模拟变压器气体继电器装置及其样品气体制备、采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模拟变压器气体继电器装置，本发明还涉及使用所述装置制备多 种变压器故障下的变压器气体继电器中气体样品的方法。
【背景技术】
[0002] 变压器等充油电气设备在运行中，不同的故障状态会产生不同的特征气体(主要 包括014、(：2!1 6、(：2!14、(：2!12、0)、0)2、!1 2等）。所有故障的产气率均与故障的能量释放紧密相关。 对于能量较低、气体释放缓慢的故障（如低温热点或局部放电），所生成的气体大部分溶解 于油中，整体而言基本处于平衡状态;对于能量较大(如铁芯过热)造成故障气体产生较快， 当产气速率大于溶解速率时可能形成气泡。在气泡上升的过程中，一部分气体溶解于油中 (并与已溶解于油中的气体进行交换），改变了所生成气体的组分和含量。未溶解的气体和 油中被置换出来的气体，最终进入继电器而积累形成自由气体(瓦斯气）；对于有高能量的 电弧性放电故障，迅速生成大量气体，并形成气泡迅速上升并聚集在继电器里，引起继电器 报警或保护动作。因此当气体继电器发出信号时，除应立即取气体继电器中的自由气体(瓦 斯气)进行色谱分析外，还应同时取变压器油样进行溶解气体分析，并比较油中溶解气体和 继电器中的自由气体(瓦斯气）的浓度，使用平衡判据来判断自由气体(瓦斯气)与溶解气体 是否处于平衡状态，进而判断故障的类别。
[0003] 比较方法:首先要把自由气体(瓦斯气）中各组分的浓度值利用各组分的奥斯特瓦 尔德系数匕计算出平衡状况下油中溶解气体的理论值，再与从油样分析中得到的溶解气体 组分的浓度值进行比较。
[0004] 计算方法： C〇i = kiXCgi 式中：Cd--油中溶解组分i浓度的理论值，uL/L; Cgi--继电器中自由气体中组分的i浓度值，uL/L; k,一一组分i的奥斯特瓦尔德系数。
[0005] 判断方法： (1)非故障状态:继电器中自由气体理论值和油中溶解气体的实测值近似相等，气体样 品中各组分浓度均很低，说明设备运行正常，继电器气体为非故障气体。
[0006] (2)潜伏性故障:继电器中自由气体理论值和油中溶解气体的实测值近似相等，溶 解气体浓度略高于理论值则说明设备存在产生气体较缓慢的。
[0007] (3)故障状态:气体继电器内的自由气体浓度明显超过油中溶解气体浓度，说明设 备内部存在产生气体较快的故障，释放气体较多，必须尽快处理。
[0008] 因此，及时正确采集并准确分析气体继电器中的气体成分是分析、判定变压器故 障最有效的措施之一。运维人员必须具备正确采集气体继电器中故障气体的操作能力。
[0009] 变压器的气体继电器安装于油枕下方，变压器上部，样品采集难度较大。变压器正 常运行时继电器中充满了变压器油，没有气体。因此，实际设备不具有操作培训的条件，不 能满足技术人员的操作培训需求，更无法模拟各种故障状态。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的问题是提供一种模拟变压器气体继电器装置，该装置能够模拟变 压器典型故障，制备预设溶解气体浓度的变压器油样品和故障气体，并提供样品采集方法。 模拟变压器气体继电器装置样品气体制备、采集方法，可以方便地配制各种故障状态下的 变压器油和气体继电器中的故障气体样品，完全拟合实际运行变压器采样操作，并且能够 重复采集，适用于从业人员的培训和考核。
[0011] 为了解决上述问题，本发明提供一种模拟变压器气体继电器装置，以及使用所述 装置制备多种变压器状态下的变压器气体继电器中气体样品的方法的技术方案如下： 一种用于模拟变压器气体继电器样品采集装置，包括： 主油箱，内部设恒压排油装置，用于配制和保存变压器油，主油箱与调节油箱连通，油 温变化时油体积变化量通过调节油箱储存和补充； 调节油箱，设有排空阀和进油阀，能够储存变压器油，位于主油箱上端，并且与主油箱 连通； 副油箱，与主油箱连通，外部设有循环栗和真空栗，并且设有雾化系统，用于净化回用 油，除去回用油中残余水分和各种溶解气体杂质至基础油； 混油管路，包括控制与主油箱连通的混油阀门和排油栗、控制与副油箱连通的副油箱 进油阀； 净化循环系统，副油箱顶部设有雾化器，净化循环管路包括连接副油箱底部的循环栗， 所述循环栗通过双向阀与换热器连接，所述换热器通过混油管路与主油箱和副油箱连接； 气体控制装置，包括配制模拟故障气体的气瓶组、平衡气气瓶和相应的模拟故障气体 进样定量阀、平衡气进样定量阀，还包括用于配制故障气体的配气装置，所述模拟故障气体 气瓶组、平衡气气瓶和配气装置通过三通连接件与进气管连通，所述进气管与主油箱进油 管路连通； 回收油容器，通过回用油管路与主油箱连通，通过净化循环管路与副油箱连通； 变压器气体继电器装置，根据所模拟故障的产气量和变压器油中平衡气体的饱和量， 气体控制装置将混合好的故障气体定量，经气体辅助溶解装置加入变压器油中，控制各种 气体加入量和加入速度，可以模拟不同产气量和产气速率的变压器故障，过量的气体自变 压器油中逸出，进入气体继电器形成自由气体(瓦斯气），由视窗可以观察到油与故障气体 的分界面。
[0012] 进一步的，所述主油箱为橄榄球型耐压容器，所述排油装置包括可充分填充主油 箱内腔的球囊、控制球囊压力的恒压装置、压力传感器和双向气栗，所述球囊的底部与主油 箱底部密封连接，球囊球体为耐油橡胶材料。
[0013] 进一步的，所述调节油箱内设有高油位液位传感器，主油箱下部设有低油位液位 传感器。
[0014] 进一步的，所述副油箱体积为主油箱的两倍，并且所述副油箱底部为倒锥形。
[0015] 进一步的，所述进气管与主油箱进油管路设有辅助气体溶解装置，所述辅助气体 溶解装置包括分别连接进气管路、进油管路、出油管路的三通套管，所述进气管路上设有筛 分器，所述筛分器为海绵状结构，所述筛分器微孔孔径为10~20微米，可以将待溶气体细化 成微气泡，迅速完全地溶解到变压器油中。
[0016]本发明提供模拟变压器气体继电器装置中气体样品配制和采集方法，具体步骤如 下： (1)系统真空:打开回路阀门，开启真空栗，将模拟变压器气体继电器装置的真空度维 持在700Pa~lOOOPa，静置10~20分钟。
[0017] (2)系统注油:将变压器油通过净化装置进行过滤后，注入副油箱中。
[0018] (3)回用油净化:将过滤后的变压器油加热到70~80°C，通过雾化装置，将加热后 的变压器油雾化成0.1mm的液滴，在负压状态下，溶解于变压器油中水分气化成水蒸汽，杂 质气体的溶解度降低，都从油中逸散出来，随真空栗排出副油箱，变压器油落入副油箱底 部，继续进行加热、雾化、除杂质的循环，此步骤持续进行90 min~120min。
[0019] (4)含气量预置:将副油箱中变压器油注入主油箱中，根据设定故障，设置变压器 油的含气量在80%~110%，计算加入平衡气的体积，通过定量装置准确定量，然后将精确定 量的平衡气体经由辅助气体溶解装置注入油中，加气速度为0.2 L/min~l.OL/min，此过程 循环直至液气平衡，超过变压器油溶解能力的气体会逸出，由主油箱顶部进入变压器气体 继电器中聚集，形成自由气体。
[0020] (5)故障气体配制:根据设置故障，计算特征气体浓度、体积和加入速度，设置配气 仪配气参数，配制所设置故障下的混合故障气体浓度，用定量装置定量加入、循环，加气速 度为0.2 L/min~1 .OL/min，超过变压器油溶解能力的气体会逸出，由主油箱顶部进入变压 器气体继电器中聚集，形成自由气体，通过变压器气体继电器气体样品取气口采集。进一步 的，在步骤(1)之前对模拟变压器气体继电器装置油箱排空:将调节油箱内残余的运行变压 器油排入主油箱中，通过双向气栗对球囊加