一种便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪的制作方法

本实用新型涉及绝缘油检测设备技术领域，具体为一种便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪。

背景技术：

绝缘油、绝缘油劣化：变压油绝缘系统由绝缘油及绝缘纸构成。绝缘油是矿物油，是由不同分子量的碳氢化合物构成的混合物，以烷烃、环烷烃和少量的芳香烃为主，其中烷烃占60％左右，环烷烃约占10％～40％，芳香烃为5％～15％。除此之外，还有硫化物、有机酸类、氮化物、硫化物和沥青胶纸等化合物及有机物。

绝缘油的劣化是油和纸共同作用的结果，研究表明油在氧、水分、高温的作用下将加速劣化，生成醛、醇、酮等氧化物及酸性化合物，析出油泥。油和氧的反应会生成少量的co2及co。此外电场及热的作用能使得某些c-h键和c-c键断裂，产生h2和低分子烃类气体，在不同的故障能量及时间的作用下也会生成碳氢聚合物和固体碳粒。在高电场的作用下，离子的撞击作用还会使得绝缘油分子分解产生气体加剧局部放电，此外，油分子链也可能生成固体蜡状物使得油内散热困难而导致热损坏。绝缘纸主要成分是纤维素，在热老化过程中会发生裂解，其聚合度下降，机械性能变差，严重时从绕组脱落至油中，影响绝缘油的散热从而进一步加大油的劣化。

绝缘油是电力系统最重要的材料之一，承担着变压器、互感器、电抗器、套管、电容器等充油设备的绝缘、灭弧和冷却作用。大量的运行资料和案例表明，高压充油电力设备的故障大多数是由于绝缘油性能劣化导致的。

由于绝缘油的绝缘性能状态对于系统安全稳定运行的重要性，对绝缘油的性能测试手段和测试设备一直是国内外的重点研究对象。对绝缘油的性能检测，通常可以分为常规测试和成分分析两大类。常规测试主要是实验室内测试，项目包括：油外观检查、油酸值、油微水含量、介电强度、表面张力、闪点等。这类测试项目，是通过定期抽取油样，在将油样送入实验室进行化验分析，通过上述各项目的测试结果，依据相关标准来分析被测油样的性能。这种测试方式，有一定的参考价值，但是还会受很多因素影响，而且完成一系列的测试，需要较长时间和较多的油样，这样就导致了测试频度较低，可能无法及时发现油样的劣化情况。

另外一类是绝缘油成分分析的测试方案，主要是油中气体检测技术，其原理是，对于使用油纸绝缘系统的设备，当其内部发生热老化及放电故障时，油内将产生各种分子烃类及二氧化碳、一氧化碳等气体，通过检测这些油内故障特征量气体的组分及含量来反映油内绝缘性能的优劣和分析设备内的绝缘性能故障，其检测方法主要包括：气相色谱法、红外光谱法、光声光谱法、阵列式气敏传感器法等。这类方法对检测变压器有绝缘性能有较好的效果，但是这种测试成本较高，设备费用昂贵，检测需要较高的环境要求，设备体积较大，检测周期也较长，这些缺陷也限制了油中气体检测方法的应用。

综上，现有技术均存在着缺陷：

(1)常规实验室检测方案，由于其检测方式为分项试验方式，所以对于同一设备，需要取样多个油样，进行多个试验，整体检测周期很长，效率低，设备投资大。

(2)油中气体成分检测方案，包括气相色谱法、红外光谱法、阵列式气敏传感器法等方案的实验室检测和在线监测类方案，检测中，需要油样中的分解气体析出进行检测，这样会导致某些气体析出不完全造成检测灵敏度降低，检测中对于分子成分相近的气体成分，会导致检测出现偏差；油中气体由于含量微小，析出时间长，检测的周期长，对绝缘油的性能分析不及时。

(3)在线监测类的油中气体成分检测方案，同样存在前面提到的样品中成分析出不全等问题。而且在线监测类设备费用高，只能固定用于一个设备的检测。如果是变压器这类高价格设备，安装油中气体成分在线监测设备时可行的，但是对于充油套管、互感器等较小的设备，可能检测设备会高于被测设备，这样从经济角度不合算。

(4)当前上述的各种测试方式，其分析绝缘油特性，均是从某一特征参数来通过既定标准来分析绝缘油特性和判断设备内部故障，如果遇到既定标准之外的其他成分，如内部热电反应生成的固态颗粒物质，上述方案无法检出是哪种成分，无法准确分析被测油样的绝缘性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪，本实用新型的设备采用核磁共振检测技术，通过检测绝缘油劣化后产生的h核的核磁共振信号来快速分析被测绝缘油的老化状态。本实用新型的设备采用特定设计的频谱发生组件和核磁检测组件，设备体积小，便携，检测速度快，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪，包括设备箱体、工业微型计算机模块、频谱发生器模块、射频功率放大器模块、核磁检测探头容器，所述设备箱体的上层隔板上安装有工业微型计算机模块、频谱发生器模块、射频功率放大器模块，设备箱体的下层隔板上安装有核磁检测探头容器，其中：

所述工业微型计算机模块电连接于频谱发生器模块，频谱发生器模块电连接于射频功率放大器模块，射频功率放大器模块电连接于核磁检测探头容器，核磁检测探头容器电连接于工业微型计算机模块。

进一步地，所述核磁检测探头容器包括平行磁场式静态核磁探头容器组件和螺线管式动态核磁探头容器组件。

进一步地，所述平行磁场式静态核磁探头容器组件由检测容器、油样注入口、油样排放口、磁场元件、激励线圈、检测线圈组成，所述检测容器的一侧连接油样注入口，检测容器的另一侧连接油样排放口，所述检测容器的顶部通过接触的激励线圈连接磁场元件，检测容器的底部过接触的检测线圈连接磁场元件。

进一步地，所述激励线圈和检测线圈的匝数一致，相位相反。

进一步地，所述激励线圈和检测线圈采用在薄的玻纤维基板上沉积导电金属层，采用激光蚀刻工艺形成激励线圈和检测线圈。

进一步地，所述检测容器采用圆柱腔体结构，采用石英玻璃容器。

进一步地，所述螺线管式动态核磁探头容器组件由激励线圈、检测线圈、石英玻璃管道和永磁体组成，所述激励线圈和检测线圈同向绕制在石英玻璃管道的外表面形成螺线管状，石英玻璃管道外围采用永磁体沿螺线管布满整个圆周形成静态磁场。

进一步地，所述永磁体在石英玻璃管道外围呈六边形布置方式。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型采用核磁共振技术，通过改良核磁检测探头和频谱驱动组件，来实现的小体积、低成本、便携式快速的绝缘油性能检测设备。

2、本实用新型采用了核磁共振信号检测技术，实现检测速度快效率高、仅需要一项测试即可实现测全面的绝缘油性能分析，避免了常规方式多个项目试验的方式导致的效率低、成本高、检测效果不全等弊端。

3、本实用新型设计了平行磁场式静态核磁探头容器组件和螺线管式动态核磁探头容器组件两种核磁探测容器，可以实现静态测试和动态实时检测测试两种状态，使用更加方便，两种探测组件，可以根据需要任意配置，方便用户根据需要选择，以低成本实现高质量检测效果。

附图说明

图1为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪的装置结构图；

图2为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪的模块框图；

图3为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪平行磁场式静态核磁探头容器组件的结构示意图；

图4为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪平行磁场式静态核磁探头容器组件的纵切面结构示意图；

图5为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪永磁体片与激励线圈的形状示意图；

图6为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪永磁体片与检测线圈的形状示意图；

图7为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪螺线管式动态核磁探头容器组件结构示意图；

图8为本实用新型便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪螺线管式动态核磁探头容器组件的磁体布置结构横截面示意图。

图中：1、设备箱体；2、工业微型计算机模块；3、频谱发生器模块；4、射频功率放大器模块；5、核磁检测探头容器；501、检测容器；502、油样注入口；503、油样排放口；504、磁场元件；505、激励线圈；506、检测线圈；507、石英玻璃管道；508、永磁体。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1-2，一种便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪，包括设备箱体1、工业微型计算机模块2、频谱发生器模块3、射频功率放大器模块4、核磁检测探头容器5，设备箱体1的上层隔板上安装有工业微型计算机模块2、频谱发生器模块3、射频功率放大器模块4，设备箱体1的下层隔板上安装有核磁检测探头容器5，其中：工业微型计算机模块2电连接于频谱发生器模块3，频谱发生器模块3电连接于射频功率放大器模块4，射频功率放大器模块4电连接于核磁检测探头容器5，核磁检测探头容器5电连接于工业微型计算机模块2。检测仪整机由工业微型计算机模块2控制，通过频谱发生器模块3产生测试用调制频谱信号，经射频功率放大器模块4激励到需要的能量级，然后注入核磁检测探头容器5内的测试线圈，核磁信号传输入计算机进行分析处理，并根据信号分析结果判断被测绝缘油的绝缘性能。

本实用新型中，频谱发生器模块3和射频功率放大器模块4采用先进的微型计算机技术和芯片设计。本实用新型是采用核磁共振技术，通过改良核磁检测探头和频谱驱动组件，来实现的小体积、低成本、便携式快速的绝缘油性能检测设备。

核磁共振，是物质原子核磁矩在外磁场的作用下能级发生分裂，并在外加射频磁场的能量条件下产生能级跃迁的核物理现象。核磁共振现象主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核自旋情况不同，可以用核的自旋量子数来表示。只有自旋量子数不为零(质子或中子为奇数)的原子核才能产生核磁共振信号，如¹h，³¹p，²³na等。不同元素的核磁共振信号的灵敏度不同，¹h的核磁共振信号最强，其它元素与¹h相比至少相差一千倍以上。本实用新型中的设备所用到的均为¹h的核磁共振特性来进行检测分析的。

本实用新型的核磁检测探头容器5包括平行磁场式静态核磁探头容器组件和螺线管式动态核磁探头容器组件。

实施例1

图3展示了便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪平行磁场式静态核磁探头容器组件的结构示意图，如图3所示，平行磁场式静态核磁探头容器组件由检测容器501、油样注入口502、油样排放口503、磁场元件504、激励线圈505、检测线圈506组成，检测容器501的一侧连接油样注入口502，检测容器501的另一侧连接油样排放口503，检测容器501的顶部通过接触的激励线圈505连接磁场元件504，检测容器501的底部过接触的检测线圈506连接磁场元件504。检测容器501采用圆柱腔体结构，材质方面采用不影响磁场运行和不与油类产生化合反应的材质，本实用新型中采用石英玻璃容器。进行检测操作时，将油样排放口503关闭，从油样注入口502注入待测绝缘油，待油样充满容器，即可进行核磁共振检测。磁场元件504采用长方形永磁体，紧贴检测容器501上下两面，激励线圈505和检测线圈506介于永磁体与容器表面之间，与永磁体和容器表面紧密接触。

图5展示了便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪永磁体片与激励线圈的形状示意图，图6展示了便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪永磁体片与检测线圈的形状示意图，由图5和6所示，上下两面永磁体片为大小形状相同的长方形结构，安装位置完全对应，其激励线圈505与检测线圈506，匝数一致，但相位相反。为保证线圈的外形参数一致性，线圈不采用成品导体绕制，而是采用在薄的玻纤维基板上沉积导电金属层，用激光蚀刻工艺形成激励线圈505和检测线圈506。线圈导体采用导电性能优秀的贵重金属导体制作。

本实施例的检测探头，可以实现实验室和现场定量油样的检测分析。

实施例2

图7展示了便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪螺线管式动态核磁探头容器组件结构示意图，螺线管式动态核磁探头容器组件由激励线圈505、检测线圈506、石英玻璃管道507和永磁体508组成，激励线圈505和检测线圈506同向绕制在石英玻璃管道507的外表面形成螺线管状，石英玻璃管道507外围采用永磁体508沿螺线管布满整个圆周形成静态磁场。测试中，将被测绝缘油从螺线管内的石英玻璃管道507一侧注入，另一侧流出，在不超过一定流速的状态下，仪器可以持续测试，本实施例可以避免部分油品内部分解物质不均匀导致的分析误差，也可以实现一定程度的在线实时检测的功能。

图8展示了便携式核磁共振绝缘油老化状态快速检测仪螺线管式动态核磁探头容器组件的磁体布置结构横截面示意图，由图8可以得知，螺线管式动态核磁探头容器组件中的磁场，因容器为液体流动管道，被测油样为流动状态，因此需要更强的静态磁场。因测试容器的石英玻璃管道507水平放置，其磁体空间跨度较大，采用六边形磁体布置方式，用与螺线管检测区域等长的磁体，沿管道方向放置，在石英玻璃管道507截面圆周以六边形方式布置6块永磁体实现高强度静态磁场。

本实用新型采用核磁共振技术来分析被测油样中h核的核磁共振特性来分析被测绝缘油的绝缘性能。绝缘油为有机物，且在运行过程中，受到高温、氧气、水等影响，引起油的劣化，其分子链断裂，绝缘纸水解脱落至油中，这些都将造成油内含h基团的变化。核磁共振是一种从材料的化学结构层面进行分析的微观方法，以h原子的拉莫尔频率为共振频率，其共振回波信号中包含了被检测样品h原子的化学结构信息，通过分析材料微观结构的变化，实现对油的劣化评估。实现了检测设备的便携和对绝缘油性能的快速检测，实现在现场和实验室快速检测绝缘油油样，实现临时接通管路实时测试电力设施内的绝缘油绝缘性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。