可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置及壁挂式分析系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统自动化领域，且特别涉及一种可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置及壁挂式分析系统。

背景技术：

目前，越来越多已安装的电力变压器都在安装油中气体在线监测系统，所有新安装的大型电力变压器都必须安装油中气体在线监测系统，油中气体在线监测系统能连续在线、实时、全自动分析绝缘油中溶解气体的含量和浓度增长率，对变压器运行状态进行自我分析诊断。而油中气体在线监测系统所分析的对象即来自绝缘油中气体分离装置所分离出的特征故障气体。目前绝缘油中溶解气体在线分离方法主要有以下4种：

(1)膜分离法，这种方法采用脱气膜进行油气分离，但由于脱气膜只允许气体分子透过，油分子无法通过，膜的一侧为不断循环的样品油，油中溶解的气体透过脱气膜慢慢渗透到膜的另一侧，达到脱气的目的，这种方法脱气速率太慢，分离时间太长一般需要4个小时， 对循环油泵要求很高，需不定速运转，不满足实时在线的要求，并且脱气膜的微孔会被油杂质堵塞而报废。

(2)活塞真空脱气法，这种方法需要使用气缸和油缸之类的带O型圈活塞的部件做往复运动，用气缸做往复运动对系统抽取真空，样品油进入真空脱气室，样品油进入油缸真空室内，油中气体析出，之后油缸活塞反向运动将气体推出的同时气缸反复运动将特征气体转移到定量管供气体分析模块检测分析。这种方法的缺点是装置结构复杂，活塞密封件在绝缘油浸泡腐蚀情况下极易老化龟裂，导致系统漏油；且样品油进入高真空度的脱气室后，产生大量油雾，和脱出特征气体被气缸一并转入气体分析模块定量管内，对气体分析模块元件产生污染，此外这种方法无法完全清除上次脱气过程残留的样品油和脱出来的样品气对下次脱气过程的影响，进而造成交叉影响。

(3)顶空脱气法，这种方法采用固定容积脱气室，用循环气泵将样品油上面的空气鼓吹入到脱气室底部，经过样品油鼓出到样品油上面的空气内，达到循环气体和扰动样品油的功能，这种方法向样品油中鼓吹了大量空气或载气，导致样品油含气量达到饱和，严重污染样品油，溶解的氧气会氧化绝缘油，影响其绝缘性能，所以只能作为费油排放掉，造成浪费；每次固定体积油参与脱气，样品油体积小导致脱气量很少，影响气体分析模块的检测精度。

(4)真空泵式固定容积真空脱气法，这种方法与方法(2)和(3)大体相似，仍然无法完全清除上次脱气过程残留的样品油和脱出来的样品气对下次脱气过程的影响，精度低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置，其元件极少，控制简单，不产生油雾，不污染油，无需油定量，脱气量可自适应调整，其可以根据气体分析模块的容积自动调整脱气量，并且上次脱气残留的油样和特征气体无需吹扫置换，不会影响下次分析结果，大大缩减油气分离时间，检测精度更高。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置，适于设置于电力设备和气体分析模块之间，可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置包括油气平衡模块、智能油循环模块和控制模块，油气平衡模块和智能油循环模块均与控制模块电连接，油气平衡模块包括平衡容器、流量阀、第一电磁阀和气体均衡泵，平衡容器设置有进油口、出油口、进气口和出气口，电力设备依次连通第一电磁阀、流量阀和进油口，智能油循环模块包括循环泵和第五电磁阀，循环泵连通出油口，第五电磁阀一端连通循环泵，另一端与电力设备连通，气体分析模块包括进气端和出气端，进气口连通出气端，出气口连通进气端，气体均衡泵设置于进气口和出气端之间或出气口与进气端之间。

进一步地，油气平衡模块还包括过滤器，过滤器设置在第一电磁阀与电力设备之间。

进一步地，分离装置还包括第二电磁阀和第三电磁阀，第二电磁阀设置于出气口与进气端之间，第三电磁阀设置于进气口与出气端之间。

进一步地，分离装置还包括第四电磁阀，气体均衡泵设置于进气口与第三电磁阀之间，第四电磁阀的一端连接于气体均衡泵与第三电磁阀之间，另一端连通大气。

进一步地，平衡容器包括壳体，进油口设置于壳体的上端，壳体设置有液位传感器，液位传感器位于进油口的下方，液位传感器与控制模块电连接。

进一步地，液位传感器为光电液位开关，液位传感器设置于壳体的底部。

进一步地，液位传感器为浮球液位开关或液位接近开关或光电液位开关或模拟量数字量输出的液位传感器，液位传感器设置于壳体的侧壁或底部。

进一步地，当循环泵工作时，进油口的流量与出油口流量相等。

本实用新型的另一目的在于提供一种可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统，其可以快速、精确实现电力设备的油气分离检测。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统，包括气体分析模块和上述的可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置，气体分析模块包括进气端和出气端，进气口连通出气端，出气口连通进气端，进油口和出油口分别用于与电力设备连通。

进一步地，可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统设置用于与电力设备连接的连接法兰。

本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置的有益效果是：(1)通过气体均衡泵不断的扰动特征气体，使在循环过程中的平衡容器中的特征气体浓度始终处于不平衡状态，大幅提高脱气效率，且在平衡容器的上部空间以及与气体分析模块连通的管路中均充满平衡状态的特征气体，脱气量大，利用气体分析模块提高检测精度。

(2)油样从电力设备的出口经过第一电磁阀后，进入流量阀，流量阀将流量恒定在固定值，并从平衡容器的进油口流入，从出油口进入到循环泵中，循环泵根据流入的流量自动调整转速，经过第五电磁阀将流入的油等量输送回电力设备中，形成油样的循环。油样持续不断进行此循环而不停留在平衡容器中，在此过程中，油中溶解的气体会迅速扩散至平衡容器的上部空间，并且气体均衡泵扰动的特征气体只在上部空间流动，不会对平衡容器内的油样造成鼓动，不会产生油雾，避免对气体分析模块产生污染。

(3)整个系统元器件少，通过控制模块自动控制，根据气体分析模块的容积可以自行调整脱气量，并且在进行二次检测时无需对整个系统进行吹扫置换，大大缩减油气分离时间，提高检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出 了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统中平衡容器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例另一种实施方式的平衡容器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统中电力设备的装配图；

图5是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统中电力设备的连接结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统中伸缩螺纹套管的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统中电力设备优选实施方式的装配图。

图中标记分别为：

电力设备100；可变脱气量绝缘油中气体壁挂式在线分析系统101；连接法兰102；伸缩螺纹套管103；可变脱气量绝缘油中气体在 线分离装置110；气体分析模块200；进气端210；出气端220；气体均衡泵230；油气平衡模块300；平衡容器310；壳体311；进油口312；出油口313；进气口314；出气口315；液位传感器316；上部空间317；过滤器320；第一电磁阀330；流量阀340；第二电磁阀350；第三电磁阀360；第四电磁阀370；智能油循环模块400；循环泵410；第五电磁阀430；控制模块500。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101的结构示意图，请参阅图1，可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101包括电力设备100、气体分析模块200、可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110，电力设备100是油浸式电力设备100，气体分析模块200中具有定量进样器，定量进样器具有进气端210和出气端220。

可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110包括控制模块500、油气平衡模块300和智能油循环模块400，油气平衡模块300和智能 油循环模块400均与控制模块500电连接，控制模块500控制油气平衡模块300和智能油循环模块400的每个元器件动作。

油气平衡模块300包括平衡容器310、流量阀340、第一电磁阀330、第二电磁阀350、第三电磁阀360、第四电磁阀370、过滤器320和气体均衡泵230。平衡容器310、流量阀340、第一电磁阀330、第二电磁阀350、第三电磁阀360、第四电磁阀370和气体均衡泵230均是与控制模块500电连接的，也就是控制模块500可以控制其中每个部件的动作。

图2为本实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101中平衡容器310的结构示意图，请参阅图2，平衡容器310包括壳体311，平衡容器310设置有进油口312、出油口313、进气口314和出气口315，进油口312设置在壳体311的顶部，出油口313设置在壳体311底部，以使壳体311内的油样能全部排空，进气口314和出气口315均设置在壳体311的上端，在工作时，平衡容器310内的油样并不是充满整个平衡容器310的，也即是平衡容器310的下部容纳有一定量的油样，上部空间317容纳空气，进气口314和出气口315均是位于上部空间317内的。

智能油循环模块400包括循环泵410和第五电磁阀430，循环泵410起循环油样作用。

请一并参阅图1和图2，电力设备100通过管路依次连通过滤器320、第一电磁阀330、流量阀340和进油口312。循环泵410连通出油口313，第五电磁阀430一端连通循环泵410，另一端与电力设备100连通。

整个油样流动循环的过程是这样进行的：油样从电力设备100中进入过滤器320，过滤器320将油样中的杂质过滤，其后油样通过第一电磁阀330和流量阀340，流量阀340是恒压流量调节阀，其可以将整个管路中流动的油样流量稳定在恒定值。通过流量阀340后，油样经进油口312进入平衡容器310，后又从出油口313流入循环泵410中，循环泵410为油样的流动提供动力。再通过第五电磁阀430回到电力设备100中。

气体分析模块200包括进气端210和出气端220，进气口314连通出气端220，出气口315连通进气端210，第二电磁阀350设置于出气口315和进气端210之间，第三电磁阀360设置于出气端220和进气口314之间。气体均衡泵230起循环特征气体的作用，具体而言，本实施例中，气体均衡泵230设置于进气口314和出气端220之间，并且气体均衡泵230是位于出气端220与第三电磁阀360之间的，位于整个气体循环的管路上并为气体循环提供动力。

图1中的箭头指向示出的是特征气体和油料的流动方向，特征气体的循环是这样进行的：油样在进入平衡容器310后，特征气体从油样中脱离进入上部空间317中，此时，气体均衡泵230开启，特征气体从出气口315经过第二电磁阀350进入进气端210，再从出气端220经气体均衡泵230和第三电磁阀360回到进气口314，并再次进入平衡容器310。整个过程中油样也在进行循环，伴随着特征气体的循环过程进行，油样中析出的特征气体被抽走，使得平衡容器310中上部空间317的特征气体浓度始终小于油样中溶解的特征气体浓度，这种不平衡状态促使油样中的特征气体不断析出脱离，脱离效率更高。

随着油样循环和特征气体循环的进行，平衡容器310中上部空间317的特征气体浓度逐渐与油样中溶解的特征气体浓度达到平衡状态，此时油样中的特征气体和上部空间317的特征气体仍然会存在析出和溶解的平衡，但是浓度值保持恒定。此时关闭第一电磁阀330、第二电磁阀350、第三电磁阀360以及气体均衡泵230，待循环泵410将平衡容器310中的油样完全抽回电力设备100后停止循环泵410，并且关闭第五电磁阀430，停止油样循环。

气体分析模块200对进入其中的平衡特征气体进行检测，进而判断变压器的运行状态。

循环泵410在整个油路循环管路内无油时可以自动关闭，为了方便循环泵410智能调节流量，平衡容器310的壳体311内设置有液位传感器316，液位传感器316位于进油口312的下方，液位传感器316与控制模块500电连接，具体而言，本实施例中，液位传感器316设置于壳体311的底部。以能更精确的探测平衡容器310内的液位，液位传感器316可以是光电液位开关、浮球液位开关、液位接近开关，或者为各种模拟量、数字量输出的液位传感器等。参阅图2，本实施例中，液位传感器316为液位探测计，其通过直接测量平衡容器310内的液位，并将液位信息传递给控制模块500，控制模块500便可以根据液位信息调整流量阀340的流量以及调整循环泵410的流量实现进油口312的流量与出油口313流量相等。

本实施例还提供液位传感器316的另一种实施方式：参阅图3，液位传感器316采用浮球液位开关，液位传感器316设置在壳体311的侧壁上，其当平衡容器310内的液位到达液位传感器316处时，液 位传感器316便可以将液位信息传递给控制模块500调整流量。需要说明的是，浮球液位开关也可以采用液位接近开关替代。

通过获知平衡容器310内的液位，控制模块500便可以更精确的控制循环泵410，保证当循环泵410工作时，进油口312的流量与出油口313流量相等，不会有平衡容器310上部空间317的特征气体被抽入油样循环管道中，平衡容器310中的液位也就不会上升，避免特征气体在循环时鼓动平衡容器310内的油样而产生油雾，防止油雾进入气体分析模块200造成污染。同时，当平衡容器310中液位出现上升时，可以关闭第一电磁阀330或者适度调小流量阀340的流量，以使得进油口312的进油量与出油口313的出油量相同。

在整个系统第一次工作时，为了防止平衡容器310以及整个系统管路内的空气影响检测结构，应将整个系统内的空气排空，因此更优选的实施方式是进行排空，本实施例中，可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110还包括第四电磁阀370，第四电磁阀370的一端连接于气体均衡泵230与第三电磁阀360之间，另一端连通大气，第四电磁阀370也是与控制模块500电连接并受控制模块500控制的。在需要排空时，将第三电磁阀360关闭，将开启第二电磁阀350和第四电磁阀370，启动气体均衡泵230即可。在正常工作过程中，第四电磁阀370是关闭的。

本实用新型提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101是这样工作的：油样从电力设备100的出口经过第一电磁阀330后，进入流量阀340，流量阀340将流量恒定在固定值，并从平衡容器310的进油口312流入，从出油口313进入到循环泵410中，循环泵410根据流入的流量自动调整转速，经过第五电磁阀430将流入的 油等量输送回电力设备100中，形成油样的循环。油样持续不断进行此循环而不停留在平衡容器310中，在此过程中，油中溶解的气体会迅速扩散至平衡容器310的上部空间317，与此同时，气体均衡泵230同步工作，将从油样中析出的气体从出气口315抽往气体分析模块200，并从进气口314重新回到平衡容器310中，也就是将气体分析模块200和平衡容器310的上部空间317内的特征气体扰动循环起来，经过一定时间后便会达到油气平衡状态，油中溶解的气体不会再析出，平衡容器310的上部空间317的特征气体也不会溶解进入流淌的油样中，此时关闭装置所有元件，气体分析模块200即可开始检测分析。

本实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101在进行下一次油气分离过程中，无需吹扫置换上次油气分离过程的油样和分离出的特征气体，因为在上一次循环过程结束时，循环泵410将油样循环管路中的油样完全抽回电力设备100中，而特征气体循环管路中残留的特征气体会参与到下一次油气平衡过程，当油气平衡容器310空间的特征气体浓度低于最终平衡状态特征气体浓度时，流淌的油样中溶解的特征气体会不断析出扩散到油气平衡容器310的空间，在气体均衡泵230的循环扰动下最终达到油气平衡容器310空间的特征气体浓度等于最终平衡状态特征气体浓度，达到平衡状态。并且残留的上次分离出的特征气体本身也是样品油中的溶解气体，所以重新溶解回样品油并返回油浸式电力设备100并不会对油样造成污染。

若气体分析模块200需要更多的特征气体体积时，只需要更换气体分析模块200的样品定量进样器的体积，而无需对可变脱气量绝缘 油中气体在线分离装置110进行任何结构和软件的更改。当油气平衡容器310空间的特征气体浓度已经等于最终平衡状态特征气体浓度时，此时气体分析模块200需要增大进样量而使样品定量进样器的体积变大，在气体均衡泵230的扰动下，原来处于平衡状态的特征气体会因为填补增大的定量进样器的体积而导致整个油气平衡容器310空间的特征气体浓度低于最终平衡状态特征气体浓度，打破原先特征气体的平衡状态，可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110内流淌油样中溶解的特征气体会不断析出到油气平衡容器310空间，并达到最终的平衡状态。

当油气平衡容器310空间的特征气体浓度已经等于最终平衡状态特征气体浓度时，此时气体分析模块200若需要减少进样量只需将样品定量进样器的体积变小，在气体均衡泵230的扰动下，原来处于平衡状态的特征气体会因为定量进样器体积缩小而导致整个油气平衡容器310空间的特征气体浓度高于最终平衡状态特征气体浓度，打破原先特征气体的平衡状态，油气平衡容器310空间的特征气体浓度会回溶到流淌的油样中，并达到最终的平衡状态。这样也就实现了脱气量的自适应调整，适应不同的检测要求。

图4为实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101的装配图，请参阅图4，本实施例中，进油口312和出油口313通过连接法兰102固定在电力设备100上，本实施例中，由于可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110中的电磁阀等元器件少，整个可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110的体积很小，进而可以保证可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101的体积很小，具体而言，图5是电力设备100的连接结构示意图，请参阅图5，两个连接 法兰102设置于电力设备100的上部，两个连接法兰102分别连通过滤器320和第五电磁阀430，连接法兰102是用螺栓进行紧固的，电力设备100的下部设置有两个伸缩螺纹套管103。图6为本实施例提供的伸缩螺纹套管103的结构示意图。请参阅图6，伸缩螺纹套管通过内外管的螺纹连接实现伸缩，使用时，伸缩螺纹套管103的两端分别顶住电力设备100的侧壁和可变脱气量绝缘油中气体在线分析系统101，图7是本实用新型实施例提供的可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101中电力设备100优选实施方式的装配图，本优选实施方式中，采用单法兰结构，伸缩螺纹套管103的一端安置于可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101的底部，另一端则伸至地面形成支撑，用于支撑可变脱气量绝缘油中气体在线分析系统101。

本实施例中，可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110的体积为200mm*200mm*200mm。其中气体分析模块200可以采用利用气相色谱原理进行分析的气相色谱分析模块，也可以采用利用基于电化学或半导体气体传感器阵列原理进行分析的气体分析模块或基于光学传感器原理进行分析的光谱分析模块或基于微音器、麦克风等声压传感器原理进行分析的光声光谱分析模块。当可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置110连接气相色谱分析模块时，气相色谱分析模块由压缩空压机并净化的压缩空气替代传统钢瓶气作为载气，其重量在30Kg以内。当可变脱气量绝缘油中气体在线分离装置100连接气体传感器阵列分析模块、光声光谱气体分析模块或光谱气体分析模块时重量在15Kg以内，以上方案组成的壁挂式绝缘油中气体在线分析系统101体积在400mm*300mm*200mm以内。相比于现有技术中的绝缘油中气体在线分析系统动辄上两百公斤的重量，体积动辄在1200mm*600mm*500mm以上的尺寸，本实施例提供的可变脱气量绝缘 油中气体壁挂式分析系统101重量很轻，体积很小，故可以采用悬挂式的结构固定在电力设备100，此处所指的电力设备100是指油浸式电力设备(例如变压器、电抗器，套管，互感器等油浸式电力设备)。

这样设置的好处在于：电力设备100的体积重量较大，在进行油气在线分析时，现有技术的为基础的绝缘油中气体在线分析系统由于体积大，重量大，且需要浇筑水泥地基、并且安放在离变压器本体5米开外的地方，铺设长距离油管，并且在严寒地带需要对油管保温及加热控制，进而占用大量空间和使用大量人工，极不方便；由于现有技术的分析系统只能安装在离变压器距离5米以外的水泥地基上，导致绝缘油经过长距离的油管后温度和粘度都与变压器本体出现差别，失去在线监测的实际意义。此外每次取样分析时间长，而通过采用壁挂式的连接结构，可变脱气量绝缘油中气体壁挂式分析系统101可以直接固定在电力设备上，占用空间少，无需浇筑水泥地基，无需铺设长距离油管，安装方便且绝缘油的流动路径短，监测得到的信息能与变压器中的实际情况一致。

以上所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。