一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统及其方法与流程

1.本发明涉及高压充油绝缘套管在线监测技术领域，具体为一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统及其方法。


背景技术：

2.能源电力安全作为我国国家安全的重要组成部分，而变压器高压绝缘套管作为变压器的重要组成部分，此类设备的应用也将更加广泛，然则由于此类设备相对体积小，油量少，电压高且多处于密封状态，无防爆装置，长期运行过程中，内部可能会出现局部放电，油过热，油中电弧、火花放电等故障，在对套管进行检测是就会使用到适用于高压充油绝缘套管在线监测系统。
3.现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于对装置进行操作而导致工作人员对套管检测难度增加的问题，对此我们提出一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统及其方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统及其方法，以解决上述背景技术中提出现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于对装置进行操作而导致工作人员对套管检测难度增加的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统，包括油路微米过滤器、高压充油绝缘套管在线监测系统、辅助固定柜体和主固定柜体，所述高压充油绝缘套管在线监测系统包括绝缘套管、适配油腔、油气分离系统、气体检测系统、信号分析与处理模块和数据终端，所述气体检测系统和信号采集与处理模块主要由光声光谱模块、气泵、气路压力传感器、液位传感器、气路电磁阀、气路微米过滤器、主t型分支和辅助t型分支，其均配置在辅助固定柜体的内部，所述光声光谱模块、气泵、气路压力传感器、液位传感器、气路电磁阀、气路微米过滤器、主t型分支和辅助t型分支之间均通过微孔气管密封连接，所述气体检测系统中样气在气路中采用闭环运行的方式，所述气路中采用气管为内径0.5mm的微孔气管，所述信号分析与处理模块包块ipam模块、ipam模块、工控机、微音器。
6.优选的，所述油气分离系统主要由油路微米过滤器、五个油电磁阀、油泵、油腔、排气罐、脱气模块、液位传感器和油路加热器元器件组成。
7.优选的，所述油气分离系统的五个油电磁阀、排气罐、油腔组合安装成集成模块中，所述集成模块上有与适配油腔末端相连的油腔末端进油口和油腔末端出油口，所述集成模块包括适配油腔外壳、适配油腔前端和适配油腔后端，所述适配油腔外壳的内部设置有不锈钢细管，所述适配油腔外壳内部的一端设置有油腔末端出油口。
8.优选的，所述油路微米过滤器的一端设置有油路压力表，所述油路压力表的另一端设置有第一进油电磁阀，所述第一进油电磁阀的下端设置有油腔，所述油腔一侧的下端
设置有第一出油电磁阀，所述第一出油电磁阀的另一端设置有排气罐，所述排气罐一侧的上端设置有集成模块，所述集成模块的另一端设置有出油微米过滤器。
9.优选的，所述油腔一侧的下端设置有油泵，所述油泵的另一端设置有第二进油电磁阀，所述第二进油电磁阀的另一端与油路加热器密封连接，所述油路加热器的一端设置有第二出油电磁阀，且第二出油电磁阀的另一端与油腔密封连接，所述油路加热器的另一端设置有脱气模块。
10.优选的，所述脱气模块的一端设置有气路电磁阀，所述气路电磁阀的另一端设置有气路压力表，所述气路压力表的另一端设置有主t型分支，所述主t型分支的两侧均设置有辅助t型分支，且辅助t型分支与主t型分支的两端均通过微孔气管密封连接，两个所述辅助t型分支的中间位置处设置有气泵。
11.优选的，所述辅助t型分支的另一端与光声光谱模块通过微孔气管密封连接，所述油气分离系统中的核心部件为脱气模块，脱气模块包括容积1.1ml的油室，容积1ml的气室，所述辅助固定柜体和主固定柜体的一侧均设置有检修柜盖，所述检修柜盖的上端设置有观察玻璃块，所述观察玻璃块的下方设置有柜盖横把。
12.一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统的方法，包括以下步骤：步骤一：在套管取油口处按要求安装好在线监测装置，接通电源，启动装置，设置检测周期八小时检测一次；步骤二：装置开始读取油路压力、气路压力、气路液位信号、排气阀液位信号，当信号参数均满足设定值时，开启正常压力模式第一进油电磁阀、第二进油电磁阀、第二出油电磁阀和第一出油电磁阀，油路里的油样与套管内的油样混合均匀，油样循环流过脱气模块的脱气膜表面脱气，同时开启气体检测系统里的气路电磁阀、气泵；当油路压力超限时，开启压力超限模式第一进油电磁阀和第二出油电磁阀开启，先使集成模块内油腔油样与套管内油循环，一定时间后，关闭第一进油电磁阀和第二出油电磁阀，开启第二进油电磁阀和第一出油电磁阀使油样在集成模块-油腔-油泵-脱气模块之间循环，同时开启气体检测系统里的气路电磁阀和气泵，提前设定压力超限模式下循环工作的次数保证脱气量；步骤三、以实验测试所得脱气膜两侧达到液相气相平衡的时间为依据设定油泵的工作时间作为即脱气模块的脱气时间，脱气过程结束，气泵、油泵停止运行，进出油电磁阀及气路电磁阀关闭；步骤四：脱气结束，样气由通过微型气管进入光声光谱模块的光声腔后，开始对气体进行检测，检测过程约十五分钟；步骤五：检测结束后，信号分析与处理模块经过信号处理可计算出油中溶解的多组分特征气体浓度，当某项气体的浓度值超过系统设定预警值时，系统将自动将检测周期设为每两小时一次，并发出报警信号；步骤六：检测结束后，系统将每次检测的数据进行存储分析，从而诊断出套管内部的运行状态和故障发展趋势。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.该种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统与离线检测方式相比，本发明能实时在线监测套管的运行状态，采用光声光谱和膜脱气结合的方式，不消耗油样，不损耗样气，装置无需载气、无需耗材、软件算法自动校准、无需定期标定、校验，不改变套管的结构，
解决了现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于对装置进行操作而导致工作人员对套管检测难度增加的问题。
14.2.该种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统与适用于变压器的油在线监测装置相比，该装置油路、气路均采用闭环运行方式，每个检测周期结束后，无须吹扫尾气，能降低套管的漏油风险的同时能维护套管良好的密封性，解决了现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于密封性不够而导致气体泄漏概率增加的问题。
15.3.该种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统与现有的高压充油绝缘套管在线监测相比，装置可根据需求设定检测周期，一个检测系统可采用一拖多的方式检测多只套管，解决了现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于无法对多个套管进行检测而导致工作人员检测难度增加的问题。
16.4.该种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统与现有的高压充油绝缘套管在线监测相比，装置的油气分离系统与气体检测系统分别安装于两个柜体内，可实现根据现场套管的实际情况灵活安装，解决了现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于安装不够方便而导致工作人员安装效率降低的问题。
17.5.该种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统与现有的高压充油绝缘套管在线监测相比，使用光声光谱法，不消耗被测样品，其检测灵敏度高，检测时对气体的要求量小，因此所需的油样少适合套管这类的少油设备。可根据用户要求检测乙炔、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯多种特征气体。通过基于iec推荐的三比值法的神经网络评估软件，实现套管运行状态的就地判断，解决了现有的适用于高压充油绝缘套管在线监测系统在进行使用时常常由于检测范围过小而导致设备实用性降低的问题。
附图说明
18.图1为本发明的整体结构主视图；图2为本发明的整体结构剖视图；图3为本发明的适配油腔详细结构图；图4为本发明的系统结构图；图5为本发明的集成模块示意图。
19.图中：1、油路微米过滤器；2、油路压力表；3、第一进油电磁阀；4、油泵；5、第二进油电磁阀；6、油路加热器；7、脱气模块；8、第二出油电磁阀；9、油腔；10、第一出油电磁阀；11、排气罐；12、出油微米过滤器；13、液位传感器；14、气路电磁阀；15、气路压力表；16、主t型分支；17、气泵；18、气路微米过滤器；19、辅助t型分支；20、光声光谱模块；21、绝缘套管；22、适配油腔；221、适配油腔外壳；222、不锈钢细管；223、适配油腔前端；224、适配油腔后端；225、油腔末端进油口；226、油腔末端出油口；23、油气分离系统；24、气体检测系统；25、信号分析与处理模块；26、数据终端；27、集成模块；28、高压充油绝缘套管在线监测系统；29、检修柜盖；30、观察玻璃块；31、柜盖横把；32、辅助固定柜体；33、主固定柜体。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统，包括油路微米过滤器1、高压充油绝缘套管在线监测系统28、辅助固定柜体32和主固定柜体33，高压充油绝缘套管在线监测系统28包括绝缘套管21、适配油腔22、油气分离系统23、气体检测系统24、信号分析与处理模块25和数据终端26，气体检测系统24和信号采集与处理模块25主要由光声光谱模块20、气泵17、气路压力传感器、液位传感器13、气路电磁阀14、气路微米过滤器18、主t型分支16和辅助t型分支19，其均配置在辅助固定柜体32的内部，光声光谱模块20、气泵17、气路压力传感器、液位传感器13、气路电磁阀14、气路微米过滤器18、主t型分支16和辅助t型分支19之间均通过微孔气管密封连接，气体检测系统中样气在气路中采用闭环运行的方式，气路中采用气管为内径0.5mm的微孔气管，信号分析与处理模块25包块ipam2505模块、ipam4017模块、工控机、微音器。
22.进一步，油气分离系统23主要由油路微米过滤器1，五个油电磁阀、油泵17、油腔9、排气罐11、脱气模块7、液位传感器13、油路加热器6元器件组成，脱气膜可以让油中溶解的气体透过膜进入气室，而绝缘油则无法穿透脱气膜，经过一段时间后，油中溶解气体便达到气相液相两相平衡，再根据油温不同修正气相液相分配系数，此方法不消耗套管内的绝缘油，所需油样仅200ml,对套管安全运行不造成实质影响，在脱气模块气室侧出气口侧装设一主t型分支16，脱出的气体通过连接t型分支接头的两微型气管进入气体检测系统，根据发送回的数据包括特征气体的浓度、油温、油压对所监测设备的绝缘情况进行诊断和故障预警，最终的数据通过通信光纤传输到数据终端显示、存储，用户可随时查看监测到的数据。采用此系统可实现套管的早期故障监测、预警，监测效果可靠、可带电在线监测特点。
23.进一步，油气分离系统23的五个油电磁阀、排气罐11、油腔9组合安装成集成模块27中，集成模块27上有与适配油腔9末端相连的油腔末端进油口225和油腔末端出油口226，集成模块27包括适配油腔外壳221、适配油腔前端223和适配油腔后端224，适配油腔外壳221的内部设置有不锈钢细管222，锈钢细管前端可插入套管取油口处，不锈钢细管末端与油腔末端的进油口互通，通过螺纹接头与进油管连接，进油管另一端通过螺纹接头与油气分离系统的进油口孔相连；油腔末端的另一油口，通过螺纹接头与出油管连接，出油管另一端通过螺纹接头与油气分离系统出油口连接，通过进出油口一前一后的设计确保油样的循环，此设计能确保进出油气分离系统的油样能代表套管内部油样，适配油腔外壳221内部的一端设置有油腔末端出油口226，与油泵7相连的油腔末端进油口225和油腔末端出油口226；与脱气模块7油室进出油口相连的两口，此集成模块27可以使安装更方便、紧凑，减小油气分离系统的体积。集成模块27中油腔作为油路异常时的后备储油空间，避免油样进入气体检测系统造成气路污染。
24.进一步，油路微米过滤器1的一端设置有油路压力表2，油路压力表2的另一端设置有第一进油电磁阀3，第一进油电磁阀3的下端设置有油腔9，油腔9一侧的下端设置有第一出油电磁阀10，第一出油电磁阀10的另一端设置有排气罐11，排气罐11一侧的上端设置有集成模块27，集成模块27的另一端设置有出油微米过滤器12。
25.进一步，油腔9一侧的下端设置有油泵4，油泵4的另一端设置有第二进油电磁阀5，第二进油电磁阀5的另一端与油路加热器6密封连接和油路加热器6的一端设置有第二出油电磁阀8，且第二出油电磁阀8的另一端与油腔9密封连接和油路加热器6的另一端设置有脱气模块7。
26.进一步，脱气模块7的一端设置有气路电磁阀14，气路电磁阀14的另一端设置有气路压力表15，气路压力表15的另一端设置有主t型分支16，主t型分支16的两侧均设置有辅助t型分支19，且辅助t型分支19与主t型分支16的两端均通过微孔气管密封连接，两个辅助t型分支19的中间位置处设置有气泵17。
27.进一步，辅助t型分支19的另一端与光声光谱模块20通过微孔气管密封连接，油气分离系统23中的核心部件为脱气模块7，脱气模块7包括容积1.1ml的油室，容积1ml的气室，辅助固定柜体32和主固定柜体33的一侧均设置有检修柜盖29，检修柜盖29的上端设置有观察玻璃块30，观察玻璃块30的下方设置有柜盖横把31，光声光谱模块20主要包括红外光源、滤光片、调制盘、光声腔，经调制的红外光通过滤光片后，对应待检测气体的波长的红外光入射光声腔，在特定波长的调制红外光的照射下，待测气体受激发产生与气体浓度呈线性关系的振动信号。用光声光谱法检测不消耗样气，仅需少量的样气即可获得很高的灵敏度，脱出的气体可留于气路中，此种方式保证了装置的气密性，不破坏套管的密封性能。由于氢气不具备中红外吸收特性，无法使用中红外波段光声光谱技术进行测量，监测采用氢气传感器进行检测。装置在一个检测周期完成后，开始第二个检测周期时，通过气路中气泵的运行，将脱气膜气中脱出的新样气与上一轮检测的样气混匀，使样气在油气分离膜两侧实现动态平衡。
28.一种适用于高压充油绝缘套管在线监测系统的方法，包括以下步骤：步骤一：在套管取油口处按要求安装好在线监测装置，接通电源，启动装置，设置检测周期八小时检测一次；步骤二：装置开始读取油路压力、气路压力、气路液位信号、排气阀液位信号，当信号参数均满足设定值时，开启正常压力模式第一进油电磁阀3、第二进油电磁阀5、第二出油电磁阀8和第一出油电磁阀10，油路里的油样与套管内的油样混合均匀，油样循环流过脱气模块7的脱气膜表面脱气，同时开启气体检测系统24里的气路电磁阀14、气泵17；当油路压力超限时，开启压力超限模式第一进油电磁阀3和第二出油电磁阀8开启，先使集成模块9内油腔油样与套管内油循环，一定时间后，关闭第一进油电磁阀3和第二出油电磁阀8，开启第二进油电磁阀5和第一出油电磁阀10使油样在集成模块9-油腔9-油泵4-脱气模块7之间循环，同时开启气体检测系统24里的气路电磁阀14和气泵17，提前设定压力超限模式下循环工作的次数保证脱气量；步骤三、以实验测试所得脱气膜两侧达到液相气相平衡的时间为依据设定油泵的工作时间作为即脱气模块的脱气时间，脱气过程结束，气泵、油泵停止运行，进出油电磁阀及气路电磁阀关闭；步骤四：脱气结束，样气由通过微型气管进入光声光谱模块20的光声腔后，开始对气体进行检测，检测过程约十五分钟；步骤五：检测结束后，信号分析与处理模块25经过信号处理可计算出油中溶解的多组分特征气体浓度，当某项气体的浓度值超过系统设定预警值时，系统将自动将检测周期设为每两小时一次，并发出报警信号；步骤六：检测结束后，系统将每次检测的数据进行存储分析，从而诊断出套管内部的运行状态和故障发展趋势。
29.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在
不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。