[发明专利]一种基于空心光子晶体光纤的变压器油气分离装置

说明书

技术领域

本发明属于变压器油中溶解气体油中混合气体分离和检测技术范围，特别涉及一种基于空心光子晶体光纤的变压器油气分离装置。

背景技术

对变压器油中气体的检测分析是对变压器运行状态进行判断的重要监测手段，变压器在运行中由于种种原因产生的内部故障，如局部过热、放电、绝缘纸老化等都会导致绝缘劣化并产生一定量的气体溶解于油中，不同的故障引起油分解所产生的气体组分也不尽相同，从而可通过分析油中气体组分的种类和含量来判断变压器的内部故障或潜伏性故障。对变压器油中溶解气体采用在线监测方法，能准确地反映变压器的主要状况，使管理人员能随时掌握各站主变的运行状态，以便及时作出决策，预防事故的发生。变压器油中溶解气体在线监测的关键技术包括油气分离技术、混合气体检测技术。

目前，国内外都没有直接检测变压器油中溶解气体含量的技术，无论是离线还是在线检测，必须将由故障产生的气体从变压器油中脱出，再进行测量，从变压器油中脱出故障特征气体是快速检测、准确计量的关键和必要前提。

离线检测的脱气方法主要是使用溶解平衡法(机械振荡法)和真空法(变径活塞泵全脱法)。这两种方法存在结构复杂、操作手续繁多、动态气密性保持差等问题，难以实现在线化。在线油气分离的方法目前主要有薄膜/毛细管透气法、真空脱气法、动态顶空脱气法及血液透析装置等方法。

1.薄膜/毛细管透气法，某些聚合薄膜具有仅让气体透过而不让液体通过的性质，适宜于在连续监测的情况下，从变压器绝缘油中脱出溶解气体。在气室的进口处，安装了高分子膜，膜的一侧是变压器油，另一侧是气室。油中溶解的气体能透过膜自动地渗透到另一侧的气室中。同时，已渗透过去的自由气体也会透过薄膜重新溶解于油中。在一定的温度下，经过一定时间后(通常需要经过几十小时)可达到动态平衡。达到平衡时，气室中给定的某种气体的含量保持不变并与溶解在油中的这种气体的含量成正比。通过计算即可得出溶解于油中的某种气体含量。这种方法的缺点是脱气速度缓慢，不适宜应用在便携式装置中进行快速的现场测量。另外，油中含有的杂质及污垢不可避免地会使薄膜逐渐堵塞，因而需要经常更换薄膜。目前国内外普遍选用聚四氟乙烯膜作为油中溶解气体在线监测的透气膜，常规聚四氟乙烯膜渗透6种气体(H₂、CO、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆)需要100h。日立公司采用PFA膜，又称四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物，PFA膜对6种气体渗透性能较好，渗透6种气体组分所需时间为80h。上海交大采用带微孔的聚四氟乙烯膜，最优厚度为0.18mm，最优孔径为8～10μm，透气性能优于PFA膜，渗透6种气体组分所需时间为24h。加拿大Morgan Schaffer公司使用聚四氟乙烯尼龙管束，渗透6种气体组分所需时间为4h。Hydren公司采用聚四氟乙烯及氟化乙丙稀。

2.真空脱气法，真空脱气法包括波纹管法和真空泵脱气法。

波纹管法是利用电动机带动波纹管反复压缩，多次抽真空，将油中溶解气体抽出。日本三菱株式会社就是利用波纹管法开发了一种变压器油中溶解气体在线监测装置。

真空泵脱气法是利用常规色谱分析中应用的真空脱气原理进行脱气。河南中分仪器推出的色谱在线监测仪采用吹扫-捕集的方式脱出气体，脱气率大于97％。

3.动态顶空脱气法，该方法在脱气的过程中，采样瓶内的搅拌子不停地旋转，搅动油样脱气；析出的气体经过检测装置后返回采样瓶的油样中。在这个过程中，间隔测量气样的浓度，当前后测量的值一致时，认为脱气完毕。该方法脱气效率介于薄膜透气及真空脱气之间，重复性较好，有相当高的测量一致性。因此，逐渐被承认并广泛采用。

4.现有技术的缺点，当前主要采用的油气分离方法主要是高分子半透膜、真空脱气和顶空脱气的三种方法，这几种方法均有自己的缺点，具体表现在：

①对于已有的高分子半透膜，无论是监测单组分气体还是全组分气体的在线监测系统都需要利用半透膜将油中故障气体分离出来，并且至少需要1-2天的时间才能使得气室内的气体与油中气体达到平衡，时间非常长，还是不能实现完全意义上的在线监测。

②真空脱气法和顶空脱气法均需要利用机械泵对油样进行机械处理，需要将油样引出到变压器腔体外，虽然能够较快地实现油气分离，但是机械结构复杂，需要额外的油气分离操作，长期可靠性不高，不利于变压器的在线监测。

发明内容