一種真空恆溫油氣分離系統的製作方法

2023-05-28 13:05:06

本發明屬於檢測儀器領域，具體涉及一種真空恆溫油氣分離裝置，尤其涉及一種用於變壓器油中溶解氣體檢測的油氣分離系統。

背景技術：

隨著智能電網技術的發展，電力設備比如變壓器的在線監測技術得到廣泛的應用，而此檢測技術是通過對變壓器油中溶解氣體成分的分析判斷來實現的。因此，要想實現此技術，首先必須得對溶解在變壓器油中的故障特徵氣體進行有效的分離，再將分離出來的氣體進行成分檢測和分析，從而對變壓器進行故障判斷和預測。

變壓器油的脫氣方法有很多種，但其原理都是基於氣體在油、氣兩相間的分配平衡，不同的脫氣方法採用不同的技術來改變平衡條件。目前主要的脫氣方法有：膜平衡脫氣、振蕩脫氣、真空脫氣等方法。膜平衡脫氣時間極長，每一組分的平衡時間不同，很難真實反映油中溶解氣體的體積分數，脫氣效率低；振蕩脫氣是在一定的恆溫條件下的不完全脫氣，效率低、重複性差，易受溫度、壓力、濃度等條件的影響；真空脫氣時間短、效率高，重複性好。

但是，現有技術的真空脫氣方法中還存在分離出的氣體中高沸點成分容易汙染氣體檢測系統中的氣體吸收池、影響檢測靈敏度和準確性，造成檢測系統維修頻繁的問題。

技術實現要素：

為克服現有技術油氣分離系統的上述問題，經對大量的研究和反覆實驗，我們提供了一種新的真空恆溫油氣分離系統，其採用了油路更新循環、真空恆溫脫氣技術和冷阱技術，在提高油氣分離效率的同時，也避免了分離出的氣體中高沸點組分對於氣體檢測單元吸收池的汙染從而對氣體檢測造成影響。本發明的具體技術方案如下。

一種油氣分離系統，其包括：油路循環單元，脫氣室，冷阱，真空泵，電磁閥，排氣口，控制單元，其中，所述油路循環單元與變壓器相連，用於更新油路中的變壓器油和油樣採集；還通過電磁閥與脫氣室相連，向所述脫氣室中提供油樣，並將脫氣處理後的油樣送回到變壓器中；所述脫氣室通過電磁閥與所述油路循環單元相連，用於對變壓器油樣進行真空恆溫脫氣處理、並回收油樣；還通過電磁閥與冷阱相連，脫氣室脫出的氣體經過電磁閥、冷阱進入後端模塊；所述冷阱通過電磁閥與所述脫氣室相連，用於冷凝從所述脫氣室中分離出來的氣體中的高沸點組分；所述真空泵通過電磁閥與冷阱和所述脫氣室相連，用於通過抽真空使冷阱、脫氣室等內部形成負壓，為變壓器油中溶解氣體的分離提供分離環境；所述排氣口是用於油氣分離環境抽真空時氣體的排出口、清洗系統後背景氣的排出口以及分離出的氣體完成檢測時的排出口；所述控制單元與油路循環單元、真空泵、電磁閥、脫氣室、冷阱相連接，用於控制油氣分離系統的運行。

在一種實施方式中，上述冷阱還通過電磁閥、真空泵與後續氣體檢測單元的吸收池相連，以供待檢測氣體組分進入該氣體檢測單元的吸收池。

可選地，冷阱底部通過電磁閥與脫氣室連通以供分離出的氣體中高沸點組分冷凝後排出，避免影響氣體檢測結果。

在一種實施方式中，上述真空泵還通過電磁閥與氣體檢測單元的吸收池相連，用於使該氣體檢測單元的氣體吸收池內部形成負壓，以供待檢測氣體通過真空泵進入該氣體吸收池。

在一種實施方式中，上述系統還可以包含背景氣入口，與背景氣模塊相連，給氣體檢測提供背景氣。背景氣還可以用於清洗系統，以減小氣體殘留所帶來的氣體檢測誤差。

根據本發明的一個方面，上述油路循環單元包括進油閥、進油管道、過濾器、恆溫室、電磁閥、回油管道、油泵、回油閥。其中，油泵用於驅使變壓器油進行油路循環，變壓器油依靠油泵推動，經進油閥進入進油管道，經過濾器、恆溫室、電磁閥後進入回油管道，再經回油閥後流回到變壓器，完成油路更新，避免採集過時油樣，保證採樣正確；所述過濾器用於過濾變壓器油中的雜質，避免其進入管道及脫氣室；所述恆溫室用於對油樣加熱至預定溫度，使油樣恆溫進到脫氣室。

上述油路循環單元中，恆溫室、電磁閥、油泵等裝置的連接次序可以根據需要進行調整。比如進油閥、進油管道、過濾器、恆溫室、回油管道、電磁閥、油泵、回油閥可以依次連接。

油路更新能夠保障系統所採集的待進入脫氣室的油樣是「實時(real-time)狀態」下的變壓器油，因此氣體檢測結果真實地反映了實時狀態的變壓器工作情況，由於檢測結果及時、準確，這對於變壓器運行狀況的在線監測具有重要的指導意義。

上述油路循環單元中的恆溫室用於保障油路中的變壓器油恆溫，使油樣在預定溫度下進入脫氣室，避免油樣與脫氣室內部溫度相差過大，利於油氣分離的順利進行。

上述脫氣室是對油樣實施真空油氣分離的裝置。脫氣室的形狀可以是任何適合於實現真空下氣液分離、並利於回收殘留液體的形狀。在一種優選的實施方式中，上述脫氣室主體為圓柱體結構，內部中空，下部呈圓錐體狀。

上述脫氣室上可設有進油口通過電磁閥與進油管道相連，設有出氣口通過電磁閥與冷阱相連，在底部設有出油口通過電磁閥與回油管道相連。

優選地，上述脫氣室設有溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器和恆溫模塊，其中溫度傳感器和壓力傳感器分別對脫氣室的環境溫度和壓力進行監測；液位傳感器用於對變壓器油的採樣量及變壓器油回流量進行監測；恆溫模塊用於調節和控制脫氣室溫度，提供恆溫環境，利於真空恆溫脫氣。

優選地，上述脫氣室採用選自耐腐蝕耐油耐壓的材質，優選不鏽鋼材質。

在一種實施方式中，上述冷阱由製冷模塊和外部散熱模塊組成，通過製冷器件製冷，同時外部散熱模塊採用熱管導熱技術實現高效散熱，冷阱對脫氣室分離出的氣體進行冷卻，冷凝氣體中的高沸點成分，避免了對後續氣體檢測單元的吸收池造成汙染而影響檢測準確性。

優選地，上述控制單元還可與液位傳感器、溫度/壓力傳感器、恆溫模塊以及後續氣體檢測單元的吸收池連接。控制單元與油路循環單元、真空泵、電磁閥、脫氣室、冷阱、液位傳感器、溫度/壓力傳感器、恆溫模塊、排氣口電磁閥、背景氣入口電磁閥以及後續的氣體檢測單元的連接包括電連接和/或通信連接。

根據本發明的一個方面，上述控制單元具備自檢、閉鎖等功能，從而提高控制油氣分離系統運行的安全等級。

本發明的真空恆溫油氣分離系統可用於檢測變壓器油中溶解氣體，所述氣體成分選自n2、o2、h2、ch4、c2h2、c2h4、c2h6、co、co2中的一種或兩種以上。

本發明的油氣分離系統將油路更新、真空恆溫脫氣、冷阱技術結合於一體，在油氣分離過程中全程處於負壓環境下，油氣分離速度快；在恆溫條件下實現油氣平衡，重複性好；而且有效地避免了分離出的氣體中高沸點組分對於氣體檢測單元吸收池的汙染，提高了檢測靈敏度和準確性，保證了檢測結果穩定性高。該油氣分離系統還具有結構簡單、成本低的特點。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個真空恆溫油氣分離系統實施例的結構示意圖。

附圖標記說明：1、真空恆溫油氣分離系統；2、油路循環單元；3、脫氣室；4、真空泵；5、冷阱；6、控制單元；7、氣體檢測單元的吸收池；8(包括81～89)、電磁閥；9、變壓器；14、排氣口；15、背景氣入口；21、進油閥；22、進油管道；23、過濾器；24、恆溫室；25、回油管道；26、油泵；27、回油閥；31、恆溫模塊；32、進油口；33、液位傳感器；34,34』、溫度傳感器和/或壓力傳感器；35、出氣口；36、出油口。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的技術方案進行描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施方式，而不是全部的實施方式；並且附圖中所示的結構和邏輯關係僅僅是示意性的，並不代表實物。需要說明的是，基於本發明中的這些實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本申請保護的範圍。

在本發明中，術語「油氣分離系統」、「真空油氣分離系統」、「系統」和「真空恆溫油氣分離系統」表示相同的意義，可以互換使用。

在本發明中，術語「高沸點」表示沸點高於作為待檢測對象的變壓器油中溶解氣體組分比如ch4、c2h2、c2h4、c2h6等的沸點。本文中，高沸點組分是指從脫氣室中分離出來的氣體中除待檢測的變壓器油中溶解氣體之外的殘留石油組分，比如中鏈烷烴等。相對應地，術語「低沸點」表示作為待檢測對象的變壓器油中溶解氣體組分比如ch4、c2h2、c2h4、c2h6、co、co2等故障特徵氣體的沸點。

本文中，術語「前」表示沿著油路和氣路運行次序或方向的上遊關係，但並不意味著實際設備部件安裝操作中的位置關係或連接關係。類似地，術語「後」、「上」、「下」等並不構成絕對的空間關係限制，只是一種相對的概念，這是本領域技術人員都能夠理解的。

參見圖1，本發明的真空恆溫油氣分離系統1主要包括：油路循環單元2，脫氣室3，冷阱5，真空泵4，電磁閥8，排氣口14，控制單元6。以下分別描述這些部分。

油路循環單元2與變壓器9相連，用於更新油路中的變壓器油和油樣採集；還通過電磁閥86、電磁閥87與脫氣室3相連，向所述脫氣室3中提供油樣，並將脫氣處理後的油樣送回到變壓器9中。油路更新能夠保障系統1所採集的待進入脫氣室3的恆溫油樣是實時狀態的變壓器油，因此氣體檢測結果真實地反映了實時狀態的變壓器9的工作情況，有利於在線監測變壓器9運行狀況。

油路循環單元2包括依次連接的進油閥21、進油管道22、過濾器23、恆溫室24、電磁閥81、回油管道25、油泵26、回油閥27。其中，油泵26用於驅使變壓器油進行油路循環，變壓器油依靠油泵26推動、經進油閥21進入進油管道22，經過濾器23、恆溫室24後，通過電磁閥81進入回油管道25，再經回油閥27後流回到變壓器9，完成油路更新，避免採集過時油樣，保證採樣正確。其中過濾器23用於過濾變壓器油中的雜質，避免其進入管道及脫氣室3；恆溫室24用於對油樣加熱至預定溫度，使油樣恆溫進到脫氣室3。

油路更新能夠保障系統1所採集的待進入脫氣室3的油樣是「實時(real-time)狀態」下的變壓器油，因此氣體檢測結果真實地反映了實時狀態的變壓器9工作情況，由於檢測結果及時、準確，這對於變壓器9運行狀況的在線監測具有重要的指導意義。

上述油路循環單元2中的恆溫室24用於保障油路中的變壓器油恆溫，使油樣在預定溫度下進入脫氣室3，避免油樣與脫氣室3內部溫度相差過大，利於油氣分離的順利進行。

需要說明的是，油路循環單元2中的這些裝置的連接位置、順序和數量並非是固定不變的。本領域技術人員可以根據實際需要調整它們的連接位置、順序和數量，只要能實現油路循環單元2的功能、並且不顯著降低其工作效率即可。比如過濾器23、恆溫室24、電磁閥81、油泵26的位置、順序和數量都是可調整的。

脫氣室3通過電磁閥87與油路循環單元2相連，用於對變壓器油樣進行真空恆溫脫氣處理、並回收油樣；還通過電磁閥82與冷阱5相連，向冷阱5提供氣體；

脫氣室3是對油樣實施真空油氣分離的裝置。脫氣室3的形狀可以是任何適合於實現真空下液氣分離、並利於回收殘留液體的形狀。在一種優選的實施方式中，脫氣室3主體為圓柱體結構，內部中空，下部呈圓錐體狀。在另一種實施方式中，上述脫氣室3主體為箱體結構。

脫氣室3上可設有進油口32並通過電磁閥86與進油管道22相連，設有出氣口35並通過電磁閥82與冷阱5相連，並在底部設有出油口36通過電磁閥87與回油管道25相連。

脫氣室3優選設有溫度傳感器34、壓力傳感器34』、液位傳感器33和恆溫模塊31，其中溫度傳感器和壓力傳感器34,34』分別對脫氣室3的環境溫度和壓力進行監測；液位傳感器33用於對變壓器油的採樣量及變壓器油回流量進行監測；恆溫模塊31用於調節和控制脫氣室3溫度從而提供恆溫環境，利於真空恆溫脫氣。

脫氣室3優選採用耐腐蝕耐油耐壓的材質，包括但不限於不鏽鋼，更優選不鏽鋼材質。

冷阱5通過電磁閥82與脫氣室3相連，用於冷凝從脫氣室3中分離出來的氣體中的高沸點組分。冷阱5還通過電磁閥83、84、85與後續氣體檢測單元的吸收池7相連，以供待檢測氣體組分進入該氣體檢測單元的吸收池7。由於阻擋了分離出的氣體中高沸點組分，避免了對後續的氣體檢測單元的吸收池7造成汙染而影響檢測準確性。

可選地，冷阱5底部電磁閥82與脫氣室3連通以供分離出的氣體中高沸點組分冷凝後排出，避免影響氣體分離效率。

真空泵4通過電磁閥83、82與冷阱5和脫氣室3相連，用於通過抽真空使冷阱5、脫氣室3等內部形成負壓，為變壓器油中溶解氣體的分離提供分離環境；

真空泵4還可通過電磁閥84、85與氣體檢測單元的吸收池7相連，用於使該氣體檢測單元的氣體吸收池7內部形成負壓，以供待檢測氣體進入該氣體吸收池7。

排氣口14是用於油氣分離環境抽真空時氣體的排出口、清洗系統後背景氣的排出口以及分離出的氣體完成檢測時的排出口。

系統1還可以包含背景氣入口15，與背景氣模塊(未圖示)相連，給氣體檢測提供背景氣。所述背景氣還可以用於清洗系統1，以減小氣體殘留所帶來的氣體檢測誤差。

控制單元6與油路循環單元2、真空泵4、電磁閥8、脫氣室3、冷阱5、排氣口14電磁閥88、背景氣入口15電磁閥89相連接，用於控制油氣分離系統1的運行。控制單元6還可與液位傳感器33、溫度/壓力傳感器34,34』、恆溫模塊31以及後續氣體檢測單元的吸收池7的連接。控制單元6與油路循環單元2、真空泵4、電磁閥8、脫氣室3、冷阱5、液位傳感器33、溫度/壓力傳感器34,34』、恆溫模塊31、排氣口14電磁閥88、背景氣入口15電磁閥89以及後續的氣體檢測單元的連接包括電連接和/或通信連接，而不僅僅限於電連接。通信連接包括有線連接和無線連接。比如採用無線通信連接時，可以實現對於真空恆溫油氣分離系統1的遠程控制。

優選地，控制單元6還可具備自檢、閉鎖等功能，從而提高控制油氣分離系統1運行的安全等級。

真空恆溫油氣分離系統1的工作流程簡述如下：

初始狀態，所有電磁閥8關閉，油泵26、真空泵4、冷阱5未啟動。打開進油閥21、電磁閥81、油泵26、回油閥27，變壓器油依靠油泵26驅動進入進油管道22，經過濾器23過濾，經恆溫室24、電磁閥81進入回油管道25，經油泵26、回油閥27後回到變壓器9。藉此油路循環單元1完成管道中變壓器油的更新，此時採集的油樣真實地代表此刻變壓器9中變壓器油的狀況。油路循環完成後，關閉電磁閥81、油泵26。接著通過控制單元6控制恆溫室24對其中變壓器油加熱到預定溫度，與此同時打開真空泵4、電磁閥82、電磁閥83、電磁閥85、電磁閥88，對脫氣室3、冷阱5、後端氣體檢測單元中的吸收池7進行抽真空，此時可通過脫氣室3上的溫度和壓力傳感器34,34』來監測脫氣室3的情況。抽真空完成後，打開連接背景氣模塊(未圖示)的背景氣入口15電磁閥89，通過背景氣清洗脫氣室3、冷阱5及後端氣體檢測單元的吸收池7。清洗完成後，關閉電磁閥89、電磁閥88、真空泵4、電磁閥82、電磁閥83、電磁閥85。打開冷阱5，開始製冷，直到冷阱5製冷達到預設溫度，同時控制單元6控制脫氣室3的恆溫模塊31進行加熱，並通過溫度/壓力傳感器34,34』反饋脫氣室3溫度。當變壓器油加熱到預設溫度，打開電磁閥86，變壓器油依靠壓差恆溫進入脫氣室3，液位傳感器33可監測脫氣室3的進油量，當油量到達預設量時，液位傳感器33報警，關閉電磁閥86。油氣平衡後，同時確保冷阱達到預設溫度，打開電磁閥82、電磁閥83，真空泵4、電磁閥84，脫氣處理後的氣體經由脫氣室3的出氣口35、電磁閥82、經冷阱5冷卻、再經由電磁閥83、真空泵4、電磁閥84進入氣體檢測單元的吸收池7，從而完成真空脫氣過程。關閉電磁閥84、真空泵4、電磁閥83、電磁閥82，後端氣體檢測單元可開始檢測。同時，打開電磁閥87、油泵26、將脫氣室3中的變壓器油回流到變壓器9中，可通過液位傳感器33監測，當回流完成後，液位傳感器33報警，關閉電磁閥87、油泵26。當氣體檢測單元完成檢測後，打開真空泵4、電磁閥85、電磁閥88，將後端氣體檢測單元的吸收池7中氣體通過排氣口14排出，關閉電磁閥88、電磁閥85、真空泵4，油氣分離系統1工作結束。

變壓器油中溶解氣體組分主要有n2、o2、h2、ch4、c2h2、c2h4、c2h6、co、co2等故障特徵氣體。真空恆溫油氣分離系統1可以有效地將它們從變壓器油中分離出來，並提供給後續的氣體檢測單元以便檢測各組分的含量。

需說明的是，在本文中的術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。

以上實施例僅用以說明本發明專利的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明專利進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明專利各實施例技術方案的精神和範圍。