一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統的製作方法

2023-04-25 18:05:56

專利名稱：一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，屬於壓力控制領域。
背景技術：
目前，對於絕緣油中溶解氣體在線監測裝置數據的準確性、檢測精度等測試指標，通常是現場取油樣帶回試驗室內，使用氣相色譜儀進行比對分析。整個過程標定時間長、操作過程繁瑣、人為誤差較多，且不能對運行中變壓器色譜在線監測進行現場校驗，不能夠真實的反應出絕緣油中溶解氣體在線裝置的現場運行環境，因此設計一種專門配製一定特徵氣體含量絕緣油的裝置，將特徵氣體與絕緣油以一定配比混合，配製出不同組分含量的標準油樣，用於直接校驗絕緣油色譜在線監測裝置。標準油樣配製過程是 在常壓下利用氣液兩相溶解平衡的原理製備。由亨利定律ca=h*pa知:壓力是氣液兩相溶解平衡的重要因素，當溫度一定時，壓力P決定著組分濃度C的大小,壓力變大組分濃度C大,壓力變小組分濃度C隨之變小。壓力波動影響氣液兩相溶解平衡穩定性，當環境壓力偏離原平衡壓力時，壓力變小，形成負壓環境，已溶解氣體組分大量析出；壓力變大，氣體組分溶解量將增大。校驗過程中，取樣後油缸因失去部分液相體積而總體積不變氣相壓力因此形成負壓，標準油樣中特徵氣體會因此大量析出，改變標準油樣溶解氣體組成含量，影響色譜在線監測裝置校驗的準確性。標準油樣配製過程中的油缸注油、自動進氣、油缸上部排氣、取樣、回油等基本操作都與壓力息息相關。針對油中溶解氣體在線監測裝置的校驗裝置，目前國內只有個別電科院和研究機構開展了類似科技項目的研究，且都不成熟，存在著大小不同的問題，其中密封式或半密封式油箱設計，存在油壓不穩、不可控制的問題，油樣含量易受壓力不穩及外界大氣的影響。本發明為標準油樣配製裝置設計一種控制準確，反應快速的壓力控制系統，以實現標準油樣配製裝置的穩壓控制，保證標準油樣作為標準物質的準確性和校驗變壓器色譜在線監測裝置的準確性和穩定性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供了一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，在額定範圍內可任意調節壓力，穩定配油裝置的油缸壓力，保證所配置油樣含氣量的穩定，從而保證校驗結果的準確性和穩定性。本發明解決其技術問題所採用的技術方案:
本發明包括循環泵、循環電磁閥、進油電磁閥、回油電磁閥、油缸和出油電磁閥；其特徵在於它還包括進氣電磁閥、出氣電磁閥、壓力傳感器、壓縮空氣源以及壓力控制器；
所述油缸上部為帶有進油孔的油腔，其下部為設有出氣口和進氣口的氣腔；在油缸的活塞杆的軸線位置設有通孔；在所述氣腔的底部安裝有壓力傳感器；所述壓縮空氣源通過裝有進氣電磁閥的管道與進氣口相連通，所述出氣口與裝有出氣電磁閥的管道相連通；活塞杆下端的出油孔通過依次裝有出油電磁閥、第二三通和四通的管道與取油設備相連通，所述四通的下埠通過裝有進油電磁閥的管道與油箱相連通，所述四通的上埠通過管道與在線監測設備的進油口相連通，所述在線監測設備的出油口與油缸上部的進油孔之間通過依次裝有回油電磁閥、第一三通的管道相連通；所述第一三通的下埠和第二三通的上埠之間通過依次裝有循環泵、循環電磁閥的管道相連通；所述壓力控制器通過藍牙或USB模塊與裝有控制軟體的上位機通信；
所述壓力控制器包括單片機控制電路、I/O驅動電路、Α/D轉換器、液晶顯示電路、通信模塊；所述Α/D轉換器的輸出端接單片機控制電路的相應輸入端，所述單片機控制電路的相應輸出端分別接I/O驅動電路和液晶顯示電路的輸入端；所述通信模塊與單片機控制電路雙向連接；所述Α/D轉換器的相應輸入端壓力傳感器的輸出端，所述I/O驅動電路的輸出端分別控制循環泵、循環電磁閥、出氣電磁閥、進油電磁閥、進氣電磁閥、回油電磁閥以及出油電磁閥的通斷；
所述回油電磁閥、出油電磁閥為常開電磁閥，所述循環電磁閥、進氣電磁閥、進油電磁閥和出氣電磁閥為常閉電磁閥。本發明所產生的積極效果如下:本壓力控制系統通過壓力傳感器測量氣室壓力，結合壓力控制器自動控制各電磁閥開閉，調節氣室壓力恆定，操作簡單，反應靈敏，在額定範圍內方便調節壓力至設定值，穩定了標準油樣配製裝置內油缸壓力，保證所配置油樣含氣量的穩定，為進出油缸的流體提供合適壓力環境，保證校驗結果的準確性和穩定性；滿足標準油樣配製裝置的油缸注油、取樣等基本功能。


圖1為本發明的結構原理 圖2為本發明中壓力控制器的電路原理塊 圖3為本發明中壓力控制器的電路原理圖(單片機控制電路、顯示電路)；
圖4為本發明中壓力控制器的電路原理圖(I/O驅動電路)；
圖5為本發明中壓力控制器的電路原理圖(Α/D轉換器)；
圖6為本發明中壓力控制器的電路原理圖(通信模塊)。其中，I循環泵，2循環電磁閥，3進氣電磁閥，4進油電磁閥，5出氣電磁閥，6油缸，7回油電磁閥，8出油電磁閥，9壓力傳感器，10油箱，11取油設備，12在線檢測裝置，13出氣口，14進氣口，15四通，16壓縮空氣源，17壓力控制器，18進油孔，19出油孔，20第一三通，21第二三通。圖1中實線代表輸油、輸氣管道，虛線代表信號。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明:
由圖f 6所示的實施例可知，它包括循環泵1、循環電磁閥2、進油電磁閥4、回油電磁閥
7、油缸6和出油電磁閥8 ;其特徵在於它還包括進氣電磁閥3、出氣電磁閥5、壓力傳感器9、壓縮空氣源16以及壓力控制器17 ；
所述油缸6上部為帶有進油孔18的油腔，其下部為設有出氣口 13和進氣口 14的氣腔；在油缸6的活塞杆的軸線位置設有通孔；在所述氣腔的底部安裝有壓力傳感器9 ;所述壓縮空氣源16通過裝有進氣電磁 閥3的管道與進氣口 14相連通，所述出氣口 13與裝有出氣電磁閥5的管道相連通；
活塞杆下端的出油孔19通過依次裝有出油電磁閥8、第二三通21和四通15的管道與取油設備11相連通，所述四通15的下埠通過裝有進油電磁閥4的管道與油箱10相連通，所述四通15的上埠通過管道與在線監測設備12的進油口相連通，所述在線監測設備12的出油口與油缸6上部的進油孔18之間通過依次裝有回油電磁閥7、第一三通20的管道相連通；所述第一三通20的下埠和第二三通21的上埠之間通過依次裝有循環泵1、循環電磁閥2的管道相連通；所述壓力控制器17通過藍牙或USB模塊與裝有控制軟體的上位機通信；
所述壓力控制器17包括單片機控制電路、I/O驅動電路、A/D轉換器、液晶顯示電路、通信模塊；所述Α/D轉換器的輸出端接單片機控制電路的相應輸入端，所述單片機控制電路的相應輸出端分別接I/O驅動電路和液晶顯示電路的輸入端；所述通信模塊與單片機控制電路雙向連接；所述Α/D轉換器的相應輸入端壓力傳感器9的輸出端，所述I/O驅動電路的輸出端分別控制循環泵1、循環電磁閥2、出氣電磁閥3、進油電磁閥4、進氣電磁閥5、回油電磁閥7以及出油電磁閥8的通斷；
所述回油電磁閥7、出油電磁閥8為常開電磁閥，所述循環電磁閥2、進氣電磁閥3、進油電磁閥4和出氣電磁閥5為常閉電磁閥。所述單片機控制電路由單片機U4及其外圍元器件晶振Y1、電容CrC3、電阻R1、排阻RPl組成；所述晶振Yl和電容Cf C2組成的晶振電路接在單片機U4的18和19腳之間；電容C3和電阻Rl串聯後接在+5V電源和地之間，單片機U4的9腳接在電容C3和電阻Rl的節點上，組成自動復位電路；單片機U4的32 39腳依次接排阻RPl的9 2腳，單片機U4的40腳和排阻RPl的I腳均接+5V，單片機U4的20腳接地。所述液晶顯示電路由液晶模塊U3及其外圍元器件電阻R2、滑動變電阻R3組成；所述電阻R2和滑動變電阻R3串聯後接在液晶模塊U3的18 19腳之間，液晶模塊U3的3腳接滑動變阻器R3的滑 動端，液晶模塊U3的7 14腳依次接單片機U4的39 32腳，液晶模塊U3的2腳接+5V，液晶模塊U3的I腳和20腳接地。所述I/O驅動電路由複合電晶體陣列U2及其外圍元器件繼電器J1、插座ΖΓΖ2組成；所述循環泵I接在插座Zl的I腳和5腳之間，所述循環電磁閥2、進氣電磁閥
3、進油電磁閥4、出氣電磁閥5、回油電磁閥7和出油電磁閥8分別對應接在插座Z2的2 7腳和I腳之間，所述複合電晶體陣列U2的f 7腳依次接單片機U4的27腳；複合電晶體陣列U2的16腳接循環泵I的繼電器控制電路，其繼電器控制電路包括繼電器Jl和循環泵I的插座Z1，所述繼電器Jl的線圈接在複合電晶體陣列U2的16腳和+5V之間，繼電器Jl的常開觸點Jl-1接在插座Zl的3腳和5腳之間，插座Zl的2腳和3腳相連接，插座Zl的I腳和4腳相連接，連接後的兩腳接220V交流電；所述插座Z2的2 腳依次接複合電晶體陣列U2的15 10腳，插座Z2的I腳接+24V ;複合電晶體陣列U2的8腳接地，複合電晶體陣列U2的9腳接+5V。所述Α/D轉換器由集成塊U6及其外圍元器件晶振Y2、電容C4 C8、電阻R4 R5、插座Z3組成；所述壓力傳感器9接在插座Z3的I腳和4腳之間；所述集成塊U6的I腳接單片機U4的I腳，集成塊U6的1Γ12腳分別對應接單片機U4的13腳、3腳、2腳，集成塊U6的5腳接+5V ;所述插座Z3的2 3腳分別接集成塊U6的7 8腳，插座Z3的I腳接+5V，4腳接地；所述晶振Y2和電容C4 C5組成的晶振電路接在集成塊U6的2腳和3腳之間；電容C6接在+5V電源和地之間，電阻R4 R5串聯後接在+5V電源和地之間，集成塊U6的9腳接在R4和R5的節點上，電容C7 C8並聯後接在R4和R5的節點與地之間，集成塊U6的10腳接地。所述通信模塊由藍牙模塊U1、USB模塊U5和雙刀雙擲開關SI組成；所述雙刀雙擲開關SI的2個靜觸點接單片機U4的10腳、11腳，雙刀雙擲開關SI的動臂選擇性接入藍牙模塊Ul或USB模塊U5的2 3腳；所述藍牙模塊Ul和USB模塊U5的I腳均接+5V，其4腳均接地。
在實施例中，所述複合電晶體陣列U2的型號為ULN2003A(16);所述液晶模塊U3的型號為SMG12864 ;所述單片機U4的型號為AT89c51 ；所述集成塊U6的型號為AD7705 ;所述藍牙集成塊Ul的型號為GC-04 ;所述USB集成塊U5的型號為ZF-23V4.0。本發明的工作原理如下:
I)油缸注油:循環電磁閥2、進油電磁閥4、出氣電磁閥5為常閉電磁閥，此時上電打開，回油電磁閥7和出油電磁閥8為常開電磁閥，此時上電關閉，然後循環泵I上電，外置空白油樣流經進油電磁閥4、循環電磁閥2後由循環泵I抽送至油缸6，隨著上部空白油的加入，為平衡油缸6上下壓力，活塞將向下緩慢運動，油缸內壓力超過設定的恆壓值時，油缸6下部多餘氣體通過出氣電磁閥5排至外界，直至注油體積達到所需要值，所有電磁閥斷電，循環泵斷電。2)油缸取油:出油電磁閥8此時不上電常開，其他電磁閥不上電關閉，外接取油設備11時，一般不伴隨回油流程，標準油從活塞杆通孔經出油電磁閥8流至取油設備11後不回油，故回油電磁閥7此時上電關閉，隨著油缸6油樣減少，油缸6內部壓力將變小，降至設定的恆壓值以下時進氣電磁閥3上電打開，壓縮空氣源對油缸6下部充氣，推動活塞上移保證油腔內部的壓力恆定。3)油缸回油:油樣經過在線檢測設備後通過依次裝有回油電磁閥7和第一三通20的管道流回油腔，回油電磁閥7和出油電磁閥8此時不上電打開，其他電磁閥不上電關閉，隨著上部油樣增多，油缸6內部壓力變大，超過設定的恆壓值時，出氣電磁閥5上電，把油缸6下部的壓縮空氣排出一部分，活塞下降，降低油腔內部的壓力，保證油腔內部的壓力恆定。所述壓力控制器17與裝有控制軟體的上位機通過藍牙或USB相連接，在所述裝有控制軟體的上位機中設定恆壓值，將設定的恆壓值發送給壓力控制器17。油缸6的活塞以下進氣、活塞以上進油，活塞上下的油、氣壓力最終保持平衡，油缸6上部油壓通過下部空氣推動活塞上下運動控制，進氣電磁閥3打開時，壓縮空氣源16從油缸6下部進氣口 14充氣,下部壓力增大使活塞向上運動,從而減小油缸6上部空間以增大上部壓力；當出氣電磁閥5打開時，空氣從油缸6下部出氣口 13排出，下部壓力減小使活塞向下運動，從而增大油缸6上部空間以減小上部壓力。壓力控制器17根據壓力傳感器9的反饋值，判斷油缸6內部壓力是否在設定值，從而調節控制進氣電磁閥3和出氣電磁閥5的開閉，完成壓力調節和穩定壓力的功能。
權利要求
1.一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，其包括循環泵(I)、循環電磁閥(2)、進油電磁閥(4)、回油電磁閥(7)、油缸(6)和出油電磁閥(8);其特徵在於它還包括進氣電磁閥(3)、出氣電磁閥(5)、壓力傳感器(9)、壓縮空氣源(16)以及壓力控制器(17)；所述油缸(6)上部為帶有進油孔(18)的油腔，其下部為設有出氣口(13)和進氣口(14)的氣腔；在油缸(6)的活塞杆的軸線位置設有通孔；在所述氣腔的底部安裝有壓力傳感器(9);所述壓縮空氣源(16)通過裝有進氣電磁閥(3)的管道與進氣口(14)相連通，所述出氣口(13)與裝有出氣電磁閥(5)的管道相連通； 活塞杆下端的出油孔(19)通過依次裝有出油電磁閥(8)、第二三通(21)和四通(15)的管道與取油設備(11)相連通，所述四通(15)的下埠通過裝有進油電磁閥(4)的管道與油箱(10)相連通，所述四通(15)的上埠通過管道與在線監測設備(12)的進油口相連通，所述在線監測設備(12)的出油口與油缸(6)上部的進油孔(18)之間通過依次裝有回油電磁閥(7)、第一三通(20)的管道相連通；所述第一三通(20)的下埠和第二三通(21)的上埠之間通過依次裝有循環泵(I)、循環電磁閥(2)的管道相連通；所述壓力控制器(17)通過藍牙或USB模塊與裝有控制軟體的上位機通信； 所述壓力控制器(17)包括單片機控制電路、I/O驅動電路、Α/D轉換器、液晶顯示電路、通信模塊；所述Α/D轉換器的輸出端接單片機控制電路的相應輸入端，所述單片機控制電路的相應輸出端分別接I/O驅動電路和液晶顯示電路的輸入端；所述通信模塊與單片機控制電路雙向連接；所述Α/D轉換器的相應輸入端壓力傳感器(9)的輸出端，所述I/O驅動電路的輸出端分別控制 循環泵(I)、循環電磁閥(2)、出氣電磁閥(3)、進油電磁閥(4)、進氣電磁閥(5)、回油電磁閥(7)以及出油電磁閥(8)的通斷；所述回油電磁閥(7)、出油電磁閥(8)為常開電磁閥，所述循環電磁閥(2)、進氣電磁閥(3)、進油電磁閥(4)和出氣電磁閥(5)為常閉電磁閥。
2.根據權利要求1所述的一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，其特徵在於所述單片機控制電路由單片機U4及其外圍元器件晶振Y1、電容Cf C3、電阻R1、排阻RPl組成；所述晶振Yl和電容Cf C2組成的晶振電路接在單片機U4的18和19腳之間；電容C3和電阻Rl串聯後接在+5V電源和地之間，單片機U4的9腳接在電容C3和電阻Rl的節點上，組成自動復位電路；單片機U4的32 39腳依次接排阻RPl的9 2腳，單片機U4的40腳和排阻RPl的I腳均接+5V，單片機U4的20腳接地。
3.根據權利要求2所述的一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，其特徵在於所述液晶顯示電路由液晶模塊U3及其外圍元器件電阻R2、滑動變電阻R3組成；所述電阻R2和滑動變電阻R3串聯後接在液晶模塊U3的18 19腳之間，液晶模塊U3的3腳接滑動變阻器R3的滑動端，液晶模塊U3的7 14腳依次接單片機U4的39 32腳，液晶模塊U3的2腳接+5V，液晶模塊U3的I腳和20腳接地。
4.根據權利要求3所述的一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，其特徵在於所述I/O驅動電路由複合電晶體陣列U2及其外圍元器件繼電器J1、插座Zf Z2組成；所述循環泵(I)接在插座Zl的I腳和5腳之間，所述循環電磁閥(2)、進氣電磁閥(3)、進油電磁閥(4)、出氣電磁閥(5 )、回油電磁閥(7 )和出油電磁閥(8 )分別對應接在插座Z2的cT 腳和I腳之間，所述複合電晶體陣列U2的f 7腳依次接單片機U4的27腳；複合電晶體陣列U2的16腳接循環泵(I)的繼電器控制電路，其繼電器控制電路包括繼電器Jl和循環泵(O的插座Z1，所述繼電器Jl的線圈接在複合電晶體陣列U2的16腳和+5V之間，繼電器Jl的常開觸點Jl-1接在插座Zl的3腳和5腳之間，插座Zl的2腳和3腳相連接，插座Zl的I腳和4腳相連接，連接後的兩腳接220V交流電；所述插座Z2的2 7腳依次接複合電晶體陣列U2的15 10腳，插座Z2的I腳接+24V ;複合電晶體陣列U2的8腳接地，複合電晶體陣列U2的9腳接+5V。
5.根據權利要求4所述的一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，其特徵在於所述Α/D轉換器由集成塊U6及其外圍元器件晶振Y2、電容C4 C8、電阻R4 R5、插座Z3組成；所述壓力傳感器(9)接在插座Z3的I腳和4腳之間；所述集成塊U6的I腳接單片機U4的I腳，集成塊U6的1Γ12腳分別對應接單片機U4的13腳、3腳、2腳，集成塊U6的5腳接+5V ;所述插座Z3的2 3腳分別接集成塊U6的7 8腳，插座Z3的I腳接+5V，4腳接地；所述晶振Y2和電容C4 C5組成的晶振電路接在集成塊U6的2腳和3腳之間；電容C6接在+5V電源和地之間，電阻R4 R5串聯後接在+5V電源和地之間，集成塊U6的9腳接在R4和R5的節點上，電容C7 C8並聯後接在R4和R5的節點與地之間，集成塊U6的10腳接地。
6.根據權利要求5所述的一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統，其特徵在於所述通信模塊由藍牙模塊Ul、USB模塊U5和雙刀雙擲開關SI組成；所述雙刀雙擲開關SI的2個靜觸點接單片機U4的10腳、11腳，雙刀雙擲開關SI的動臂選擇性接入藍牙模塊Ul或USB模塊U5的2 3腳；所述藍牙模塊Ul和USB模塊U5的I腳均接+5V，其4腳均接地。
全文摘要
本發明涉及一種用於模擬變電設備絕緣油的壓力控制系統。本發明包括循環泵、循環電磁閥、進油電磁閥、回油電磁閥、油缸和出油電磁閥；其特徵在於它還包括進氣電磁閥、出氣電磁閥、壓力傳感器、壓縮空氣源以及壓力控制器；所述油缸上部為帶有進油孔的油腔，其下部為設有出氣口和進氣口的氣腔；在油缸活塞杆的軸線位置設有通孔；所述氣腔底部內嵌有壓力傳感器；所述壓縮空氣源通過裝有進氣電磁閥的管道與進氣口相連通，所述出氣口與裝有出氣電磁閥的管道相連通；所述壓力控制器通過藍牙或USB與裝有控制軟體的上位機通信。本發明的優點是通過壓力傳感器測量氣室壓力，自動控制各電磁閥開閉，反應靈敏，穩定了油缸壓力。
文檔編號G05D16/20GK103217991SQ201310101470
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者劉克成, 範輝, 馬慧芳, 王娟怡, 龍瀟 申請人:國家電網公司, 河北省電力公司電力科學研究院, 河北省電力建設調整試驗所