本发明涉及一种模拟装置，尤其是涉及一种变压器油中溶解气体在线监测的模拟装置及其检测方法。
背景技术：
电力变压器是输电和配电网络中重要的设备之一。它的可靠性直接关系到电网能否安全、有效、经济地运行。正常运行的变压器油中溶解气体的组成主要是O2和N2，但由于某些非故障原因(如正常劣化产气，油在精炼过程中可能形成少量气体在油气分离时未完全除去等)，也能使油中含一定量的故障气体。当设备内部存在故障时，就会产生大量故障气体，且组成和含量与故障类型及其严重程度有密切的关系。
各种外部及内部原因引发或直接造成的变压器内部故障，按性质又可分为机械、热和电三种类型，而又以后两种为主，并且机械故障常以热或电故障形式表现出来。由变压器的产气机理可知，正常情况下，在热和电的作用下，绝缘材料会逐渐老化和分解产生少量的低分子烃类(CH4、C2H6、C2H4、C2H2等)及H2、CO、CO2等气体，这些气体大部分溶解在油中。
此时正常老化产生气体的速率相当缓慢，但当变压器内部存在初期故障或形成新的故障条件时,其产气速率和产生量变化将很明显,绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象。如变压器中的固体绝缘过热、放电会产生大量的CO气体，CO体积分数的增长表明变压器中的固体绝缘材料可能已经裂解。因此，分析溶解于油中故障气体的产气速率和容量，就能尽早发现设备存在的潜伏性故障并可随时掌握故障的发展情况。
多年的实践证明，油中溶解气体分析(简称DGA)是诊断油浸式大型电力变压器潜伏性故障比较有效的方法。它是将变压器绝缘油中溶解的故障气体与变压器运行状态和潜在故障对应起来的分析方法，其有效率达到85％以上，并得到广泛 的应用。采用变压器油中溶解气体在线监测系统的目的是实时或定时监视电气设备的运行状态，判断其是否运行正常，诊断电气设备内部已存在故障的性质、类型、部位、严重程度并预测故障的发展趋势，及时指导运行部门对变压器的管理和维修。
变压器油中溶解气体在线监测系统包括油中气体组分含量的检测和故障诊断两大部分。其中，油气分离是一个很关键的步骤，从油中分离出故障特征气体是准确计量气体组分含量的关键，也是故障诊断的必要前提。目前已有的油气分离方法中，就目前来看，采用高分子薄膜的渗透膜分离法是比较合适的。一方面有机合成技术的发展很快，各种新型的薄膜不断涌现；另一方面，在线监测系统只要将膜固定好，在长期运行中很容易达到稳定可靠，比起其他油气分离方法要简单得多。
高分子油气分离膜作为变压器故障气体的脱气环节的缺点是油气分离过程达到平衡所需时间较长，而且不同故障气体的油气分离平衡时间差别很大，因此对高分子油气分离膜的研究重点一直集中在如何缩短油气分离过程达到平衡所需的时间上。
因此，为了通过对比分析不同种类膜的油气分离性能，气室的结构参数，油温及气室温度等因素对膜的油气分离过程及结果的影响，得到缩短油气分离平衡建立时间及增大平衡后气相中气体体积分数的方法，研制能合理进行模拟变压器油中溶解气体分析油气分离和气体检测的装置就显得尤为必要。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变压器油中溶解气体在线监测的模拟装置及其检测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种变压器油中溶解气体在线监测的模拟装置，包括液压循环系统、油箱温控系统和气体采集检测系统；
所述的液压循环系统包括通过循环管路连接的油箱和油泵，所述的油箱的进口端连接油泵底部的放油口，所述的油箱的出口端连接油箱侧面近顶部处，所述的循环管路上还设有用于往液压循环系统中注射故障气体的注气口，以及用于调节循环管路内流量的流量调节阀，液压循环系统通过油泵将变压器油从油箱中抽出，进入循环管路并与期间注入的故障气体流回油箱，实现了动态循环，保证了故障气体在随变压器油在循环管路的循环流动中，逐渐均匀的溶解到整个油箱中，同时也便于 实现油箱内变压器油的温度均匀分布；
所述的油箱温控系统包括置入油箱内的加热管和温度传感器，以及分别连接所述加热管和温度传感器的温度控制器，在测试过程中，通过温度控制器接受温度传感器检测的油箱内变压器油的温度信号，控制加热管的加热量从而将油箱内的变压器油加热到指定温度；
所述的气体采集检测系统包括至少一组通过管路依次连接的闸阀、气室和气体检测仪，所述的闸阀还通过管路连接油箱，所述的闸阀与气室之间安装有油气分离膜，当闸阀、气室和气体检测仪设置两组以上时，可以从垂直度上分层次的安装在油箱侧面上，这样可以检测油箱不同位置的变压器油的油气分离效果，从而使整个测试结果更加准确。
所述的注气口设有两个，包括设置在油泵出口端处的第一注气口和设置在油泵进口端处的第二注气口；
所述的流量调节阀设有两个，包括设置在第二注气口与油箱的放油口之间管路上的第一流量调节阀，以及设置在第一注气口和油箱侧面之间管路上的第二流量调节阀。
所述的油箱顶部设有与加热管和温度传感器匹配的安装口，所述的安装口处设有密封圈进行密封。
所述的闸阀与气室通过活接头连接，该活接头内设有油气分离膜，油气分离膜后侧设有提高其耐压性能的金属补强板，采用活接头连接，可以方便气室的安装拆卸，从而方便更换不同分布结构的气室对分离过程的影响；此外，将油气分离膜设置在活接头内，也方便更换不同的分离膜进行检测，而金属补强板的设置可以在提高油气分离膜耐压性能的同时，不影响其渗透效果。
所述的金属补强板的材料为平均孔径8～12μm的粉末冶金体。
所述的油箱为一体成型的有机玻璃箱，其规格可以为规格300mm×300mm×300mm，壁厚为8～12mm，所述的油箱外表面还包裹有厚度5～6mm的保温材料，保温材料可以采用酚醛泡沫材料、聚氨酯泡沫材料等，有利于油箱内的温度保持恒温。
所述的温度传感器为Pt-100热电阻，所述的温度控制器为AI-716型智能温控仪。
所述气体检测仪为SGA-500A智能点型气体检测仪。
一种采用上述的模拟装置的模拟检测方法，包括以下步骤：
(a)往油箱内注满变压器油，确保油箱内无残留气体，然后开启油泵和油箱温控系统，并同时注入故障气体，使得油箱内的变压器油的温度和故障气体浓度在循环管路中不断循环的过程中逐渐分布均匀；
(b)循环过程结束后，静置，打开闸阀，使变压器油中故障气体通过油气分离膜渗透到气室中，定时对气室中的故障气体浓度进行检测；
(c)按照设计要求，改变变压器油的温度、油气分离膜种类或气室结构，重复步骤(a)和步骤(b)，进行模拟检测，即可得到不同条件下的模拟检测结果；
(d)综合分析不同条件下的模拟检测结果，即可确定最优油气分离过程。
本发明在检测时，首先通过往无残留气体的油箱内注满变压器油，然后开启油泵和油箱温控系统，使变压器油在油泵作用下不断循环，并同时注入故障气体。经多次循环作用和放置足够长时间后，使注入的故障气体均匀溶解，且油箱内的变压器油的温度分布均匀，打开闸阀，让变压器油中的故障气体通过活接头内的油气分离膜渗透到气室当中，在保证油温不变的情况下，每隔一定时间进行故障气体检测，即可分析得到油气分离膜对该状况下的油气分离效果。通过较为全面的调节油箱内变压器油的温度，以及更换不同的油气分离膜和不同结构的气室等，可以综合分析得到各因素对膜的油气分离过程的影响，最后确定最优的油气分离过程。
与现有技术相比，本发明的结构简单，操作方便，可以很方便的通过调节变压器油温度、膜种类和气室结构等测试得到膜的油气分离过程的影响结果数据，从而得到最佳的油气分离操作工艺条件，此外，待检测的变压器油的恒温、故障气体均匀分布等特点有效的避免了环境温度等对测试结果的误差影响，整个模拟装置的测试方法合理可靠，测试结果精确。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-液压循环系统，2-油箱温控系统，3-气体采集检测系统，11-油泵，12-油箱，13-第一注气口，14-第二注气口，15-第一流量调节阀，16-第二流量调节阀，21-温度控制器，22-温度传感器，23-加热管，31-闸阀，32-气室，33-气体检测仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种变压器油中溶解气体在线监测的模拟装置，其结构如图1所示，包括液压循环系统1、油箱温控系统2和气体采集检测系统3；
液压循环系统1包括通过循环管路连接的油箱12和油泵11，油箱12为规格300mm×300mm×300mm的一体成型的有机玻璃箱，其壁厚为8mm，油箱12外表面还包裹有厚度5mm的保温材料，油箱12顶部设有与加热管23和温度传感器22匹配的安装口，安装口处设有密封圈进行密封，油箱12的进口端连接油泵11底部的放油口，油箱12的出口端连接油箱12侧面，循环管路上还设有用于往液压循环系统1中注射故障气体的注气口，以及用于调节循环管路内流量的流量调节阀，注气口设有两个，包括设置在油泵11出口端处的第一注气口13和设置在油泵11进口端处的第二注气口14，流量调节阀设有两个，包括设置在第二注气口14与油箱12的放油口之间管路上的第一流量调节阀15，以及设置在第一注气口13和油箱12侧面之间管路上的第二流量调节阀16；
油箱温控系统2包括置入油箱12内的加热管23和温度传感器22，以及分别连接所述加热管23和温度传感器22的温度控制器21，温度传感器22为Pt-100热电阻，温度控制器21为AI-716型智能温控仪；
气体采集检测系统3包括两组通过管路依次连接的闸阀31、气室32和气体检测仪33，闸阀31还通过管路连接油箱12，闸阀31与气室32通过活接头连接，该活接头内设有油气分离膜，油气分离膜后侧设有提高其耐压性能的金属补强板，金属补强板的材料为平均孔径8μm的粉末冶金体，所述气体检测仪33为SGA-500A智能点型气体检测仪33。
采用上述制得的模拟装置的检测方法，包括以下步骤：
(a)往油箱12内注满变压器油，确保油箱12内无残留气体，然后开启油泵11和油箱温控系统2，并同时注入故障气体，使得油箱12内的变压器油的温度和故障气体浓度在循环管路中不断循环的过程中逐渐分布均匀；
(b)循环过程结束后，静置，打开闸阀31，使变压器油中故障气体通过油气分离膜渗透到气室32中，定时对气室32中的故障气体浓度进行检测；
(c)按照设计要求，改变变压器油的温度、油气分离膜种类或气室32结构，重复步骤(a)和步骤(b)，进行模拟检测，即可得到不同条件下的模拟检测结果；
(d)综合分析不同条件下的模拟检测结果，即可确定最优油气分离过程。
实施例2
一种变压器油中溶解气体在线监测的模拟装置，包括液压循环系统1、油箱温控系统2和气体采集检测系统3；
液压循环系统1包括通过循环管路连接的油箱12和油泵11，油箱12为规格300mm×300mm×300mm的一体成型的有机玻璃箱，其壁厚为12mm，油箱12外表面还包裹有厚度6mm的保温材料，油箱12顶部设有与加热管23和温度传感器22匹配的安装口，安装口处设有密封圈进行密封，油箱12的进口端连接油泵11底部的放油口，油箱12的出口端连接油箱12侧面，循环管路上还设有用于往液压循环系统1中注射故障气体的注气口，以及用于调节循环管路内流量的流量调节阀，注气口设有两个，包括设置在油泵11出口端处的第一注气口13和设置在油泵11进口端处的第二注气口14，流量调节阀设有两个，包括设置在第二注气口14与油箱12的放油口之间管路上的第一流量调节阀15，以及设置在第一注气口13和油箱12侧面之间管路上的第二流量调节阀16；
油箱温控系统2包括置入油箱12内的加热管23和温度传感器22，以及分别连接所述加热管23和温度传感器22的温度控制器21，温度传感器22为Pt-100热电阻，温度控制器21为AI-716型智能温控仪；
气体采集检测系统3包括一组通过管路依次连接的闸阀31、气室32和气体检测仪33，闸阀31还通过管路连接油箱12，闸阀31与气室32通过活接头连接，该活接头内设有油气分离膜，油气分离膜后侧设有提高其耐压性能的金属补强板，金属补强板的材料为平均孔径12μm的粉末冶金体，所述气体检测仪33为SGA-500A智能点型气体检测仪33。
采用上述制得的模拟装置的检测方法，包括以下步骤：
(a)往油箱12内注满变压器油，确保油箱12内无残留气体，然后开启油泵11和油箱温控系统2，并同时注入故障气体，使得油箱12内的变压器油的温度和故障气体浓度在循环管路中不断循环的过程中逐渐分布均匀；
(b)循环过程结束后，静置，打开闸阀31，使变压器油中故障气体通过油气分离膜渗透到气室32中，定时对气室32中的故障气体浓度进行检测；
(c)按照设计要求，改变变压器油的温度、油气分离膜种类或气室32结构，重复步骤(a)和步骤(b)，进行模拟检测，即可得到不同条件下的模拟检测结果；
(d)综合分析不同条件下的模拟检测结果，即可确定最优油气分离过程。
实施例3
一种变压器油中溶解气体在线监测的模拟装置，包括液压循环系统1、油箱温控系统2和气体采集检测系统3；
液压循环系统1包括通过循环管路连接的油箱12和油泵11，油箱12为规格300mm×300mm×300mm的一体成型的有机玻璃箱，其壁厚为10mm，油箱12外表面还包裹有厚度5.5mm的保温材料，油箱12顶部设有与加热管23和温度传感器22匹配的安装口，安装口处设有密封圈进行密封，油箱12的进口端连接油泵11底部的放油口，油箱12的出口端连接油箱12侧面，循环管路上还设有用于往液压循环系统1中注射故障气体的注气口，以及用于调节循环管路内流量的流量调节阀，注气口设有两个，包括设置在油泵11出口端处的第一注气口13和设置在油泵11进口端处的第二注气口14，流量调节阀设有两个，包括设置在第二注气口14与油箱12的放油口之间管路上的第一流量调节阀15，以及设置在第一注气口13和油箱12侧面之间管路上的第二流量调节阀16；
油箱温控系统2包括置入油箱12内的加热管23和温度传感器22，以及分别连接所述加热管23和温度传感器22的温度控制器21，温度传感器22为Pt-100热电阻，温度控制器21为AI-716型智能温控仪；
气体采集检测系统3包括三组通过管路依次连接的闸阀31、气室32和气体检测仪33，闸阀31还通过管路连接油箱12，闸阀31与气室32通过活接头连接，该活接头内设有油气分离膜，油气分离膜后侧设有提高其耐压性能的金属补强板，金属补强板的材料为平均孔径10μm的粉末冶金体，所述气体检测仪33为SGA-500A智能点型气体检测仪33。
采用上述制得的模拟装置的检测方法，包括以下步骤：
(a)往油箱12内注满变压器油，确保油箱12内无残留气体，然后开启油泵11和油箱温控系统2，并同时注入故障气体，使得油箱12内的变压器油的温度和故障气体浓度在循环管路中不断循环的过程中逐渐分布均匀；
(b)循环过程结束后，静置，打开闸阀31，使变压器油中故障气体通过油气分离膜渗透到气室32中，定时对气室32中的故障气体浓度进行检测；
(c)按照设计要求，改变变压器油的温度、油气分离膜种类或气室32结构，重复步骤(a)和步骤(b)，进行模拟检测，即可得到不同条件下的模拟检测结果；
(d)综合分析不同条件下的模拟检测结果，即可确定最优油气分离过程。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。