变压器在线色谱仪标准油配制装置的制作方法

本实用新型属于电力工程技术领域，涉及一种变压器在线色谱仪标准油配制装置。

背景技术：

变压器在线色谱仪是动态监控变电站大型变压器安全运行的重要设备，其在运行中的准确性常常受生产厂家、使用环境、仪器维护等各种因素影响而降低，对变压器安全稳定运行带来隐患和危害。目前对变压器在线色谱仪进行校验的标准尚不完善，业内公认的校验方法是采用配制含一定浓度标准气体的标准油对在线色谱以进行校验。因此标准油的配制成为在线色谱仪校验的关键。

现有市售的标准油配制装置质量良莠不齐，很多装置在其关键性能配油准确性上达不到相关标准要求，必须通过离线色谱定值来保证标准油的准确性。另外，目前很多装置都无法利用单一标气法准确配制出含任意标气浓度的标准油，尤其是对低浓度目标气体如乙炔的配制有较大难度。配油和校验过程中产生的废油量也较大，目前尚没有能循环利用校验用油的配油装置，使校验成本一直居高不下，对环境也造成了负担。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种变压器在线色谱仪标准油配制装置，能够实现对一定浓度标准油的准确配制，并能循环利用校验用油。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型提供一种变压器在线色谱仪标准油配制装置，包括：

标气单元、配油单元和控制中心服务器；

其中，所述标气单元包括若干个标气瓶和第一单片机，

所述配油单元包括活塞式配油缸、脱气缸、循环泵和第二单片机，其中，所述活塞式配油缸包括油缸和气缸；

所述标气瓶通过进气管与活塞式配油缸中的油缸相连通，所述进气管上设有若干个与第一单片机相连的电磁阀；

所述活塞式配油缸中的油缸与循环泵通过第一管道构成一循环回路；

所述活塞式配油缸中的油缸通过第二管道与脱气缸相连通；

所述脱气缸中设有气体扩散头，该气体扩散头通过第一通气管与氮气瓶相连通，所述脱气缸还设有空白油进口；

所述活塞式配油缸中的气缸通过第二通气管与所述氮气瓶相连通；

所述第一管道、第二管道、第一通气管和第二通气管上均设有与第二单片机相连的电磁阀；

所述第一单片机和第二单片机接收控制中心服务器发出的指令分别控制标气单元和配油单元内部相应的电磁阀的开关进行控制。

所述活塞式配油缸属于本领域技术人员公知的部件，包括油缸、气缸和活塞杆等，其配合使用关系本领域技术人员常规知晓。

进一步的，所述进气管(连接标气瓶和活塞式配油缸中的油缸之间的进气管)上设有稳压阀和稳流阀。

进一步的，所述活塞式配油缸的活塞杆连接步进电机，步进电机带动活塞杆的运动。

进一步的，所述活塞式配油缸的外部缠绕有用于对活塞式配油缸加热的加热带，用来控制标准油的温度。

进一步的，所述活塞式配油缸设有手动进气孔。

进一步的，所述活塞式配油缸的壁上设有取样阀。

进一步的，所述活塞式配油缸内部设有液位计。

进一步的，所述脱气缸通过空白油进口和所述循环泵与空白油缸相连接。具体的，所述脱气缸的空白油进口依次通过第十三电磁阀、循环泵和第十二电磁阀与空白油缸相连。所述脱气缸的一出口连接的管道上设有第七电磁阀。

配油时，清洗活塞式配油缸、油气交换循环和进空白油步骤采用一台循环泵，降低成本和提高空间利用率。

进一步的，所述控制中心服务器分别与标气单元和配油单元以蓝牙或网线的方式相互连接，通过标气单元和配油单元中的单片机与控制中心服务器进行通讯和控制。

优选的，所述标气瓶的数量为至少7个，装有CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂、H₂、CO或CO₂标气。

优选的，每个标气瓶通过多通阀与活塞式配油缸的进气口相连，每个标气瓶与多通阀之间的通气管道上均设有一个第一电磁阀，连接多通阀与活塞式配油缸的通气管道上设有第三电磁阀，多通阀与第三电磁阀的通气管道之间设有一通气管道分支，该通气管道分支上设有第二电磁阀。

优选的，所述活塞式配油缸中的油缸与循环泵通过第一管道构成一循环回路，位于油缸底部与循环泵之间的部分第一管道上设有一个电磁阀，为第十一电磁阀。

优选的，所述活塞式配油缸中的油缸与脱气缸通过第二管道相连通，具体方式是：活塞式配油缸中的油缸通过第九电磁阀与脱气缸相连通。所述活塞式配油缸中气缸的一出口连接的管道上设有第十四电磁阀。

优选的，气体扩散头为烧结的结晶状氧化铝制成的砂芯球，为现有技术。

为了更加了解本实用新型的配制装置，下面描述一下采用该装置的配制方法，包括以下步骤：

具体的，首先空白油通过空白油进口进入脱气缸中进行脱气和充氮饱和，然后利用氮气压力将脱气缸中的油通过所述第二管道压入活塞式配油缸中；再利用循环泵提供动力通过第一管道来清洗活塞式配油缸；最后标准气体按照计算好的气体进入活塞式配油缸中，油和气体加热到设定温度开始由第一管道和循环泵循环油气混合配油，配油后排出剩余气体得到标准油。

另外，配油前，若是活塞式配油缸中留有残油，将残油排出到脱气缸中，此时通过第二通气管中的氮气将活塞杆压向油缸，将残油挤压到脱气缸中。另外，活塞杆也可连接步进电机，步进电机带动活塞杆的运动。

采用上述装置具体的配制方法如下：

(1)排油：配油前，若是活塞式配油缸中留有残油，将残油排出到脱气缸中；

(2)进油：脱气缸中添加空白油至所需配油量；

(3)脱气：向脱气缸中通入氮气进行油品脱气及气体饱和；

(4)注油：利用氮气的压力将脱气后的油注入到活塞式配油缸中；

(5)清洗油缸：利用循环泵提供动力清洗油缸，将清洗后的油注回脱气缸进行重新脱气，脱气完成后再次注入活塞式配油缸中；

(6)进标气：待空白油进油完毕，依次对每瓶标气进行清洗和进气；

(7)循环配油：利用循环泵进行油气交换循环，然后静置，使未溶解的气和油两相完全分开；

(8)排气：静置完成后，将活塞式配油缸中的气体排出到脱气缸中，配油缸中即为配制好的标准油。

步骤(1)中，具体的步骤为：配油前，若是活塞式配油缸中留有残油，打开氮气阀和第六电磁阀、第七电磁阀和第九电磁阀，将残油排出到脱气缸中，排油完全后，关闭第六、七、九电磁阀。

排油的具体操作方式是：利用步进电机推动活塞式配油缸中的活塞杆将残油挤压出缸体。

步骤(2)中，具体的步骤为：将连接第十二电磁阀的管道伸入空白油中，打开第七电磁阀、第十二电磁阀、第十三电磁阀，利用循环泵的动力进行进油，进油完毕后关闭第十二电磁阀和第十三电磁阀。

步骤(3)中，具体的步骤为：打开氮气阀和第四电磁阀，向脱气缸中通入氮气5～40min进行油品脱气及气体饱和，充氮气结束后关闭第四电磁阀和第七电磁阀。

步骤(4)中，具体的步骤为：打开第四电磁阀、第九电磁阀和第十四电磁阀，利用氮气的压力把脱气后的油注入到活塞式配油缸中，由内置液位计来计算进油体积，结束后关闭第四电磁阀、第九电磁阀和第十四电磁阀。

步骤(5)中，具体的步骤为：打开第十一电磁阀，利用循环泵提供动力来清洗油缸，然后关闭第十一电磁阀，打开第六电磁阀、第七电磁阀、第九电磁阀，将清洗后的油注回脱气缸中进行重新脱气，脱气方法如步骤(3)，脱气完成后再次注油到配油缸中，方法如步骤(4)。

步骤(6)中，具体的步骤为：进标气1时打开第一电磁阀和第二电磁阀清洗管道，洗完后关闭第二电磁阀，打开第三电磁阀，标气按事先计算好的体积进入到活塞式配油缸中，进气完成后关闭第三电磁阀。然后按照这种方法依次进标气2、3……，直到全部(比如7瓶)标气全部进气完毕，通过加热带将活塞式配油缸中的液相和气相加热到50℃。

步骤(7)中，具体的步骤为：打开第十一电磁阀，利用循环泵进行油气交换，经过30～90min后关闭循环泵和第十一电磁阀，静置10～30min，使油气两相完全分离开。

步骤(8)中，具体的步骤为：静置完成后打开氮气阀和第六电磁阀、第七电磁阀、第九电磁阀，将活塞式配油缸中的气体排出到脱气缸中，活塞式配油缸中的油即为配制好的标准油。上述技术方案中具有如下有益效果：

(1)本实用新型的配油装置可以实现配油前将残油排出到脱气缸中，实现废油可循环利用；然后能够进行脱气、准确进标气、油气交换循环，从而实现准确配油。

(2)本实用新型的配油装置配油准确，不用离线色谱定值就可直接用于在线监测系统校验，且废油可循环利用，节省配油开支，更加环保。

(3)本实用新型的结构三次合理利用氮气，第一次是进行油品脱气及气体饱和，第二次是利用氮气的压力推进活塞运动，第三次是利用氮气的压力把脱气后的油压入配油缸中，使得配制标准油的成本降低。

(4)通过合理的管路设计以及对各部件的合理设置，本实用新型的配油装置结构紧凑，空间利用率高，综合成本较低。

附图说明

图1是标准油配制装置结构示意图。

图中：1-标气瓶；2-活塞式配油缸；3-脱气缸；4-循环泵；5-加热带；6-取样阀；7-排油阀；8-手动进气孔；9-氮气进气口；10-气体扩散头；11-十通阀；12-1稳压阀；12-2稳流阀；13-1稳压阀；13-2针形阀；14-第一电磁阀；15-第二电磁阀；16-第三电磁阀；17-第四电磁阀；19-第六电磁阀；20-第七电磁阀；22-第九电磁阀；24-第十一电磁阀；25-第十二电磁阀；29-第十四电磁阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种油中溶解气体在线监测系统校验用标准油的配制装置，包括：标气单元箱体、配油单元箱体和控制中心服务器(例如：HP ProLiant DL360G5)。

所述标气单元箱体中设有7个装有不同标准气体的标气瓶1和第一单片机；

所述配油单元箱体中设有活塞式配油缸2、脱气缸3、循环泵4和第二单片机；

其中，所述活塞式配油缸2包括油缸2-1、气缸2-2和活塞杆，活塞式配油缸2的结构属于本领域技术人员公知的。

各个标气瓶1通过多通阀11与活塞式配油缸2中的油缸2-1的进气口相连，每个标气瓶1与多通阀11之间的通气管道上均设有一个第一电磁阀14，连接多通阀11与活塞式配油缸2中的油缸2-1的通气管道上依次设有稳压阀12-1、稳流阀12-2和第三电磁阀16，在稳流阀12-2与第三电磁阀16的通气管道之间设有一通气管道分支，该通气管道分支上设有第二电磁阀15。标气单元箱体中的各个电磁阀与第一单片机相连，控制各个电磁阀的开关，单片机以及单片机控制电磁阀属于本领域技术人员常规知晓的技术。

所述活塞式配油缸2中的油缸2-1与循环泵4通过第一管道构成一循环回路，位于油缸底部与循环泵之间的部分第一管道上设有一个电磁阀，为第十一电磁阀24，该循环回路主要用于进行油气交换循环；

所述活塞式配油缸2中的油缸2-1还与脱气缸3通过第二管道相连通，具体方式是：活塞式配油缸2中油缸2-1通过第九电磁阀22与脱气缸3相连接。

所述活塞式配油缸2中的气缸2-2的一进氮气口通过通气管与氮气瓶相连，该通气管上设有第六电磁阀19，此管路的主要作用是：可以利用氮气的压力推动活塞运动，从而辅助活塞杆的运动，由于氮气成本低，可降低步进电机的耗能。

所述活塞式配油缸2的活塞杆连接步进电机，步进电机带动活塞杆做活塞运动。

所述活塞式配油缸2的外部缠绕有用于对活塞式配油缸2加热的加热带；其壁上还设有取样阀6和手动进气孔8。所述活塞式配油缸2中的气缸2-2的一出口连接的管道上设有第十四电磁阀29，可连通大气。

所述脱气缸3中的底部设有一个气体扩散头10(气体扩散头为烧结的结晶状氧化铝制成的砂芯球)，该气体扩散头10通过通气管、氮气进气口9与氮气瓶相连(氮气瓶连接氮气阀，控制通气，图中未画出氮气阀和氮气瓶，但本领域技术人员可以常规知晓)，所述通气管上设有第四电磁阀17，并且还设有稳压阀13-1、针形阀13-2。此管路的主要作用是：脱气后的油注入到油缸2-1时，利用氮气的压力把油压入油缸2-1中，此处可节省油泵。

所述脱气缸3的空白油进口依次通过第十三电磁阀26、循环泵4和第十二电磁阀25与空白油缸(图中未画出)相连。

所述脱气缸3设有排油阀7。

为了节省空间和资源，该实施例采用一个氮气瓶和一个循环泵即可，使得结构紧凑。

所述脱气缸3的一出口连接的管道上设有第七电磁阀20，可连通大气。

配油单元箱体中的各个电磁阀与第二单片机相连，控制各个电磁阀的开关。

所述控制中心服务器同时与标气单元箱体和配油单元箱体以蓝牙或网线的方式相互连接，通过标气单元箱体和配油单元箱体内部的单片机与控制中心服务器进行通讯和控制，此技术属于本领域技术人员熟知的技术手段，不再赘述。

通过本实用新型的装置配制标准油准确，不用离线色谱即可直接用于在线监测系统校验，且废油可循环利用。

采用本实施例中的装置，配制标准油的具体步骤如下：

1、排油：配油前首先将配油缸2中的残油排出到脱气缸3中，打开氮气阀和第六电磁阀19、第七电磁阀20、第九电磁阀22，由步进电机推动活塞杆将残油挤压出缸体，排油完全后关闭第六电磁阀19、第七电磁阀20和第九电磁阀22。

第六电磁阀19是与气缸2-2相连通的，打开它是为了利用氮气的压力使得活塞杆把油从配油缸排出到脱气缸3中。

2、进油：脱气缸3中的配油量不够则需要添加空白油，将进油管道(连接第十二电磁阀25的管道)伸入到空白油中，打开第七电磁阀20、第十二电磁阀25、第十三电磁阀26，利用循环泵4的动力进行进油，进油完毕后关闭电磁阀第十二电磁阀25、第十三电磁阀26。

3、脱气：打开氮气阀和第四电磁阀17，向脱气缸3中通入氮气5～40min进行油品脱气及气体饱和，充氮结束后关闭第四电磁阀17和第七电磁阀20。

4、注油：将脱气后的油注入到配油缸2-1中，打开第四电磁阀17、第九电磁阀22、第十四电磁阀29，利用氮气的压力把油压入油缸2-1中，由内置液位计来计算进油体积，结束后关闭第四电磁阀17、第九电磁阀22、第十四电磁阀29。

5、清洗油缸：打开第十一电磁阀24，利用循环泵4提供动力来清洗油缸，然后关闭第十一电磁阀24，打开电磁阀第六电磁阀19、第七电磁阀20、第九电磁阀22，将清洗后的油注回脱气缸3中进行重新脱气，脱气步骤见第3条，脱气完成后再次注油到配油缸2中，方法见第4条。

6、进标气：待空白油进油完毕，打开所有标气瓶1的瓶阀，然后依次对每瓶标气进行清洗和进气。进标气1时打开第一电磁阀14和第二电磁阀15清洗管道，洗完后关闭电第二磁阀15，打开第三电磁阀16，标气按事先计算好的体积进入到配油缸2中，进气完成后关闭第三电磁阀16。然后按照这种方法依次进标气2、3……，直到7瓶标气全部进气完毕，通过加热带5将配油缸2中的液相和气相加热到50℃。

7、循环配油：打开第十一电磁阀24，利用循环泵4进行油气交换循环，经过30～90min后关闭循环泵和第十一电磁阀24，静置10～30min，使油气两相完全分离开。

8、排气：静置完成后打开氮气阀和第六电磁阀19、第七电磁阀20、第九电磁阀22，将配油缸2中的气体排出到脱气缸3中。配油缸2中的油即为配制好的标准油。

9、配油过程中标气所需体积的计算公式如下：

X_i·C_is＝X·C_il/0.929·K_i+V_k·C_il/0.929 (1)

其中：X_i＝X_i⁰[323/(273+t)] (3)

V_k＝V_k⁰[1+0.0008(50–t)] (4)

式中：X_i——配油前标气i恒温到50℃时的体积，mL；

X_i⁰——配制环境下标气i的进气体积，mL；

C_is——标准气i组分的浓度，μL/L；

X——配油平衡后气相总体积，mL。

C_il——20℃、101.325kP下配制出的标准油中溶解气体i组分浓度，μL/L；

K_i——气体i在常压下、50℃时的平衡分配系数；

V_k——配油平衡后标准油的体积，mL；

V_k⁰——配制环境下加入空白油的体积，mL；

t——实验室温度，℃；

0.929——油中溶解气体浓度从50℃校正在20℃时的温度校正系数；

0.0008——绝缘油热膨胀系数，L/℃。

式中，C_is和K_i已知，C_il和V_k⁰可以根据需求设定，联合公式(1)～(4)求解X_i，假设X＝1，用公式(1)算出每种标气的X_i，然后算出如果则假设X＝2，继续算出如果还是则假设X＝3。依次类推，直到为止，以此时计算出来的X_i值作为标气i恒温50℃时的体积。然后联合公式(3)求出标气i的进气体积X_i⁰。

实验例1配油误差实验

如表1所示是采用实施例1中的装置配制的标准油的准确性误差试验数据，测得每种气体组分浓度的平均误差在10％以内，符合标准GB/T 17623-1998、GB/T 7252-2001和Q/GDW 540.2-2010对平行样品试验的重复性要求。由此可得，采用本实用新型的装置配制得到的多种气体组分的标准油的准确性好。

表1不同理想浓度的配油误差试验结果

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。