專利名稱：基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分子科學(xué)領(lǐng)域、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種從油中脫氣的裝置，特別涉及一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置及方法。
背景技術(shù)：
變壓器是電力系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備之一，其運行狀況直接關(guān)系到整個電網(wǎng)能否安全運行。近年來，國家電網(wǎng)投入新建變電站每年以7% 10%速度遞增，但每年對設(shè)備的定期維護(hù)都會造成資源浪費，同時，頻繁的檢修會還帶來不必要的停機(jī)，為設(shè)備埋下新的故障隱患。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，變壓器已經(jīng)從“定期維護(hù)”向“狀態(tài)檢修”過渡，為變電站的“無人值守”創(chuàng)造了條件。因此，及時掌握變壓器的運行狀況，防止重大事故的發(fā)生，對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行具有重要的工程價值。目前，變壓器的運行狀態(tài)在線監(jiān)測主要采用變壓器油浸氣體的在線分析來實現(xiàn)，即在線分析變壓器絕緣油中各組分氣體的含量，并根據(jù)這些氣體與變壓器故障的關(guān)聯(lián)性來診斷變壓器的運行狀態(tài)。這些氣體主要包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳和氫氣。由于溶解在油中的氣體不能直接分析，需要從絕緣油中脫離出來才能用氣相色譜儀、光譜儀等儀器進(jìn)行分析。因此，變壓器的運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)中必須有將氣體從絕緣油中脫離出來的脫氣器。目前，常用的脫氣器有真空脫氣器、分子篩脫氣器、超聲脫氣器、振蕩脫氣器等。振蕩脫氣器主要用于實驗室，這種脫氣器首先在提取的油樣品中注入氮氣，然后將其放置在振蕩箱中振蕩20分鐘左右，使得油中的氣體與氮氣進(jìn)行充分的氣體交換，再將其中的氣體取出來進(jìn)行氣體分析。變壓器運行狀態(tài)的最終“確診”就是采用這種方法來進(jìn)行的；真空脫氣器是變壓器運行狀態(tài)在線監(jiān)測中常用的一種脫氣器，但由于不同組分氣體在不同溫度、不同真空度時的脫氣率是不一樣的，這導(dǎo)致氣體分析結(jié)果與變壓器運行狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性與實驗室研究得到的關(guān)聯(lián)性并不一致，這也是目前變壓器運行狀態(tài)在線監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性不夠高的原因之一。分子篩脫氣器是近年來才開始投入使用的一種脫氣器，這種脫氣器脫氣時間長，單次脫氣時間可長達(dá)一天，而且不同組分氣體的脫氣時間還不一樣，這將進(jìn)一步增加診斷的偏差。而且，分子篩易受污染，長時間工作后，其性能可能得不到保證；超聲脫氣器利用氣體分子活動力強的特性，通過超聲波能量的激發(fā)，從而從油中“掙脫”出來，這種脫氣器容易使得C3和C4等本來不易脫離的氣體從油中脫離出來，從而給氣體的分析帶來困難。目前還沒有真正投入實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置及方法，用來對變壓器絕緣油進(jìn)行脫氣，從而提高變壓器運行狀態(tài)在線監(jiān)測的準(zhǔn)確性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置，包括第一容器和第二容器，第一容器和第二容器之間以及第一容器頂部和第二容器側(cè)面下端分別連接有油路管道，變壓器油通過油路管道自第一容器頂部進(jìn)入到第一容器內(nèi)部最后從第二容器的底部流回至變壓器內(nèi)；所述第一容器的頂部進(jìn)一步設(shè)置有兩條氣路管道，一條與氮氣瓶相連，另外一條與氣體分析裝置或集氣室相連；在所述第一容器的側(cè)面上端和下端之間連接有一條油路循環(huán)管道，在所述油路循環(huán)管道上設(shè)置有第一油泵，第一容器底部的油通過該油路循環(huán)管道從第一容器頂部注入；所述第一容器與氮氣瓶的連通通過第一電磁閥控制，所述第一容器與變壓器油的連通通過第二電磁閥控制，所述第一容器與氣體分析裝置的連通通過第三電磁閥控制，所述第一容器和第二容器的連通通過第四電磁閥控制，所述第二容器與變壓器油的連通通過第二油泵控制。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述第一容器與氮氣瓶連接的氣路管道內(nèi)設(shè)置有液位檢測器或氣壓計以檢測第一容器內(nèi)變壓器油是否充滿或液位降低到指定的位置。所述氣路管道采用內(nèi)徑為0.5 2mm的不銹鋼管道，油路管道采用內(nèi)徑為2 IOmm的不銹鋼管道。所述第二容器的頂部與變壓器內(nèi)的空氣相通。所述油路循環(huán)管道的一個端部設(shè)置有淋浴頭，保證從第一容器底部抽取的變壓器油以噴灑狀從第一容器的頂部注入。一種上述脫氣裝置的脫氣方法，包括以下步驟:第一電磁閥和第四電磁關(guān)閉，第三電磁閥打開，再打開第二電磁閥，變壓器中的絕緣油被引入到第一容器中，直至第一容器已充滿油；關(guān)閉第二電磁閥和第三電磁閥，再打開第一電磁閥和第四電磁閥，第一容器中的絕緣油流入第二容器，氮氣瓶中氮氣流入到第一容器中，直至第一容器中絕緣油液位降低到指定位置；關(guān)閉第一電磁閥和第四電磁閥，此時，系統(tǒng)進(jìn)入氣體分子待交換狀態(tài)；打開第一油泵，第一容器中的絕緣油從底部抽出來，并從上端注回到第一容器中，此時，系統(tǒng)進(jìn)入了氣體分子交換過程；待15分鐘-50分鐘后，關(guān)閉第一油泵，打開第三電磁閥和第二電磁閥，把第一容器中的氣體擠出，直到第一容器已滿，然后關(guān)閉第三電磁閥，同時打開第四電磁閥，將第二容器中的絕緣油抽回到變壓器中，以全部更新第一容器中的絕緣油；2_10分鐘后，同時關(guān)閉第四電磁閥和第二電磁閥，裝置重新回到系統(tǒng)準(zhǔn)備工作狀態(tài)。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述步驟2)中的指定位置指第一容器體積的1/8-1/4。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述步驟I)中，第一容器的變壓器油是否充滿由第一容器與氮氣瓶之間的氣路管道內(nèi)設(shè)置的液位檢測器或氣壓計檢測，當(dāng)采用氣壓計檢測時，如果氣壓計顯氣壓為一個大氣壓，則說明第一容器在充油時未充滿，在第一容器液位降低時沒有降低到指定位置，如果氣壓計顯示氣壓大于一個大氣壓，則說明第一容器在充油時已充滿變壓器油，在第一容器液位降低時已降低到指定位置。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在脫氣之前，首先打開第二油泵，保證第二容器中的油抽干，等2-10分鐘之后再進(jìn)行。作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，采用氣壓計檢測第一容器內(nèi)變壓器油的多少時，所述第二容器的容積與第一容器內(nèi)需要的氣體體積大小相等；采用液位檢測器檢測第一容器內(nèi)變壓器油多少時，所述第二容器的容積大于等于第一容器內(nèi)需要的氣體體積。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:本發(fā)明采用實驗室絕緣油振蕩法脫氣法中的注入氮氣進(jìn)行分子交換，采用從脫氣容器底部抽取絕緣油并在脫氣容器上端進(jìn)行油噴灑的油循環(huán)方式取代實驗室所用的振蕩方式，以避免振蕩器長期在線工作導(dǎo)致的噪聲大，以及因磨損大、出現(xiàn)故障概率高的缺點，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。


圖1進(jìn)入準(zhǔn)備工作的狀態(tài)的變壓器油脫氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2進(jìn)入氣體分子交換狀態(tài)的變壓器油脫氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1至圖2中，I為第一容器,2為第二容器,3為第一電磁閥,4為第二電磁閥，5為第三電磁閥，6為第四電磁閥，7為第一油泵，8為第二油泵，9為液位檢測器或氣壓檢測器。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置及方法，該方法照搬了變壓器油浸氣體與運行狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性實驗室研究中所采用的分子交換脫氣原理，以保證變壓器運行狀態(tài)在線監(jiān)測過程中，脫氣環(huán)節(jié)不會帶來其它的偏差。同時，采用油循環(huán)的方式取代振蕩裝置，以避免振蕩器長期在線工作時，噪聲大，磨損大，出現(xiàn)故障的概率高的缺點，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案:本發(fā)明基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置主要由四個電磁閥(SP第一電磁閥3、第二電磁閥4、第三電磁閥5、第四電磁閥6)、一個液位檢測器或壓力計9、兩個容器(即第一容器I和第二容器2)、兩個油泵(即第一油泵7和第二油泵8)、一個液化氮氣瓶、以及氣路管道和油路管道構(gòu)成，如圖1所示。所述液化氮氣瓶通過較細(xì)的氣路管道與第一電磁閥3相連，第一電磁閥3通過氣路管道連接在第一容器I的頂部側(cè)面，在第一容器I和第一電磁閥3相連的氣路管道內(nèi)裝有液位檢測器或壓力計9 ;第一容器I的頂部中央通過油路管道與第二電磁閥4相連，第二電磁閥4另一端與變壓器相通，以將變壓器中的油導(dǎo)入第一容器I ;第一容器I頂部的另一側(cè)通過氣路管道與第三電磁閥5相連，第三電磁閥5的另一端通過氣路管道與氣體分析裝置或集氣室相連；第一容器I的側(cè)面上端通過油路循環(huán)管道與第一油泵7相連，第一油泵7的另一端通過油路循環(huán)管道與第一容器I的底部側(cè)面相連，這樣，通過油路循環(huán)管道，第一容器底部的絕緣油被抽到第一容器頂部，并從頂部注入；第一容器I的底部中央通過油路管道與第四電磁閥6相連，第四電磁閥的另一端通過油路管道與第二容器2相連；第二容器2的頂部側(cè)面通過氣路管道與變壓器中的空氣相連；第二容器2的底部通過油路管道和第二油泵2相連，第二油泵的另一端與變壓器相連，以將第二容器2中的油抽回到變壓器中。使用方法如下:第一電磁閥3和第四電磁6關(guān)閉，第三電磁閥5打開，再打開第二電磁閥4，變壓器中的絕緣油被引入到第一容器I中，直至液位檢測器檢測到第一容器I已充滿油。第一容器I尺寸已知，一般為容積為40ml至10升。此時，系統(tǒng)進(jìn)入到準(zhǔn)備工作狀態(tài)；關(guān)閉第二電磁閥4和第三電磁閥5,再打開第一電磁閥3和第三電磁閥5,并啟動第二油泵8，第一容器I中的油流入第二容器2，氮氣瓶中氮氣流入到第一容器I中，直至第一容器I中液位降低到指定位置，該位置由液位檢測器測出。關(guān)閉第二油泵8，同時關(guān)閉第一電磁閥3和第四電磁閥6，呈現(xiàn)如圖2所示示意圖。此時，系統(tǒng)進(jìn)入氣體分子待交換狀態(tài)；指定的位置是指圖2中第一容器I中上端氣體的容積達(dá)到設(shè)定的值，一般取為第一容器I中油體積的1/8-1/4 ；打開第一油泵7，使得第一容器I中的油從底部抽出來，并從上端注回到第一容器I中。為使得充分交換，第一容器I中上端與第一油泵7相連的管道在第一容器I中有一個淋浴頭，使得油從第一容器I底部經(jīng)第一油泵7抽取后，能呈現(xiàn)噴灑狀從第一容器I上端回到第一容器I中，從而增大絕緣油和其中的氮氣的接觸面積，增快氣體交換的進(jìn)程。此時，系統(tǒng)進(jìn)入了氣體分子交換過程；待15分鐘-50分鐘后,關(guān)閉第一油泵7,打開第三電磁閥5和第二電磁閥4,把第一容器I中的氣體擠出，并將其排放到氣體分析裝置或者集氣室。直到液位探測器9探測到液位第一容器I已滿，然后關(guān)閉第三電磁閥5，同時打開第四電磁閥6，以及油泵8，將第一容器I中的油全部更新，重新回到圖1所示的系統(tǒng)準(zhǔn)備工作狀態(tài)。上述使用方法為以液位檢測器檢測第一容器I內(nèi)變壓器油的多少，如果采用壓力計檢測第一容器內(nèi)變壓器油的多少，則根據(jù)壓力計檢測的壓力值而決定，如果壓力計顯示當(dāng)前壓力為一個大氣壓，則說明第一容器內(nèi)在充油時尚未充滿變壓器油，在液位降低時沒有降低到指定位置；如果壓力計顯示當(dāng)前壓力大于一個大氣壓，則說明第一容器內(nèi)在充油時已經(jīng)充滿油，在液位降低時已降低到指定位置。另外，在進(jìn)行脫氣之前，首先要保證第二容器內(nèi)的變壓器油已經(jīng)被抽干后再進(jìn)行脫氣。采用氣壓計檢測第一容器內(nèi)變壓器油的多少時，所述第二容器的容積與第一容器內(nèi)需要的氣體體積大小相等；采用液位檢測器檢測第一容器內(nèi)變壓器油多少時，所述第二容器的容積大于等于第一容器內(nèi)需要的氣體體積。氣路管道采用內(nèi)徑為0.5 2mm的不銹鋼管道,油路管道采用內(nèi)徑為2_5mm的不銹鋼管道，容器I和容器2采用玻璃、不銹鋼或陶瓷材料加工而成，油泵的流速在20毫升每分鐘至2升每分鐘，液位檢測器可采用FS-1R系列紅外電子式液位檢測系統(tǒng)，也可采用FS-1R系列分離光電式液位測量系統(tǒng)，還可采用UBY3131投入式液位變送器-四氟防腐、FM19系列、TSY-A系列、CYG系列、RDL20系列、HG500系列靜壓式液位測量系統(tǒng)。氣壓計型號不限，可采用DT-8890A型氣壓計，也可采用A1530729型氣壓計。第二容器2頂部的氣路管道和第二油泵8的油路管道一起通向變壓器，但第二容器2頂部的氣路管道在變壓器中的出口保持在空氣中，以使得第二油泵8開動時，第二容器2中的壓力能有所緩沖。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置，其特征在于:包括第一容器(I)和第二容器(2)，第一容器(I)和第二容器(2)之間以及第一容器(I)頂部和第二容器(2)側(cè)面下端分別連接有油路管道，變壓器油通過油路管道自第一容器(I)頂部進(jìn)入到第一容器(I)內(nèi)部最后從第二容器(2 )的底部流回至變壓器內(nèi)；所述第一容器(I)的頂部進(jìn)一步設(shè)置有兩條氣路管道，一條與氮氣瓶相連，另外一條與氣體分析裝置或集氣室相連；在所述第一容器(I)的側(cè)面上端和下端之間連接有一條油路循環(huán)管道，在所述油路循環(huán)管道上設(shè)置有第一油泵(7)，第一容器(I)底部的油通過該油路循環(huán)管道從第一容器(I)頂部注入；所述第一容器(I)與氮氣瓶的連通通過第一電磁閥(3)控制，所述第一容器(I)與變壓器油的連通通過第二電磁閥(4)控制，所述第一容器(I)與氣體分析裝置的連通通過第三電磁閥(5 )控制，所述第一容器(I)和第二容器(2 )的連通通過第四電磁閥(6 )控制，所述第二容器與變壓器油的連通通過第二油泵(8)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置，其特征在于:所述第一容器(I)與氮氣瓶連接的氣路管道內(nèi)設(shè)置有液位檢測器或氣壓計(9)以檢測第一容器(I)內(nèi)變壓器油是否充滿或液位降低到指定的位置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置，其特征在于:所述氣路管道采用內(nèi)徑為0.5 2mm的不銹鋼管道，油路管道采用內(nèi)徑為2 IOmm的不銹鋼管道。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置，其特征在于:所述第二容器(2)的頂部與變壓器內(nèi)的空氣相通。
5.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置，其特征在于:所述油路循環(huán)管道的一個端部設(shè)置有淋浴頭，保證從第一容器底部抽取的變壓器油以噴灑狀從第一容器的頂部注入。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的脫氣裝置的脫氣方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)第一電磁閥(3)和第四電磁(6)關(guān)閉，第三電磁閥(5)打開，再打開第二電磁閥(4)，變壓器中的絕緣油被引入到第一容器中，直至第一容器(I)已充滿油； 2)關(guān)閉第二電磁閥(4)和第三電磁閥(5)，再打開第一電磁閥(3 )和第四電磁閥(6 )，第一容器(I)中的絕緣油流入第二容器(2)，氮氣瓶中氮氣流入到第一容器(I)中，直至第一容器(I)中絕緣油液位降低到指定位置；關(guān)閉第一電磁閥(3)和第四電磁閥(6)，此時，系統(tǒng)進(jìn)入氣體分子待交換狀態(tài)； 3)打開第一油泵(7)，第一容器(I)中的絕緣油從底部抽出來，并從上端注回到第一容器(I)中，此時，系統(tǒng)進(jìn)入了氣體分子交換過程； 4)待15分鐘-50分鐘后，關(guān)閉第一油泵(7),打開第三電磁閥(5)和第二電磁閥(4),把第一容器(I)中的氣體擠出，直到第一容器(I)已滿，然后關(guān)閉第三電磁閥(5)，同時打開第四電磁閥(6)，將第二容器(2)中的絕緣油抽回到變壓器中，以全部更新第一容器(I)中的絕緣油；2-10分鐘后，同時關(guān)閉第四電磁閥(6)和第二電磁閥(4)，裝置重新回到系統(tǒng)準(zhǔn)備工作狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的脫氣方法，其特征在于:所述步驟2)中的指定位置指第一容器體積的I/8-1/4。
8.如權(quán)利要求6所述的脫氣方法，其特征在于:所述步驟I)中，第一容器的變壓器油是否充滿由第一容器與氮氣瓶之間的氣路管道內(nèi)設(shè)置的液位檢測器或氣壓計檢測，當(dāng)采用氣壓計檢測時，如果氣壓計顯示氣壓為一個大氣壓，則說明第一容器在充油時未充滿，在第一容器液位降低時沒有降低到指定位置，如果氣壓計顯示氣壓大于一個大氣壓，則說明第一容器在充油時已充滿變壓器油，在第一容器液位降低時已降低到指定位置。
9.如權(quán)利要求6所述的脫氣方法，其特征在于:在脫氣之前，首先打開第二油泵(8)，保證第二容器中的油抽干，等2-10分鐘之后再進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求6所述的脫氣方法，其特征在于:采用氣壓計檢測第一容器內(nèi)變壓器油的多少時，所述第二容器的容積與第一容器內(nèi)需要的氣體體積大小相等；采用液位檢測器檢測第一容器內(nèi)變壓器油多少時，所述第二容器的容積大于等于第一容器內(nèi)需要的氣體體積 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于油循環(huán)與分子交換的變壓器油浸氣體脫氣裝置及方法。該裝置采用實驗室絕緣油振蕩法脫氣法中的注入氮氣進(jìn)行分子交換的原理，并采用油循環(huán)噴灑的方式取代振蕩方式，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。這種脫氣方式完全模擬實驗室脫氣方式，因此，只要保證氣體分析方法正確，那么分析結(jié)果將與電科院實驗室的分析結(jié)果基本相同，變壓器運行狀態(tài)評判結(jié)果也將與電科院實驗室評判結(jié)果一致，這有助于提高基于氣體分析的變壓器運行狀態(tài)在線監(jiān)測的準(zhǔn)確性。
文檔編號B01D19/00GK103170164SQ20131007534
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者湯曉君, 王爾珍, 趙安新, 趙明, 李文棟, 劉君華 申請人:西安交通大學(xué)