模拟变压器油样品配制、采集装置及方法与流程

本发明涉及一种模拟运行变压器油样品配制、采集装置及方法，本发明还涉及使用所述装置配制、采集模拟变压器油样品的方法。

背景技术：

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CH₄、C₂H₆、 C₂H₄、 C₂H₂、CO、CO₂、H₂等），并溶解于绝缘油中。准确分析绝缘油中溶解气体的特征气体组分和含量，可以判断设备的安全状态，发现早期潜伏性故障，是监视充油电气设备安全运行最有效的措施之一；

因为油中溶解气体含量会随着油的温度、压力和密封状态而变化，因此从变压器等充油电气设备中采集油样品的全过程必须在全封闭、正压的状态下进行，严禁油样品与空气接触、禁止负压取样。

从运行的变压器中正确采集油样品是后续溶解气体组分分析和故障诊断工作的基础，又是油务化验人员基本的职业技能，也是从业人员操作训练和考核的重要内容。但基于变压器等高压带电设备的安全原因，无法实现带电设备的实际操作训练和考核，常压下难于去除油中各种杂质、配制的油样品无法精确模拟各种故障气体成分和含量，也长时间恒值保存。目前缺乏一种能完全拟合变压器实际运行中各种故障油样、并能模拟变压器油样品采集操作的装置和方法。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种模拟运行变压器油样品配制、采集装置及方法和模拟变压器油样品配制、采集的方法。

为了解决上述问题本发明所提供一种模拟运行变压器油样品配制、采集装置及方法的技术方案如下：

一种模拟变压器油样品的配制、采集装置，包括：

主油箱，内部设恒压排油装置，用于配制和保存定值油样品，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，外部设有循环泵和真空泵，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泵、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泵，所述循环泵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，包括标准气体气瓶、平衡气气瓶和相应的标准气进样定量阀、平衡气进样定量阀，还包括用于改变气体浓度的手动进样定量器和相应的手动进样阀，所述标准气体气瓶、平衡气气瓶和手动进样定量器通过四通连接件与进气管连通，所述进气管与主油箱连通；

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；

采样装置，多个平行变压器油采样阀，用于采集成品的模拟变压器油样品。

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泵，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。

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。

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。

进一步的，所述进气管与主油箱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、进油管路、出油管路的三通套管,所述进气管上设有筛分器，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。

本发明提供模拟变压器油样品配制、采集的方法，具体步骤如下：

（1）系统真空：将模拟变压器油样品的配制、采集装置的真空度维持在550Pa～1050 Pa，静置10～20分钟。

（2）系统注油：将变压器油通过净化装置过滤后，注入副油箱中。

（3）回用油净化：将过滤后的变压器油加热到70～80℃，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，油温升高后油中气体的溶解度降低，水蒸气和溶解气体都从油中逸散出来，随真空泵排出副油箱，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。

（4）运行油样品配制：根据所模拟故障设定故障气体浓度，包括特征气体浓度和平衡气浓度，计算需要加入的各种气体体积，将副油箱中变压器油注入主油箱中，使净化后的变压器油在主油箱和混油管路中，在50℃、20kPa～50kPa的条件下密闭循环，标准气体气瓶二次减压为60kPa～80kPa，然后将精确定量的待溶解气体经由辅助气体溶解装置注入主油箱中，加气速度为0.05L/min，循环15min。根据需要设定10%～90%饱和度，然后定量注入平衡气，充分循环，使油与待溶解气体充分混合均匀。

（5）油样品采集：对球囊充气加压并恒压至130kPa，打开变压器油采样阀即可实现运行变压器油样正压采集。

进一步的，在步骤（1）之前对变压器油进行排空处理：将调节油箱内残余的运行变压器油排入主油箱中，通过双向气泵对球囊加压并恒压至130kPa，将主油箱中运行变压器油排出至回收桶中，通过循环泵将副油箱中的运行变压器油排出至回收油容器中。

进一步的，所述平衡气为氮气。

进一步的，溶解气体包括变压器在正常和故障状态下产生的CH₄、C₂H₆、 C₂H₄、 C₂H₂、CO、CO₂、H₂中的一种或几种。

进一步的，所述待溶解气体包括CH₄、C₂H₆、 C₂H₄、 C₂H₂、CO、CO₂、H₂中的一种或几种。

本发明的有益效果为：可以精确制作出多种典型变压器故障状态下的变压器油，油中各种特征气体成分和含量准确可控，并且可以常温下长时间恒值保存；本装置提供多个平行工位，能够完全模拟实际变压器油样品采集过程，可安全、方便地用于油务化验、电气试验/化验等专业的从业人员的技能培训、考核、技术比武等工作，使用成本低，操作安全，与现场操作契合度高，快捷方便；变压器油采用回用净化、循环使用的方式，经济环保。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中辅助气体溶解装置结构示意图。

图中：1-真空泵，2-雾化器，3-副油箱，4-排油阀，5-进油阀，6-循环泵，7-双向阀，8-换热器，9-副油箱进油阀，10-排油泵，11-低油位液位计，12-球囊，13-主油箱，14-主油箱混合油阀，15-净化装置，16-恒压装置，17-双向气泵，18-回收油容器，19-变压器油采样阀，20-标准气体气瓶，21-平衡气气瓶 ，22-标准气进样定量阀，23-平衡气进样定量阀，24-手动进样定量器，25-手动进样阀，26-进气阀，27-调节油箱，28-高油位液位计，29-排空阀，30-辅助气体溶解装置，31-进油阀，32-进气管，33-出油管路，34-三通套管，35-筛分器，36-进油管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

一种模拟变压器油样品的配制、采集装置，包括：

主油箱13，内部设恒压排油装置，用于配制预设和保存定值油样品。主油箱13与调节油箱27连通，油温变化时油体积变化量通过调节油箱27储存和补充；

调节油箱27，设有排空阀29，进油阀31，能够储存变压器油，位于主油箱13上端，并且与主油箱13连通；

副油箱3，与主油箱13连通，外部设有循环泵6和真空泵1，内部设有雾化系统，用于净化回用油，去除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13连通的混油阀门14和排油泵10、控制与副油箱连通的副油箱进油阀9；

净化循环管路，回用油通过净化装置15进入副油箱3，所述副油箱3顶部设有雾化器2，净化循环管路包括连接副油箱3底部的循环泵6，所述循环泵通过双向阀7与换热器8连接，所述换热器8通过混油管路与主油箱13和副油箱3连接；

气体控制装置，包括标准气体气瓶20、平衡气气瓶21和相应的标准气进样定量阀22、平衡气进样定量阀23，还包括用于改变气体浓度的手动进样定量器24和相应的手动进样阀25，所述标准气体气瓶20、平衡气瓶21和手动进样定量器24通过四通连接件与进气管32连通，所述进气管32与主油箱13连通；

回收油容器18，通过净化循环管路与主油箱13和副油箱3连通；

变压器油采样装置19，多个平行变压器油采样阀，用于采集成品的模拟变压器油样品。

进一步的，所述主油箱3为橄榄球型，所述排油装置包括可充分填充主油箱内腔的球囊12、控制球囊12压力的恒压装置16、压力传感器和双向气泵17，所述球囊12的底部与主油箱13底部密封连接，球囊12球体为耐油橡胶材料。

进一步的，所述调节油箱27内设有高油位液位传感器28，主油箱13下部设有低油位液位传感器11，能精确控制进油量。

进一步的，所述副油箱3体积为主油箱13的2倍，并且所述副油箱3底部为倒锥形。

进一步的，所述进气管32与主油箱13设有辅助气体溶解装置30，所述进气管32与主油箱13设有辅助气体溶解装置30，所述辅助气体溶解装置30包括分别连接进气管32、进油管路36、出油管路33的三通套管34,所述进气管32上设有筛分器35,所述筛分器35为海绵状结构，所述筛分器35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。

进一步的，所述副油箱3内部设有温度传感器，精确控制油温。

进一步的，所述净化装置15包括去除较大粒径杂质的金属烧结过滤器和去除大部分水分和油泥的高分子吸附柱。

配制模拟变压器油时，如果装置内有上一次运行时剩余的变压器油，首先将调节油箱27内残余的运行变压器油排入主油箱13中，通过双向气泵17对球囊12加压并恒压至130kPa，将变压器油排出至回收油容器18中，通过循环泵6将副油箱3中残余的变压器油排出至回收油容器18中；

残余的变压器油排空后，通过双向气泵17排出球囊12内气体，关闭球囊进气阀门，打开真空泵1将装置内抽真空，维持真空度为550Pa～1050Pa，静置10～20分钟。

将回收油容器18中的变压器油通过净化装置15过滤后，去除大部分水分和所有机械杂质，注入主油箱13和调节油箱27中，到达高油位液位传感器29时停止进油，控制双向气泵17向球囊12加压并恒压至130kPa，将所有变压器油注入副油箱3中。

然后将副油箱3中的变压器油深度净化，首先开启循环泵6、真空泵1、双向泵7和恒温加热装置8，在恒温加热装置8中将变压器油加热到70～80℃，经副油箱3顶部设置的雾化器2，将变压器油雾化成0.1mm的液滴，油中所有的溶解气体和水分从油中逸散出来，随真空泵1排出副油箱3，此步骤持续进行90 min～120min。

对回收油进行二次净化处理后，检测油中溶解气体含量，考察油的净化脱气效果，结果如表1，净化效果良好。

表1 回收油的净化脱气效果试验

待溶解气体和水分从变压器油中完全排出后，将副油箱3中变压器油通过副油箱进油阀9注入主油箱13中，关闭副油箱进油阀9，通过排油泵10和混合油阀14在50℃、20kPa～50kPa的条件下在混油管路和主油箱13中密闭循环，然后将将精确定量的待溶解气体通过进气管32和辅助气体溶解装置30注入主油箱中，加气速度为0.05L/min，所述待溶解气体包括CH₄、C₂H₆、 C₂H₄、 C₂H₂、CO、CO₂、H₂中的一种或几种，调节外接标准气瓶二次减压后的进气压力至60～80kPa，设定平衡气50%饱和度，循环，使油与待溶解气体充分混合。将球囊12充气加压并恒压至130kPa，打开变压器油采样阀19即可实现运行变压器油样正压采集。采集配制好的油样，用已经通过计量检定的实验室安捷伦色谱仪检测变压器油中溶解气体的浓度值作为标准值。对比预设定值，考察两者吻合度。试验结果如表2，配制浓度与实际浓度的吻合度良好。

表2 配制浓度与实际浓度的吻合度试验

由球囊12充氮气恒压并体积膨胀，将配制好的定值油样正压排出，排出油的体积由气囊膨胀填充，因此在整个采油期间，油样处于严格密封状态，为单一液相，无空腔产生，油中溶解气体量值稳定。

检测本装置中变压器油贮存0h（原始含量）、24h、96h，各溶解气体组分量值，考察各溶解气体组分稳定性。试验结果如表3，稳定性良好。

表3 主油箱中油样品的稳定性试验

本装置研发完成后，用于电力行业电气试验/化验岗位员工培训、考核以及电力院校学生的教学工作，已运行15个月，完成职工培训4036人/次，共计13680学时，完成学生教学实训720学时，变压器油全量回用，零排放。运行耗材（电、气体）成本约1200元，平均0.083元/学时。参培员工反响良好，培训教学效果显著，经济效益、社会效益显著。