专利名称：用于变压器在线监测的膜油气分离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力设备检测领域，涉及一种用于变压器在线监测的膜油气分离装置。
背景技术：
大型电力变压器目前实行计划检修制度，而计划检修不可避免会存在检修过剩或检修不足的问题。检修过剩造成人力、财力、物力的巨大浪费，导致设备利用率降低，而且对正常设备可能造成损伤；检修不足可能导致设备的事故隐患。采用在线监测技术可以有效避免这些问题，并最终实现变压器的状态检修。
存在着故障隐患或故障的电力变压器，其绝缘油中会产生H2(氢气)、CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、CH4(甲烷)、C2H6(乙烷)、C2H2(乙炔)、C2H4(乙烯)等气体，根据油中溶解气体判别变压器内部是否存在潜伏性故障，亦称油色谱分析法，从五十年代就开始在电力系统应用，其有效性已被普遍证明。但是常规色谱法往往不能及时捕捉到故障信号。所以变压器油中气体在线监测是国内积极推广的技术。
变压器油中气体在线监测系统一般由油气分离单元、气体检测单元、微机数据处理单元及通讯单元组成。其中油气分离单元负责将油中溶解的气体分离出来，是系统检测和分析的前提。
有人将鼓泡、动态顶空等方法应用于在线监测油气分离，它的主要问题是①结构复杂，易出故障。②在脱气过程中，油与气直接接触，变压器油会受到空气的污染危及绝缘；如果将脱气后的油遗弃，既消耗变压器油，又增加监测系统的维护工作量，而且仍难以保证变压器油在监测系统中与空气完全隔绝，最终给系统安全运行带来隐患；③重复性不好。
目前在线油气分离装置采用较多的是板框结构的高分子膜，油气分离的机理是溶解-扩散过程，而膜的材料多选用有“塑料王”之称的聚四氟乙烯，因为它化学性能稳定，耐油、耐高温、机械性能好、透气性能也不错。该装置的结构比较简单，将高分子膜装在变压器放油阀法兰上，膜一侧接触油，另一侧接气路和气室。气路和油路都不循环，依靠自然扩散实现浓度平衡。但是，根据使用这类产品的电力用户的反映，膜的油气平衡时间一般都在一周以上，这么长的平衡时间严重影响了监测系统的实时性，不能及时发现早期潜伏性故障。
还有人使用加拿大Morgan Schaffer公司的变压器油中气体搜集器GP100，但其功能是针对氢气的采集。
为提高故障检测的实时性，油气平衡时间力求越短越好。本创作人积极努力研究，经潜心研发，终于发明出确具实用功效与产业利用价值之本实用新型。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能在较短时间内实现几种故障特征气体油气平衡的、适合现场应用的、不污染油的用于变压器在线监测的膜油气分离装置。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于它包括一油气分离室，由油气分离膜和与其相衬的金属补强板组成的油气分离组件分成油室和气室两部分，气室上设有进气口、出气口和取样孔，油室上设有进油口、出油口和放气阀；一油泵，其进口通过管道与变压器出口相连接，其出口通过管道与油室进油口相连接，油室出油口通过管道与变压器进口相连接；依次通过管道串联连接的电磁阀、真空泵、去油管、取样定量管和电磁阀，电磁阀通过管道与气室的出气口相连接，电磁阀通过管道与气室的进气口相连接，气室上设有控制电磁阀的液位开关。
油气分离室包括中空的油室座、固定在油室座上的油室盖、中空的气室座和固定在气室座上的气室盖，油室座和气室座通过螺钉相连接，油气分离组件设置于气室座和气室盖之间，并通过O形圈密封，取样孔、进气口和出气口皆设置于气室盖上。
油气分离膜由聚四氟乙烯制成，油气分离膜厚度为50-80μm，金属补强板上设有多个孔径为0.3-1mm的孔。
油气分离膜由无定型聚四氟乙烯制成，油气分离膜厚度为5-50μm，金属补强板为由不锈钢或钛制成的厚度为2-6mm的粉末冶金体，金属补强板的平均孔径为5-30μm。
油气分离膜厚度为20μm，金属补强板厚度为3mm，平均孔径为10μm。
油泵为微型齿轮泵。
真空泵为微型隔膜泵。
液位开关为光电式液位开关。
金属补强板和油气分离膜之间设有纱布层。
本实用新型的优点是本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，在工作状态，真空泵驱动气路中的气体进行循环，这样气室内的高浓度气体不断被外气路的低浓度气体更新，提高了气体渗透速度；同时油泵驱动油路中的油进行循环，变压器的油不断补充进来，使油室中油的气体浓度基本保持不变，也提高了气体渗透速度。因此，本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置能在较短时间内实现几种故障特征气体油气平衡、适合现场应用、不污染油。
图1为本实用新型结构示意图图2为油气分离室结构侧视图图3为油气分离室结构俯视图具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于它包括一油气分离室3，由油气分离膜15和与其相衬的金属补强板13组成的油气分离组件分成油室21和气室22两部分，气室22上设有进气口18、出气口19和取样孔20，油室21上设有进油口、出油口和放气阀5；一油泵2，其进口通过管道与变压器出口相连接，其出口通过管道与油室21进油口相连接，油室21出油口通过管道与变压器进口相连接；依次通过管道串联连接的电磁阀6、真空泵7、去油管8、取样定量管9和电磁阀6’，电磁阀6通过管道与气室22的出气口19相连接，电磁阀6’通过管道与气室22的进气口18相连接，气室22上设有控制电磁阀6、6’的液位开关4(控制电路采用常规电路)。
油气分离室3包括中空的油室座16、固定在油室座16上的油室盖17、中空的气室座12和固定在气室座12上的气室盖10，油室座16和气室座12通过螺钉相连接，油气分离组件设置于气室座12和气室盖10之间，并通过O形圈11密封，取样孔20、进气口18和出气口19皆设置于气室盖10上。
油气分离膜的油气分离机理是溶解-扩散过程，遵循如下关系式C＝(9.87KC′-C0)×[1-exp(-1.013×105×HAt/dV)]+C0(1)式中，C-气室中气体浓度，C′-油中气体浓度，V-气室容积，A-膜的面积，d-膜的厚度，K-气体的平衡常数，C0-气室中气体起始浓度，t-渗透时间，H-膜的渗透率。经过足够长的时间，油中气体和气室中气体达到动态平衡，根据亨利定律，两边气体浓度有一个固定的比例系数，检测气相浓度就可推出油中气体浓度。
在工作状态，真空泵7驱动气路中的气体进行循环，这样气室22内的高浓度气体不断被外气路的低浓度气体更新，相当于式(1)中的气体起始浓度C0相对较小，提高了气体渗透速度。
由于不断渗透，油室21中的溶解气体会逐渐减少，所以油泵驱动油路中的油进行循环，变压器的油不断补充进来，使油室中油的气体浓度基本保持不变，相当于式(1)中C′保持在最大值，也提高了气体渗透速度。
在本实用新型中，变压器1中的油始终处于封闭状态，不与空气直接接触，可以保证在油气分离过程中油不受到污染。油室21内安装放气阀5，装置初次运行时，放气阀5打开，油泵2运转，使油路中的油室21充满油，气体通过放气阀5放掉。
本实用新型由于其中的气室22内安装液位开关4，万一油气分离膜15出现破损，液位开关4检测到气室22中的漏油，气路的两个电磁阀6、6’立刻关闭，后面的检测系统不会因为进油而受到损坏。气室22装有取样孔20，可对整个在线监测系统进行校准。气路内有取样定量管9，后续的检测装置可以对取样定量管9内的气体进行检测。取样定量管9前还安装去油管8，去油管8内填充玻璃棉以滤去可能渗入气路的油蒸气。
由此可见，本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，能在较短时间内实现几种故障特征气体油气平衡、适合现场应用、不污染油。
本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其中油气分离膜15由聚四氟乙烯制成，油气分离膜15厚度为50-80μm，金属补强板13上设有多个孔径为0.3-1mm的孔。
本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其中油气分离膜15由无定型聚四氟乙烯制成，油气分离膜15厚度为5-50μm，金属补强板13为由不锈钢或钛制成的厚度为2-6mm的粉末冶金体，金属补强板13的平均孔径为5-30μm。
本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其中油气分离膜15厚度为20μm，如杜邦公司生产的Teflon AF 2400；金属补强板厚度为3mm，平均孔径为10μm。
油泵2为微型齿轮泵。
真空泵7为微型隔膜泵。
液位开关4为光电式液位开关。
金属补强板13和油气分离膜15之间设有纱布层14。
由上述可知，本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其中的油气分离膜15，通过增加H、减少d、减少C0、增加C′，缩短了油气分离的平衡时间。
式(1)中膜的渗透率H主要取决于膜本身的材料，本实用新型采用了无定型聚四氟乙烯(Teflon AF)。Teflon AF是杜邦公司开发的新一代高性能特殊功能高分子材料，它具备聚四氟乙烯主要的优良性能，而且透气性能大大胜过聚四氟乙烯膜，对几种故障特征气体的渗透率H，是聚四氟乙烯的几百到上千倍；是迄今为止最好的透气材料之一。
根据式(1)，减少膜厚度d可显著提高渗透速度，但膜厚度降低会影响强度；目前市场上的产品一般用厚度50μm以上的膜，后面衬多孔金属补强板(孔径0.5mm左右)以提高膜的耐压能力。本实用新型采用厚度20μm的膜以提高渗透速度，后面衬平均孔径10μm的粉末冶金体，粉末冶金的微孔结构，不会影响膜的渗透效果，同时保证了很薄的膜也能承受住变压器的油压。
本实用新型用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其工作方式为在非采样状态，电磁阀6、6’开通，每隔2小时，油泵2和真空泵7同时转动30分钟。装置一旦进入采样状态，油泵2和真空泵7都开始运转，60分钟后，油泵2和真空泵7都停止运转，以保证取样定量管9内气压为恒定值，后续的检测装置立刻对取样定量管9内的气体进行检测。一次采样周期结束后，装置恢复为在非采样状态。本实用新型用于现场在线监测，通常每隔24小时采样一次，此时油气分离可以达到平衡；全部工作流程都可通过单片机控制完成。
本实用新型结构简单成本低廉，机械部件少，并可以实现计算机自动控制，用于现场在线监测，其为能在较短时间内实现几种故障特征气体油气平衡的、适合现场应用的、不污染油的油气分离装置。
以上所述，仅为用来解释本实用新型之较佳实施例，并非企图据以对本实用新型做任何形式上的限制，所以凡是在本实用新型之创作精神下，所作的任何修饰或变更，皆仍应属于本实用新型意图保护之范围。
权利要求1.用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于它包括一油气分离室(3)，由油气分离膜(15)和与其相衬的金属补强板(13)组成的油气分离组件分成油室(21)和气室(22)两部分，气室(22)上设有进气口(18)、出气口(19)和取样孔(20)，油室(21)上设有进油口、出油口和放气阀(5)；一油泵(2)，其进口通过管道与变压器出口相连接，其出口通过管道与油室(21)进油口相连接，油室(21)出油口通过管道与变压器进口相连接；依次通过管道串联连接的电磁阀(6)、真空泵(7)、去油管(8)、取样定量管(9)和电磁阀(6’)，电磁阀(6)通过管道与气室(22)的出气口(19)相连接，电磁阀(6’)通过管道与气室(22)的进气口(18)相连接，气室(22)上设有控制电磁阀(6)、(6’)的液位开关(4)。
2.如权利要求1所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于油气分离室(3)包括中空的油室座(16)、固定在油室座(16)上的油室盖(17)、中空的气室座(12)和固定在气室座(12)上的气室盖(10)，油室座(16)和气室座(12)通过螺钉相连接，油气分离组件设置于气室座(12)和气室盖(10)之间，并通过O形圈(11)密封，取样孔(20)、进气口(18)和出气口(19)皆设置于气室盖(10)上。
3.如权利要求1或2所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于油气分离膜(15)由聚四氟乙烯制成，油气分离膜(15)厚度为50-80μm，金属补强板(13)上设有多个孔径为0.3-1mm的孔。
4.如权利要求1或2所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于油气分离膜(15)由无定型聚四氟乙烯制成，油气分离膜(15)厚度为5-50μm，金属补强板(13)为由不锈钢或钛制成的厚度为2-6mm的粉末冶金体，金属补强板(13)的平均孔径为5-30μm。
5.如权利要求4所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于油气分离膜(15)厚度为20μm，金属补强板(13)厚度为3mm，平均孔径为10μm。
5.如权利要求1或2所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于油泵(2)为微型齿轮泵。
6.如权利要求1或2所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于真空泵(7)为微型隔膜泵。
7.如权利要求1或2所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于液位开关(4)为光电式液位开关。
8.如权利要求1或2所述的用于变压器在线监测的膜油气分离装置，其特征在于金属补强板(13)和油气分离膜(15)之间设有纱布层(14)。
专利摘要本实用新型涉及用于变压器在线监测的膜油气分离装置，它包括一油气分离室，由油气分离膜和与其相衬的金属补强板组成的油气分离组件分成油室和气室两部分，气室上设有进气口、出气口和取样孔，油室上设有进油口、出油口和放气阀；一油泵，其进口通过管道与变压器出口相连接，其出口通过管道与油室进油口相连接，油室出油口通过管道与变压器进口相连接；依次通过管道串联连接的电磁阀、真空泵、去油管、取样定量管和电磁阀，电磁阀通过管道与气室的出气口相连接，电磁阀通过管道与气室的进气口相连接，气室上设有控制电磁阀的液位开关。本实用新型能在较短时间内实现几种故障特征气体油气平衡的、适合现场应用的、不污染油的油气分离装置。
文档编号G01N30/88GK2687687SQ20042004809
公开日2005年3月23日 申请日期2004年4月9日 优先权日2004年4月9日
发明者周方洁, 李红雷, 董秋琴 申请人:宁波理工监测设备有限公司