一种变压器油中溶解气体标准油样的配制装置及配制方法与流程

1.本发明属于变压器油中溶解气体在线监测技术领域，具体涉及一种变压器油中溶解气体标准油样的配制装置及配制方法。


背景技术：

2.变压器作为电力系统的主要设备，其运行可靠性直接影响电力系统的安全和稳定，因此有必要对变压器的运行状态进行监测，以确保变压器安全运行。变压器油中溶解气体的成份和含量能有效体现运行变压器内部的故障情况，因此，变压器油中溶解气体分析法目前成为电力系统对油浸式变压器进行故障诊断的有效监测手段。油中溶解气体在线监测装置的安全性、可靠性、稳定性以及测量结果的准确性直接影响状态检修策略的有效开展，对变压器油中溶解气体在线监测装置进行校准是保证其测量准确的重要环节。
3.目前，变压器油中溶解气体在线监测装置校验主要有标准气体法、离线色谱与在线监测装置数据比对法、标准油样法三种方法。标准气体法仅能对检测器性能进行校验，无法考核油气分离单元的性能；离线色谱与在线监测装置数据比对法能检测的浓度则受限于运行的变压器油中溶解气体含量，一般浓度较低，且仅有一组比对数据，不能对在线监测装置进行全面校验；标准油样法是配制一组不同溶解气体浓度的标准油样，将在线监测装置检测结果与实验室色谱仪检测结果比对进行校验。标准油样法虽然检测流程和环节比较多，但校验的浓度范围较大，能评估变压器油中溶解气体在线监测装置检测量程内的准确度，成为在线监测装置校验的主流方法。
4.标准油样法中，标准油样的配制技术是校验的基础和关键。现有标准油样的配制基于物料平衡及油气两相分配平衡原理，通常是在温度和压力一定的密闭空间内，将一定体积的变压器油(一般为空白油样或者浓度已知的油样)与一定体积的标准气体充分混合，使气、液两相达到动态平衡，排出平衡后多余的气体，即获得含有一定浓度溶解气体的标准油。配制的标准油至少含有甲烷(ch4)、乙烯(c2h4)、乙烷(c2h6)、乙炔(c2h2)、氢气(h2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)等7种组分，这7种气体对判断变压器潜伏性故障具有重要参考意义。
5.然而，现有基于物料平衡及油气两相分配平衡原理的标准样油的配制方法存在配制系统结构复杂、时间长、油样含气量大、油中水分含量高、部分组分低浓度配制困难等问题。


技术实现要素：

6.本发明针对现有标准样油的配制方法存在配制系统复杂、时间长、油样含气量大、油中水分含量高、部分组分低浓度配制困难等问题，提供一种变压器油中溶解气体标准油样的配制装置，实现配制效率高、油样含气量低、水分含量较低、浓度配制精度高、低浓度油样配制容易这些效果中的至少一个。本发明同时提供一种应用此变压器油中溶解气体标准油样的配制装置的配置方法。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变压器油中溶解气体标准油样的配制装置，所述配制装置包括：
8.上油缸，所述上油缸中设有搅拌器；
9.下油缸，所述下油缸中设有搅拌器；
10.真空泵，所述真空泵与所述上油缸相连通；
11.缓冲缸，所述缓冲缸与所述真空泵相连通；
12.标准气体定容气缸，所述标准气体定容气缸与所述下油缸相连通；
13.标准油样储油罐，所述标准油样储油罐和所述下油缸相连通；
14.其中，所述上油缸和所述真空泵间设有第一阀门，所述上油缸和所述下油缸间设有第二阀门，所述真空泵和所述缓冲缸之间设有第三阀门，所述缓冲缸和所述下油缸之间设有第四阀门，所述下油缸与所述标准气体定容气缸间设有第五阀门，所述标准油样储油罐和所述下油缸间设有第六阀门，所述标准气体定容气缸与所述下油缸之间还设有选择透过性膜，所述选择透过性膜可选择性透过气体而不会将绝缘油渗出，所述标准油样储油罐和所述下油缸之间设有油泵。
15.本发明的变压器油中溶解气体标准油样的配制装置，设有上油缸和下油缸，上油缸和下油缸中均设有搅拌器，采用上下双缸负压搅拌脱气，可高效快速实现绝缘油的脱气(水)；设有标准气体定容气缸，可实现定量进气和真空完全溶解，与负压搅拌脱气装置联用，可准确配制出浓度符合要求的油样。
16.作为改进，所述上油缸高于所述下油缸，使得上油缸脱气后的绝缘油可依靠重力从上油缸流至下油缸，使下油缸充满脱气后的绝缘油，上油缸和下油缸配合，可以达到真空脱气以及油样体积定量。
17.作为改进，缓冲缸中设有液位探测器。
18.作为改进，所述标准气体定容气缸中设有压力传感器，可以配置高、中、低三种浓度的参考油样。
19.作为改进，所述选择透过性膜为纳米氧化铝粒子改性的中空纤维膜。
20.作为改进，所述标准气体定容气缸的进气口设有标准气体瓶，所述标准气体瓶可更换。
21.一种变压器油中溶解气体标准油样的配制方法，应用于前述的变压器油中溶解气体标准油样的配置装置，所述方法包括以下步骤：
22.s1、将绝缘油注入上油缸和下油缸，打开第一阀门、第三阀门和第四阀门，关闭其它阀门，上油缸和下油缸中的搅拌器均开启，同时启动真空泵至上油缸和下油缸中真空度稳定；
23.s2、关闭真空泵，关闭第一阀门和第三阀门，打开第二阀门，上油缸中的绝缘油注满下油缸后，关闭第二阀门和第四阀门；
24.s3、向标准气体定容气缸注入标准气体，当达到标准气体定容气缸的预设压力时停止进气；
25.s4、打开第五阀门，关闭其它阀门，启动下油缸中的搅拌器，打开第五阀门，标准气体从标准气体定容气缸通过选择透过性膜进入下油缸中，标准气体定容气缸中的气体排空后关闭第五阀门，持续搅拌直至充分溶解；
26.s5、开启油泵和第六阀门，将下油缸中的油样输送至标准油样储油罐中。
27.作为改进，依据式1)、2)，配制不同浓度的参考油样：
[0028][0029][0030]
式中,v0——换算至101.3kpa状态下标准气体体积，ml，
[0031]
p1——标准气体定容气缸充气压力，kpa，
[0032]
v1——标准气体定容气缸充气体积，ml，
[0033]
c
il
——标准油样溶解气体组分i的浓度，ul/l，
[0034]
c
is
——混合标准气体中i组分的浓度，ul/l，
[0035]
v
l
——标准油样体积，ml。
[0036]
作为改进，步骤s1中，向上油缸和下油缸分别注入约2/3的油。
[0037]
作为改进，根据需要配制样油浓度，设定不同的标准气体定容气缸的气体压力或更换不同的标准气体。
[0038]
作为改进，步骤s4中，溶解的时间在10min～20min之间。
[0039]
本发明的变压器油中溶解气体标准油样的配制装置的有益效果是：设有上油缸和下油缸，上油缸和下油缸中均设有搅拌器，采用上下双缸负压搅拌脱气，可高效快速实现绝缘油的脱气脱水；设有标准气体定容气缸，可实现定量进气，负压搅拌和选择透过性膜联合使用实现气体完全溶解；通过改变定容气缸压力或更换标准气体浓度可准确配制出不同浓度要求的油样。进一步地，本装置配制标准油样完全不同于其他基于气液两相分配平衡和物料平衡原理，本装置由于在真空状态下气体完全溶解于油中(控制气体的浓度和体积，总量远小于溶解度)，只是通过物料平衡原理即可计算标准油样的溶解气体浓度。进一步地，可快速配制并稳定储存较大容量的低、中、高三种浓度的标准油样，克服了其他系统组成复杂、平衡时间长、配制出的标准油样实际浓度与目标浓度偏差大等问题。
附图说明
[0040]
图1是本发明的配制装置的实施例一的结构框图。
[0041]
图2是本发明的配制方法的实施例一的步骤图。
[0042]
图中，1、上油缸；
[0043]
2、下油缸；
[0044]
3、真空泵；
[0045]
4、缓冲缸；
[0046]
5、标准气体定容气缸；
[0047]
6、标准油样储油罐；
[0048]
7、选择透过性膜；
[0049]
8、油泵；
[0050]
9、标准气体瓶；
[0051]
10、搅拌器；
[0052]
11、第一阀门；12、第二阀门；13、第三阀门；14、第四阀门；15、第五阀门；16、第六阀门。
具体实施方式
[0053]
下面结合本发明创造实施例的附图，对本发明创造实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明创造的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明创造的保护范围。
[0054]
配制装置的实施例
[0055]
本发明的一种变压器油中溶解气体标准油样的配制装置，所述配制装置包括：
[0056]
上油缸1，所述上油缸1中设有搅拌器10；
[0057]
下油缸2，所述下油缸2中设有搅拌器10；
[0058]
真空泵3，所述真空泵3与所述上油缸1相连通；
[0059]
缓冲缸4，所述缓冲缸4与所述真空泵3相连通；
[0060]
标准气体定容气缸5，所述标准气体定容气缸5与所述下油缸2相连通；
[0061]
标准油样储油罐6，所述标准油样储油罐6和所述下油缸2相连通；
[0062]
其中，所述上油缸1和所述真空泵3间设有第一阀门11，所述上油缸1和所述下油缸2间设有第二阀门12，所述真空泵3和所述缓冲缸4之间设有第三阀门13，所述缓冲缸4和所述下油缸2之间设有第四阀门14，所述下油缸2与所述标准气体定容气缸5间设有第五阀门15，所述标准油样储油罐6和所述下油缸2间设有第六阀门16，所述标准气体定容气缸5与所述下油缸2之间还设有选择透过性膜7，所述选择透过性膜7可选择性透过气体而不会将绝缘油渗出，所述标准油样储油罐6和所述下油缸2之间设有油泵8。
[0063]
本发明的变压器油中溶解气体标准油样的配制装置，设有上油缸1和下油缸2，上油缸1和下油缸2中均设有搅拌器10，采用上下双缸负压搅拌脱气，可高效快速实现绝缘油的脱气；设有标准气体定容气缸5，可实现定量进气，负压搅拌和和选择透过性膜联合使用实现气体完全溶解。通过改变定容气缸压力或更换标准气体浓度可准确配制出不同浓度要求的油样。
[0064]
本实施例中，所述上油缸1高于所述下油缸2使得油可依靠重力从上油缸1流至下油缸2，节省部件的同时和对绝缘油的污染。上油缸1和下油缸2抽真空后，使下油缸2充满脱气后的绝缘油，两缸配合，可以达到真空脱气以及油样体积定量。
[0065]
本实施例中，缓冲缸4中设有液位探测器。
[0066]
本实施例中，所述标准气体定容气缸5中设有压力传感器，可以配置高中低三种浓度的参考油样。
[0067]
本实施例中，所述选择透过性膜7为纳米氧化铝粒子改性的中空纤维膜。选择透过性膜7的制备工艺为：聚合物、溶剂和添加剂配制成均质制膜液，将三氧化二铝纳米颗粒溶解在二甲基甲酰胺中并加入均质制膜液中，采用流延法制成平板型，纺丝法制成中空纤维，蒸出部分溶剂后，凝固液浸渍，水洗，后处理最终形成三氧化二铝纳米中空纤维膜。其中，聚合物为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和聚六氟丙烯的混合物。
[0068]
本实施例中，所述标准气体定容气缸5的进气口设有标准气体瓶9，所述标准气体
瓶9可更换。
[0069]
配制方法的实施例
[0070]
参见图1和图2，一种变压器油中溶解气体标准油样的配制方法，所述方法包括以下步骤：
[0071]
s1、将绝缘油注入上油缸1和下油缸2，打开第一阀门11、第三阀门13和第四阀门14，关闭其它阀门，上油缸1和下油缸2中的搅拌器10均开启，启动真空泵3至上油缸1和下油缸2中真空度稳定；
[0072]
s2、关闭真空泵3，关闭第一阀门11和第三阀门13，打开第二阀门12，上油缸1中的绝缘油注满下油缸2后，关闭第二阀门12和第四阀门14；
[0073]
s3、向标准气体定容气缸5注入标准气体，当达到标准气体定容气缸5的预设压力时停止进气；
[0074]
s4、打开第五阀门15，关闭其它阀门，标准气体从标准气体定容气缸5通过选择透过性膜7进入下油缸2中，标准气体定容气缸5中的气体排空后关闭第五阀门15，充分溶解；
[0075]
s5、开启油泵8和第六阀门16，将下油缸2中的油样输送至标准油样储油罐6中。
[0076]
作为改进，依据式1)、2)，配制不同浓度的参考油样：
[0077][0078][0079]
式中,v0——换算至101.3kpa状态下标准气体体积，ml，
[0080]
p1——标准气体定容气缸充气压力，kpa，
[0081]
v1——标准气体定容气缸充气体积，ml，
[0082]
c
il
——标准油样溶解气体组分i的浓度，ul/l，
[0083]
c
is
——混合标准气体中i组分的浓度，ul/l，
[0084]
v
l
——标准油样体积，ml。
[0085]
本实施例中，步骤s1中，向上油缸和下油缸分别注入约2/3的油。
[0086]
本实施例中，根据需要配制样油浓度，设定不同的标准气体定容气缸的气体压力或更换不同的标准气体。
[0087]
本实施例中，步骤s4中，溶解的时间在10min～20min之间。
[0088]
本实施例中，通过人机交换界面输入标准气体浓度、配制油样的目标浓度等参数，系统自动计算标准气体定量气缸进气次数，系统自动补油、加温、进气、油循环、静置、排气，完成标准油样的配制。
[0089]
本发明的变压器油中溶解气体标准油样的配制方法，采用上下双缸负压搅拌脱气，可高效快速实现大量绝缘油的脱气；采用“定量进气法”和“真空完全溶解法”，与负压搅拌脱气装置联用，可连续地由现有油样准确配制出浓度符合要求的油样；可快速配制并稳定储存较大容量的低、中、高三种浓度的参考油样，克服了配制出的混合气体实际浓度与目标浓度偏差大的缺点。
[0090]
在对配制油样准确性的测试中，使用色谱仪对配制得到的标准油样进行分析与检测，并将其与理论标准值进行对比。为了使实验测试简单且有代表性，文中仅配制了高、中、
低3种浓度的标准油样。
[0091]
v
下油缸
＝20l，v1＝200ml，标准气体2瓶，标准气体设置2瓶。
[0092][0093]
所配制标准样油浓度：
[0094][0095]
从上表可以看出：研制的配油装置可以在2h左右配制较大容量浓度符合要求的参考油样，并且由于储存的油样为单相、密封保存，能在较长时间浓度保持稳定，连续10天的监测结果表明：中、高浓度的相对标准偏差不超过5％，低浓度的标准偏差不超过11％。
[0096]
以上所述，仅为本发明创造的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明创造包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明创造的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。