises: the oil-gas separator is connected with the transformer through an oil pipeline, and a sealing valve is arranged on the oil pipeline; the output end of the oil-gas separator is connected to a chromatographic column through a cold trap; one end of the gas sensor is connected with the chromatographic column, and the other end of the gas sensor is electrically connected with the main controller; an ultrasonic degassing device is arranged in the oil-gas separator and comprises an oil chamber, a stepping motor, a piston and an ultrasonic oscillator, the piston is arranged in the oil chamber, one side of the piston is connected with the stepping motor, and the ultrasonic oscillator is arranged at the bottom end of the oil chamber. The invention has high automation degree, can realize the quick and effective separation of the dissolved gas of the transformer oil, improves the accuracy of the data of the monitoring system and ensures that the transformer can safely and stably operate.)

一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统

技术领域

本发明属于变压器技术领域，更具体的说是涉及一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统。

背景技术

我国电力行业正在向大机组、大容量、高电压等级电网发展，对电力安全、经济运行提出了更高要求电力高压设备是电网稳定可靠运行的关键对保障社会正常生产和企业正常运行具有重要意义。高电压、大容量的电力变压器是输变电系统中最关键的设备，在实际运行中会受到电、热、机械、环境等各种因素的影响，绝缘性能可能发生劣化，安全性能下降，甚至导致发生故障，从而引起局部乃至大面积停电等重大电力事故，造成巨大的直接或间接经济损失和社会影响。因此，对电力高压设备进行必要的监测，保证其稳定运行，对电力系统运行的可靠性、安全性具有重要意义。

实施电力变压器故障诊断，对于提高整个电力系统安全运行的可靠性是非常必要的。变压器存在局部过热或局部放电时，故障部位的绝缘油或固体绝缘物将会分解出小分子烃类气体(如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等)和其他气体(如H2、CO、CO2等)。上述每种气体在油中的浓度和油中可燃气体的总浓度(TCG)均可作为变压器设备内部故障诊断的指标。

一直以来油中溶解气体采用气相色谱法分析作为故障诊断的常用方法来判断油浸类电力设备的运行状况。其主要优点是能够提供油中溶解的各种气体浓度的定量分析。但其操作过程复杂，需要大量熟练的专业人员进行跟踪检测分析。另外，为了使气相色谱能够稳定地工作，需要较长的准备时间(一般需提前几个小时通载气使气流稳定)，从而导致较高的运行管理费用。随着我国电力向大电网、大机组、高容量、高电压等级的迅猛发展，对关键电力设备运行状态的实时把握提出越来越高的技术要求，变压器油色谱在线监测从本质上改变了传统的变压器油检测方式，不但提高了企业管理运营效率，也有效保障了变压器运行的安全可靠性。

变压器油色谱在线监测系统中的油气分离装置对于变压器绝缘油中气体组分检测以及变压器安全起到至关重要的作用。油气分离装置使用的原理可以直接影响脱气效率，如果脱气效率低，则检测结果不能代表变压器绝缘油中气体的真实情况，可引起误报警或者漏报警。

目前常用的油气分离方法主要有薄膜/毛细管渗透法、真空脱气法、顶空分离法。薄膜/毛细管渗透法的平衡时间较长，虽然日常的维护工作量较小，但需要定期进行更换，以免薄膜老化或受油中杂质的污染导致渗透效率下降，运行维护费用较高。真空脱气法油气分离速度快、可实现连续脱气，但对于油中气泡的处理效率不高，容易引起误报警或漏报警。顶空分离法分为静态顶空式和动态顶空式，静态顶空式具有效率高、重复性好的优点；采用循环取油方式，油样具有代表性；但由于顶空方式的油样与气样之间没有隔离，脱出的气样中会含有少量的油蒸汽，会对色谱柱产生污染，降低色谱柱的使用寿命。动态顶空式的脱气速度、效率和重复性较高，但由于要不断通入载气，不能使用循环油样，以免载气进入变压器本体油箱，因此油样代表性差，且需要不断的通入载气且不能使用循环油样，对载气的消耗较大。

另外在变压器油色谱在线监测技术领域，市场上的同类产品都需要外置载气瓶，以供油色谱脱气和气相分离。载气瓶存在储气量变化的缺点。根据国家电网的最新指导意见(变电设备在线监测装置质量提升方案)中提到，变压器油色谱监测周期是2个小时，即现场设置每两个小时采样一次。通过连续的不间断的测量，以发现突发性故障特征气体升高的现象。根据以前的导则要求，变压器油色谱采样装置的采集周期是每天一次，而现在的目标最少每天12次，这使每瓶载气的使用寿命由半年缩短为一个月。其中载气的使用频率高，使得每瓶载气的实际使用周期大大降低，不得不频繁更换载气。这远远满足不了现场的使用要求。

因此，如何提供一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统，自动化程度高，能够实现变压器油溶解气体的快速有效分离，提高了监测系统数据的准确性，保证了变压器能够安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统，包括：油气分离器、冷阱、色谱柱、气敏传感器和主控制器，所述油气分离器通过输油管路与变压器相连，且所述输油管路上设置有密封阀门；所述油气分离器的输出端经过所述冷阱连接至所述色谱柱；所述气敏传感器一端与所述色谱柱相连，另一端与所述主控制器电性连接；所述油气分离器内设置有超声脱气装置，所述超声脱气装置包括油室、步进电机、活塞和超声振荡器，所述活塞设置在所述油室内，且所述活塞的一侧与所述步进电机相连，所述超声振荡器设置在所述油室底端。

进一步，所述主控制器通过通讯网络连接有上位机，所述上位机实现数据的处理分析，并将分析数据传输至数据库、显示器、谱图制定装置以及故障诊断系统。通过上位机将分析数据传输至数据库进行数据存储，便于后续数据的分析、导出、调用等；通过显示器可直观地显示出经上位机处理分析得出的分析数据；通过图谱制定装置可将分析数据以谱图的形式呈现出来；通过故障诊断系统可根据分析数据得出变压器出现故障的原因，并进行故障诊断处理。

进一步，在所述油室顶端设置有出气管路，所述出气管路上设置有电磁阀，所述电磁阀一端连接有气体浓度检测装置，另一端连接有排气管路；所述气体浓度检测装置和所述电磁阀电性连接有副控制器。体浓度检测装置对气体的浓度进行检测，当气体浓度检测装置达到其所能容纳气体的上限时，自动向副控制器发出信号，副控制器即控制电磁阀动作，实现出气管路与排气管路的导通，油室内的气体全部通过排气管路排出。

进一步，还包括载气发生装置，所述载气发生装置包括气源发生机构、载气存储机构和载气净化机构，所述气源发生机构将空气压缩后送入载气存储机构，所述载气存储机构内存储的载气经载气净化机构净化处理后送入所述超声脱气装置。使用载气发生装置取代传统的载气瓶，为监测系统提供稳定的载气，保证监测系统数据的准确性，且避免了频繁更换载气瓶，使用方便。

进一步，所述载气净化机构包括颗粒过滤器和水分过滤器，所述载气存储机构内存储的载气依次经过所述颗粒过滤器、水分过滤器后送入所述超声脱气装置。通过颗粒过滤器可过滤气源发生机构产生的气体中的颗粒物，比如夹杂的杂质、灰尘等，通过水分过滤器可过滤气体中携带的水分，从而保证了监测系统数据的准确性。

进一步，所述颗粒过滤器包括基体，所述基体上均匀分布有多个筛孔，多个所述筛孔的断面均呈喇叭形，并且喇叭开口的方向一致。气体从喇叭开口的大孔至小孔的方向吹到基体上，气体中夹杂的杂质、灰尘等会存留在喇叭状的筛孔中，从而有效的去除了气体中的颗粒物。

进一步，所述密封阀门包括连接臂、放油阀和油管，其中，所述连接臂的主体为圆柱形，中心设有沿轴向贯穿的通孔并形成内腔，所述连接臂的上部外表面设有螺纹，所述放油阀上设有与所述连接臂上部外表面的螺纹相配合的螺孔，依靠螺纹和螺孔的配合密封连接在所述连接臂的顶部；所述连接臂的内腔下部设置有油管安装孔，所述油管穿插在所述油管安装孔内。密封阀门的设置既能够方便控制变压器与油气分离器的导通与截断，又有效解决了变压器油色谱在线监测系统的放油阀与油管连接处的渗漏油的问题。

进一步，所述连接臂的上端向下凹陷形成有一个环形的固定槽，在所述固定槽内设有密封平圈，密封平圈的设置提高了连接臂与放油阀连接处的密封性。

进一步，所述油管安装孔的上部为圆柱状，且半径大于所述连接臂内腔的半径；下部为圆台状，延伸至所述连接臂的底部；在所述油管安装孔内部设有空心塔形密封圈。空心塔型密封圈的设置提高了连接臂与油管连接处的密封性。

进一步，所述密封阀门还包括锁紧螺母和锁紧螺栓，所述锁紧螺母的内壁和所述锁紧螺栓的外壁分别设有相互配合的螺纹，共同套在所述连接臂的下部外周，且所述锁紧螺栓内壁形成第二内肩沿，所述第二内肩沿抵住所述空心塔形密封圈。在锁紧螺母和锁紧螺栓锁紧过程中塔形密封圈受到挤压，使油管与连接臂的油管安装孔紧密结合，达到充分密封的同时，还能起到固定油管的作用。

本发明的有益效果在于：

本发明结构简单，操作方便，通过油气分离器、冷阱、色谱柱、气敏传感器和主控制器，可对变压器内的气体进行分离检测，并对数据进行综合分析诊断，以实现变压器故障的在线监测分析，有效提高了监测系统数据的准确性，保证了变压器能够安全稳定运行；油气分离器内产生的气体通过冷阱能够去除混合气体中的油蒸汽，避免油蒸汽对色谱柱造成污染；超声脱气装置的设置，在无任何介质介入的前提下，实现变压器油溶解气体的快速有效分离，脱气效率高、时间短、重复性好，避免对变压器绝缘油的污染，在油循环过程中，避免夹杂气泡回注到变压器本体，保证变压器运行安全；密封阀门的设置既能够方便控制变压器与油气分离器的导通与截断，又有效解决了放油阀与油管连接处渗漏油的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

图2附图为本发明载气发生装置的结构示意图。

图3附图为本发明载气净化机构的结构示意图。

图4附图为本发明超声脱气装置的结构示意图。

图5附图为本发明密封阀门的结构示意图。

图6附图为本发明连接臂的结构示意图。

图7附图为本发明空心塔型密封圈的结构示意图。

图8附图为本发明锁紧螺母的结构示意图。

图9附图为本发明锁紧螺栓的结构示意图。

其中，图中，

1-变压器；2-油气分离器；3-冷阱；4-色谱柱；5-气敏传感器；6-主控制器；7-密封阀门；701-连接臂；702-放油阀；703-油管；704-油管安装孔；705-固定槽；706-塔形密封圈；707-锁紧螺母；708-锁紧螺栓；709-第二内肩沿；710-第一内肩沿；711-外肩沿；8-超声脱气装置；81-油室；82-步进电机；83-活塞；84-超声振荡器；85-出气管路；86-电磁阀；87-气体浓度监测装置；88-副控制器；89-排气管路；9-上位机；10-气源发生机构；11-载气存储机构；12-载气净化机构；121-水分过滤器；122-基体；123-筛孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1和4，本发明提供了一种基于真空搅拌器的变压器油色谱在线监测系统，包括：油气分离器2、冷阱3、色谱柱4、气敏传感器5和主控制器6，油气分离器2通过输油管路与变压器1相连，且输油管路上设置有密封阀门7；油气分离器2的输出端经过冷阱3连接至色谱柱4；气敏传感器5一端与色谱柱4相连，另一端与主控制器6电性连接；油气分离器2内设置有超声脱气装置8，超声脱气装置8包括油室81、步进电机82、活塞83和超声振荡器84，活塞83设置在油室81内，且活塞83的一侧与步进电机82相连，超声振荡器84设置在油室81底端。

其中，气敏传感器5为集成传感器，敏感元件和控制电路集成在独特的陶瓷硅芯片上，对应设计的故障气体受检气室，具有最小的死体积，可大大提高检测灵敏度，和FID、TCD传感器相比，具有不怕中毒、寿命长等优点，和其他非色谱检测法对比，检测器构造简单，体积小巧，检测灵敏度高；色谱柱4采用复合色谱柱，用复合单柱取代双柱，简化系统结构，复合色谱柱在一定温度环境下，可有效分离H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等故障气体，且在不同恒温条件下，各气体出峰面积不变，不影响系统数据处理的捕峰条件，并具有柱效率高，抗污染性能好，使用寿命长等特点。

在另一种实施例中，主控制器6通过通讯网络连接有上位机9，上位机9实现数据的处理分析，并将分析数据传输至数据库、显示器、谱图制定装置以及故障诊断系统。通过上位机9将分析数据传输至数据库进行数据存储，便于后续数据的分析、导出、调用等；通过显示器可直观地显示出经上位机9处理分析得出的分析数据；通过图谱制定装置可将分析数据以谱图的形式呈现出来；通过故障诊断系统可根据分析数据得出变压器出现故障的原因，并进行故障诊断处理。

在另一种实施例中，参阅附图4，在油室81顶端设置有出气管路85，出气管路85上设置有电磁阀86，电磁阀86一端连接有气体浓度检测装置87，另一端连接有排气管路89；步进电机82、气体浓度检测装置87和电磁阀87电性连接有副控制器88。首先关闭电磁阀86，并控制步进电机82带动活塞83运动，同时开启超声震荡装置84，由于此时油室81处于密闭状态，活塞83的运动让油室81中的真空度增加，对变压器油中的气体进行真空分离，在负压与超声的同时作用下，变压器油中的气体能够快速、均匀、高效的实现分离，脱离完毕后，活塞83停止；气体分离结束后，副控制器88控制电磁阀86动作，步进电机82带动活塞83反向运动，油室81中的气体通过出气管路85并经由电磁阀86进入气体浓度检测装置87，体浓度检测装置87对气体的浓度进行检测，当气体浓度检测装置87达到其所能容纳气体的上限时，自动向副控制器88发出信号，副控制器88即控制电磁阀86动作，实现出气管路85与排气管路89的导通，油室81内的气体全部通过排气管路89排出。

参阅附图2，本发明还包括载气发生装置，载气发生装置包括气源发生机构10、载气存储机构11和载气净化机构12，气源发生机构10将空气压缩后送入载气存储机构11，载气存储机构11内存储的载气经载气净化机构净化处理后送入超声脱气装置8。使用载气发生装置取代传统的载气瓶，为监测系统提供稳定的载气，保证监测系统数据的准确性，且避免了频繁更换载气瓶，使用方便。

参阅附图3，载气净化机构12包括颗粒过滤器和水分过滤器121，载气存储机构11内存储的载气依次经过颗粒过滤器、水分过滤器121后送入超声脱气装置8。通过颗粒过滤器可过滤气源发生机构10产生的气体中的颗粒物，比如夹杂的杂质、灰尘等，通过水分过滤器121可过滤气体中携带的水分，从而保证了监测系统数据的准确性。其中，水分过滤器121采用高分子膜水分过滤器。

颗粒过滤器包括基体122，基体122上均匀分布有多个筛孔123，多个筛孔123的断面均呈喇叭形，并且喇叭开口的方向一致。喇叭开口的大孔的取值范围是0.8-1.2微米，而小孔的取值范围是0.1-0.2微米，同时所有筛孔123的侧边都呈阶梯状设置，每个侧边至少分为三层阶梯，并且每个阶梯的尺寸都完全相同。气体从喇叭开口的大孔至小孔的方向吹到基体122上，气体中夹杂的杂质、灰尘等会存留在喇叭状的筛孔123中，从而有效的去除了气体中的颗粒物。使用一段时间后，用气源对筛孔123进行反吹(从小孔至大孔的方向)，将存留在筛孔123中的杂质从其中吹出即可。

参阅附图5-9，密封阀门7包括连接臂701、放油阀702和油管703，其中，连接臂701的主体为圆柱形，中心设有沿轴向贯穿的通孔并形成内腔，连接臂701的上部外表面设有螺纹，放油阀702上设有与连接臂701上部外表面的螺纹相配合的螺孔，依靠螺纹和螺孔的配合密封连接在连接臂701的顶部；连接臂701的内腔下部设置有油管安装孔704，油管703穿插在油管安装孔704内。密封阀门7的设置既能够方便控制变压器与油气分离器2的导通与截断，又有效解决了变压器油色谱在线监测系统的放油阀702与油管703连接处的渗漏油的问题。

连接臂701的上端向下凹陷形成有一个环形的固定槽705，在固定槽705内设有密封平圈，密封平圈的设置提高了连接臂701与放油阀702连接处的密封性。

在另一种实施例中，油管安装孔704的上部为圆柱状，且半径大于连接臂701内腔的半径；下部为圆台状，延伸至连接臂701的底部；在油管安装孔704内部设有空心塔形密封圈706，塔形密封圈706为圆台状且设有内腔。空心塔型密封圈706的设置提高了连接臂701与油管703连接处的密封性。

密封阀门7还包括锁紧螺母707和锁紧螺栓708，锁紧螺母707和锁紧螺栓708均为空心管状结构，锁紧螺母707的内壁和锁紧螺栓708的外壁分别设有相互配合的螺纹，共同套在连接臂701的下部外周。在锁紧螺母707的顶部设有帽状结构，在帽状结构的中心设有贯穿的通孔，锁紧螺母707的内壁与帽状结构的下端连接处形成第一内肩沿710；在锁紧螺栓708的底部设有帽状结构，在帽状结构的中心设有贯穿的通孔，锁紧螺栓708的内壁与帽状结构的上端连接处形成第二内肩沿709，第二内肩沿709抵住空心塔形密封圈706；连接臂701的下部外周壁上向外凸出形成有一个外肩沿711，与锁紧螺母707的第一内肩沿710相配合，将锁紧螺母707固定在连接臂701的外肩沿711处，锁紧螺栓708因此也固定在连接臂701的下部。在锁紧螺母707和锁紧螺栓708锁紧过程中塔形密封圈706受到挤压，使油管与连接臂701的油管安装孔704紧密结合，达到充分密封的同时，还能起到固定油管703的作用。

在另一种实施例中，连接臂701的中部外表面为正六棱柱形，方便使用专用的工具将连接臂701的上部与放油阀702紧固。

在另一种实施例中，连接臂701上部外表面的螺纹为右旋螺纹。锁紧螺栓708的螺纹为左旋螺纹，在达到旋紧锁紧螺母707和锁紧螺栓708时，套在连接臂701上的锁紧螺母707的旋转方向与连接臂701的旋转方向一致，有效保证连接臂701的上部与放油阀702的连接不会有任何松动，从而确保没有渗漏油现象发生。

密封平圈和塔形密封圈706采用聚四氟乙烯材料，连接臂701、锁紧螺母707及锁紧螺栓708均采用医用不锈钢材料。

本发明结构简单，操作方便，通过油气分离器2、冷阱3、色谱柱4、气敏传感器5和主控制器6，可对变压器内的气体进行分离检测，并对数据进行综合分析诊断，以实现变压器故障的在线监测分析，有效提高了监测系统数据的准确性，保证了变压器能够安全稳定运行；油气分离器2内产生的气体通过冷阱3能够去除混合气体中的油蒸汽，避免油蒸汽对色谱柱4造成污染；超声脱气装置8的设置，在无任何介质介入的前提下，实现变压器油溶解气体的快速有效分离，脱气效率高、时间短、重复性好，避免对变压器绝缘油的污染，在油循环过程中，避免夹杂气泡回注到变压器本体，保证变压器运行安全；密封阀门7的设置既能够方便控制变压器与油气分离器2的导通与截断，又有效解决了放油阀702与油管703连接处渗漏油的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。