基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置，其中的负压恒温的动态顶空脱气模块包括脱气瓶、与脱气瓶相连的气路部分和油路部分；还包括油气混合器；基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块包括信号发生器、锁相放大器、激光驱动器、激光器选择器、激光器底座、激光器、光纤耦合器、准直器、聚焦器、探测器、数据采集卡、控制模块、流量计和气泵；本实用新型专利技术解决了目前气体测量装置的被测气体受背景气体交叉干扰导致的测量精度低，测量时间长，装置复杂，测量气体单一，测量环境范围窄的问题,具有测量精度高，测量时间短，装置简单，可测量多种气体，且测量环境范围宽的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置
本技术涉及变压器油在线监测
，尤其涉及一种基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置。
技术介绍
变压器不仅是电力设施中最为昂贵和重要的设备，而且变压器故障或老化会造成非常严重的电网事故。所以对变压器运转状态和健康状态进行实时监测，有助于提高电力设施的安全性和稳定性。由于变压器发生故障时产生的特征气体种类较多，因此对单一组分气体进行监测只能对变压器故障进行初步分析。而通过对变压器油中溶解的多组分特征气体进行监测，则能够获知变压器故障的详细信息，从而更准确的判断变压器故障类型和原因。目前，变压器油中溶解气体含量的检测主要包括两个方面的技术，即油气分离和多组分气体检测。油气分离方法从原理上区分主要有溶解平衡法和真空脱气法，真空脱气法的脱气效率最高，但是为保证脱气效果，需要严格控制系统的真空度，因此对系统的真空度和真空泵要求很高，造成其结构复杂、可靠性较差，不适合于在线检测应用。在线监测设备上采用的主要是溶解平衡法，溶解平衡法因为平衡手段的不同又分为机械振荡法、动态顶空法以及膜分离方法等，其中机械振荡法因其脱气率较高、重复性好，常被作为其他脱气方法脱气率标定的标准，但是操作过程和装置相对复杂，不适用于在线设备；膜分离方法装置简单，但是脱气时间较长，不能很好地满足在线监测的要求，目前仍处于研究阶段；动态顶空法是目前在线设备应用较多的脱气方法。目前，动态顶空法中常采用高纯N2吹扫，成本较高；另外，其采用在脱气瓶底部设搅拌装置或鼓泡装置的方式，使油中溶解气体分离到脱气瓶顶部的气室中，但分离效果有待提高。目前，气体监测有两大类方法：化学分析法和光谱分析法，化学法主要有色谱分析法，质谱分析法以及色谱-质谱联用分析法等，具有很高的灵敏度，测量结果的可信度高，但响应速度慢，无法在线应用。光谱法包括傅立叶变换红外光谱技术(FTIR)、光声光谱技术(PAS)和可调谐激光吸收光谱法技术(TDLAS)等。傅里叶变换红外光谱法的设备比较庞大，响应速度也相对较慢；现有的光声气体测量装置主要是采用单端单光源入射到气体池中，其光源的单一性决定了测量气体的种类少，局限性很大。在某些研究中采用的是一个光源对应一个气体池的方式解决多光源耦合问题，但随着组分的增加，气室也要相应增加，装置的复杂性加大。
技术实现思路
本技术提供了一种基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置，解决了目前气体测量装置的被测气体受背景气体交叉干扰导致的测量精度低，测量时间长，装置复杂，测量气体单一，测量环境范围窄的问题；具有测量精度高，测量时间短，装置简单，可测量多种气体，且测量环境范围宽的优点。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案实现：基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置，包括负压恒温的动态顶空脱气模块和基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块；其中：所述负压恒温的动态顶空脱气模块，包括脱气瓶、与脱气瓶相连的气路部分和油路部分；其特征在于，还包括油气混合器；所述气路部分包括连接在脱气瓶的顶部出气口与油气混合器的气体入口之间的气路管道，以及沿气体流动方向依次设置在气路管道上的油气过滤装置、压力传感器、气体吸收池、气泵、第一气阀、第二气阀和单向阀；其中第一气阀还设有排气口，第二气阀还设有洁净空气入口；所述油路部分包括连接在脱气瓶的进油口与变压器送油口之间的第一油路管道，以及连接在脱气瓶的出油口与变压器回油口之间的第二油路管道；第一油路管道上沿进油方向依次设有第三油阀、第一油阀及第一液位传感器；第二油路管道上沿出油方向依次设有第二油阀和第四油阀，第二油阀和第四油阀之间的第二油路管道通过油泵连接油气混合器的油入口；第一油阀和第三油阀之间的第一油路管道连接油气混合器的混合油气出口；脱气瓶内设第二液位传感器和温度传感器；所述基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块，包括信号发生器、锁相放大器、激光驱动器、激光器选择器、激光器底座、激光器、光纤耦合器、准直器、聚焦器、探测器、数据采集卡、控制模块、流量计和气泵；信号发生器通过输出信号线分别与锁相放大器、激光驱动器连接，激光驱动器与激光器选择器连接，激光器选择器与多只激光器底座连接，每只激光器底座上分别对应安装激光器；各激光器通过输出光纤连接光纤耦合器，光纤耦合器的输出尾纤连接准直器，准直器安装在气体吸收池的入射端口，气体吸收池的出射端口安装聚焦器，聚焦后的激光由探测器接收，探测器通过输出信号线连接锁相放大器，锁相放大器的输出端连接数据采集卡的输入端，数据采集卡的输出端通过数据线连接控制模块，控制模块连接信号发生器；气体吸收池的进气口连接流量计的输出端，气体吸收池的出气口通过气泵连接废气处理装置。所述压力传感器、气泵、第一气阀、第二气阀、第三油阀、第一油阀、第一液位传感器、第二油阀、第四油阀、油泵、第二液位传感器和温度传感器分别连接控制系统。所述第二液位传感器设于脱气瓶的上部，温度传感器设于脱气瓶的下部。所述脱气瓶的外侧设有可控温电加热装置。所述油气过滤装置为聚四氟乙烯薄膜。所述油气混合器为静态混合管。所述第二气阀的洁净空气入口通过空气过滤器与大气连通。所述气体吸收池为空心光纤气室、怀特池、赫里奥特池或长光程气室。所述激光器为DFB激光器。所述探测器为光电探测器。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、负压恒温的动态顶空脱气模块与现有脱气装置相比：1)采用油气混合器代替常规的鼓泡或电磁搅拌装置，气体与油通过油气混合器混合，再通过油泵充分接触，使得油气混合效率更高，并且简化了装置结构；2)抽取洁净空气为载气，与用氮气吹扫相比，成本更低；3)采用空心光纤气室、怀特(White)、池赫里奥特(Herriott)池、长光程气室等体积较小的气体吸收池，配合中红外激光器实现ppb级别检测，其需油量和需气量小，有利于简化脱气瓶结构，并使脱气时间变短；4)脱气瓶采用负压高温环境，提高脱出气体的浓度，提高脱气速度；5)采用恒温恒压的脱气与气体检测环境，脱气重复性高，气体检测重复性和精度高；2、基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块与现有多组分气体检测装置相比：1)基于分时扫描的时分多路技术来实现对多组分气体的实时检测，实现同时检测多种成分气体的浓度；2)利用光纤耦合器实现一个气体吸收池的设计，极大简化了多组分气体检测的装置体积；3)整套装置不需要消耗性载气和易污染老化的色谱柱和复杂的气路控制系统，可消除背景气体交叉干扰。附图说明图1是本技术所述负压恒温的动态顶空脱气模块的结构框图。图2是本技术所述基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块的结构框图。图中：101.气体吸收池102.气泵103.第一气阀104.第二气阀105.空气过滤器106.单向阀107.压力传感器108.油气过滤装置109.第一油阀110.第二油阀111.油泵112.油气混合器113.第三油阀114.第四油阀115.脱气瓶116.温度传感器117.第一液位传感器118.第二液位传感器201.信号发生器202.锁相放大器203.激光驱动器204.激光器选择器205.激光器底座206.激光器207.光纤耦合器208.准直器101.气体吸收池209.聚焦器210.探测器211.数据采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置，其特征在于，包括负压恒温的动态顶空脱气模块和基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块；其中：所述负压恒温的动态顶空脱气模块，包括脱气瓶、与脱气瓶相连的气路部分和油路部分；其特征在于，还包括油气混合器；所述气路部分包括连接在脱气瓶的顶部出气口与油气混合器的气体入口之间的气路管道，以及沿气体流动方向依次设置在气路管道上的油气过滤装置、压力传感器、气体吸收池、气泵、第一气阀、第二气阀和单向阀；其中第一气阀还设有排气口，第二气阀还设有洁净空气入口；所述油路部分包括连接在脱气瓶的进油口与变压器送油口之间的第一油路管道，以及连接在脱气瓶的出油口与变压器回油口之间的第二油路管道；第一油路管道上沿进油方向依次设有第三油阀、第一油阀及第一液位传感器；第二油路管道上沿出油方向依次设有第二油阀和第四油阀，第二油阀和第四油阀之间的第二油路管道通过油泵连接油气混合器的油入口；第一油阀和第三油阀之间的第一油路管道连接油气混合器的混合油气出口；脱气瓶内设第二液位传感器和温度传感器；所述基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块，包括信号发生器、锁相放大器、激光驱动器、激光器选择器、激光器底座、激光器、光纤耦合器、准直器、聚焦器、探测器、数据采集卡、控制模块、流量计和气泵；信号发生器通过输出信号线分别与锁相放大器、激光驱动器连接，激光驱动器与激光器选择器连接，激光器选择器与多只激光器底座连接，每只激光器底座上分别对应安装激光器；各激光器通过输出光纤连接光纤耦合器，光纤耦合器的输出尾纤连接准直器，准直器安装在气体吸收池的入射端口，气体吸收池的出射端口安装聚焦器，聚焦后的激光由探测器接收，探测器通过输出信号线连接锁相放大器，锁相放大器的输出端连接数据采集卡的输入端，数据采集卡的输出端通过数据线连接控制模块，控制模块连接信号发生器；气体吸收池的进气口连接流量计的输出端，气体吸收池的出气口通过气泵连接废气处理装置。...

【技术特征摘要】
1.基于光谱吸收法的变压器油中气体含量在线监测装置，其特征在于，包括负压恒温的动态顶空脱气模块和基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块；其中：所述负压恒温的动态顶空脱气模块，包括脱气瓶、与脱气瓶相连的气路部分和油路部分；其特征在于，还包括油气混合器；所述气路部分包括连接在脱气瓶的顶部出气口与油气混合器的气体入口之间的气路管道，以及沿气体流动方向依次设置在气路管道上的油气过滤装置、压力传感器、气体吸收池、气泵、第一气阀、第二气阀和单向阀；其中第一气阀还设有排气口，第二气阀还设有洁净空气入口；所述油路部分包括连接在脱气瓶的进油口与变压器送油口之间的第一油路管道，以及连接在脱气瓶的出油口与变压器回油口之间的第二油路管道；第一油路管道上沿进油方向依次设有第三油阀、第一油阀及第一液位传感器；第二油路管道上沿出油方向依次设有第二油阀和第四油阀，第二油阀和第四油阀之间的第二油路管道通过油泵连接油气混合器的油入口；第一油阀和第三油阀之间的第一油路管道连接油气混合器的混合油气出口；脱气瓶内设第二液位传感器和温度传感器；所述基于TDLAS的多组分气体浓度检测模块，包括信号发生器、锁相放大器、激光驱动器、激光器选择器、激光器底座、激光器、光纤耦合器、准直器、聚焦器、探测器、数据采集卡、控制模块、流量计和气泵；信号发生器通过输出信号线分别与锁相放大器、激光驱动器连接，激光驱动器与激光器选择器连接，激光器选择器与多只激光器底座连接，每只激光器底座上分别对应安装激光器；各激光器通过输出光纤连接光纤耦合器，光纤耦合器的输出尾纤连接准直器，准直器安装在气体吸收池的入射端口，气体吸收池的出射端口安装聚焦器，聚焦后的激光由探测器接收，探测器通过输出信号线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，张启蕊，
申请(专利权)人：哈工大鞍山工业技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21