一种用于变压器的挂壁式油气分离装置的制作方法

本实用新型属于电力设备技术领域，特别涉及一种用于变压器的挂壁式油气分离装置。

背景技术：

油浸电力变压器在长期运行中和发生故障后，在热、电作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会分解出一些对故障判断有价值的气体，包括氢气、甲烷、乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等，分析油中溶解的这些气体是判断油浸电力变压器早期潜伏性故障最方便、最有效的措施之一。而利用该方法将在线监测装置用于运行中的变压器身上，就地实时采集油样并监测变压器油中溶解气体含量已成为目前油浸电力变压器最为主要的在线监测产品。

变压器油中气体在线监测装置一般由油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元、数据采集单元、现场控制与处理单元、监控与通信单元、辅助单元等七个部分组成。其中，油样采集单元具有对变压器本体油的自动取样功能，油气分离单元具有自动实现溶解气体与变压器油分离的功能，这两个部分是系统检测和分析的前提；而在实际使用过程中，这两个部分功能往往合在一起，统称为油气分离装置。

目前变压器油中气体在线监测装置的油气分离技术主要有渗透膜分离、真空脱气、动态顶空脱气、机械振荡式分离等不同类型。其中渗透膜分离技术一度凭借其结构简单、维护工作量小等优点，占据着国内主流厂商的变压器油中气体在线监测装置和核心地位。但随着其油气平衡时间长的劣势，且由于脱气室内脱出的气体与油面的接触，会引起气体的回溶等问题，逐渐被新一代的真空脱气、顶空脱气等技术所取代。但近些年，随着变压器油中气体在线监测装置的大规模使用，这些脱气技术也渐渐暴露出他们的诸多不足：1、结构复杂、故障率高；2、脱气过程中会产生油雾，油雾的处理目前只有遗弃或者返回变压器本体两种方式，但前者属于消耗变压器油，而后者则有可能将不纯洁的油带入变压器本体中，即污染油；3、机械式的脱气方式，随着时间的增长，机械器件的密封性能会快速下降，此类脱气方式的寿命不长，且稳定性和重复性不好。

此外，不论是前期使用的渗透膜分离技术还是后期大家多数采用的真空、顶空脱气技术，多存在着将变压器油从专用法兰通过管路引出到变压器油中气体在线监测装置中去，然后再进行油气分离的工作。从进油阀到装置再到回油阀，当中涉及到油管回路长，从最少10米到30米较为常见。而在整个变压器油中气体在线监测的过程中，温度是一个非常重要的参数，变压器油离开油箱到在线监测装置这段距离，其温度很可能受外界环境的影响，特别是高寒地区的温度影响，会产生较大变化，即使加装有加热装置，也会由于加热效率与可靠性等因素，对最终检测结果产生不小的误差。

技术实现要素：

发明目的：针对如上问题，本实用新型提供一种能够实现变压器油一离开变压器油箱即进入油气分离装置,保证变压器油在第一时间、第一现场完成油气分离的工作，并且结构简单，油气平衡时间短，不污染油、不消耗油，稳定性好，重复性高的用于变压器的挂壁式油气分离装置。

技术方案：本实用新型提供一种用于变压器的挂壁式油气分离装置，包括外壳，外壳内设置有法兰和油泵，法兰和油泵之间通过油管连接，法兰上表面设置有进油孔，法兰上设置有透气压片，法兰与透气压片之间设置有高分子渗透膜，高分子渗透膜覆盖在进油孔上，透气压片上设置有透气孔，透气压片与气室连接，气室顶部设置有气泵，气室底部设置有传感器，气室尾部设置有过滤器，气室侧壁上设置有三通电磁阀。变压器油在油泵的循环作用下，进入油气分离模组一侧，所述模组上有高分子透气膜，所述高分子渗透膜的另一侧为气室。进入气室的气体在气泵的作用下，流入传感器检测单元进行测量，剩余的气体将通过电磁阀切换进入过滤器后排空。在透气压片外侧安装并连通气室，气室两侧装有三通电磁阀，分别用于控制气泵气路循环、过滤器排空及传感器检测三路通道切换。整套装置密闭在一个统一外壳内，通过螺钉固定于法兰上，法兰则可以直接安装在变压器油箱上，通过这样的设置可以使得整体装置的额密封效果更好。

进一步的，所述法兰与油管之间设置有密封接头，所述油泵与油管之间设置有密封接头。通过设置密封接头，可以对油管两端和接头部分起到更好的密封效果，防止使用过程中产生泄漏。

进一步的，所述法兰上设置有耐油硅橡胶O型圈。通过设置耐油硅橡胶可以对法兰起到更好的密封效果。

进一步的，所述进油孔的直径大于透气孔的直径。

进一步的，所述法兰与油泵之间通过两根油管连接。通过设置两根油管，可以提高整体的效率。

进一步的，所述高分子渗透膜为圆形，半径为40-80mm。

进一步的，所述高分子渗透膜为聚四氟乙烯膜。

进一步的，所述气泵为隔膜泵。

进一步的，所述油泵为齿轮泵。

有益效果：本实用新型利用渗透膜脱气原理，将渗透膜直接安装于变压器法兰上，避免油管连接的不稳定性；同时，利用油泵强制循环以及气泵与三通电磁阀组合切换的方式，防止气体回溶。而油泵强制循环同时使得变压器油不断流过高分子渗透膜的表面，增加了油的浓度，加快油气平衡时间。高分子渗透膜是半径为50mm的无定型聚四氟乙烯膜，固定于法兰与透气压片之间从而不会变形，法兰上有专用进油孔可以保护渗透膜不受异物损坏，而透气压片上有专用透气孔用于分离出来的气体进入气室。透气压片上的气室与三通电磁阀连通，工作状态下膜脱出来的气体与气室中的气体不断循环，减少了气室中气体的初始浓度。

本实用新型结构简单、紧凑，集成度高，整个装置没有气体管路以及极少的油管路，保证变压器油在第一时间、第一现场完成油气分离的工作，保证了分离的实时性和有效性，具有安装方便、稳定性好、准确性高、脱气速度快等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中法兰的结构示意图。

1、外壳，2、高分子渗透膜，3、透气压片，4、气泵，5、过滤器，6、油泵，7、油管，8、气室，9、传感器，10、三通电磁阀，11、法兰，12、密封接头，13、耐油硅橡胶O型圈，14、透气孔，15、进油孔。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

如图1和2所示，本实用新型提供一种用于变压器的挂壁式油气分离装置，彻底实现了变压器油一离开变压器油箱即进入油气分离装置,保证变压器油在第一时间、第一现场完成油气分离的工作。

本实用新型外部设置有外壳并通过法兰直接与变压器油箱相连，之间通过耐油硅橡胶O型圈密封，使得变压器油始终处于封闭状态，不与空气直接接触，可以保证在油气分离过程中变压器油不受到污染。变压器油在油泵的作用下，经过专用密封接头在油管与高分子渗透膜之间不断循环，变压器油通过法兰上的专用进油孔与高分子渗透膜相接触，该进油孔同时可以保护高分子渗透膜不受异物损坏。

在高分子渗透膜的另一侧是透气压片，该透气压片与法兰共同用于固定高分子渗透膜使其不会受外力或者其他因素产生形变，透气压片有专用透气孔可以将经过高分子渗透膜分离出来的变压器油中的故障气体保存至气室内。

初始状态下，气室内的气体经过三通电磁阀切换通过过滤器与空气相连，此时气泵的启动，使得气室内残留气体与空气不断循环，使气室中的起始浓度尽可能的小。然后，三通电磁阀切换回脱气状态，此时气室与透气压片相连，而传感器则通过过滤器与空气相连，可以保证其不受故障气体干扰，延长使用寿命。与此同时，高分子渗透膜会将变压器油中的故障气体不断的分离出来进入气室。经过一定时间后，油中的气体和气室中的气体达到动态平衡后，迅速进入采样状态，三通电磁阀再次切换将气室与传感器相连，由气泵提供动力，将气室中的故障气体送入传感器进行测量，防止气体回溶。检测完成后，再次恢复到初始状态，气室内的气体经过三通电磁阀切换通过过滤器与空气相连，通过气泵的作用，将气室内检测结束剩余的残留气体排到空气中。

膜的脱气过程，遵循于亨利定律：

P＝k_CC′ (a)

式中，P—溶解气体在液面上的平衡分压，k_C—亨利常数，C′—该气体在液相(油)中的浓度。在一定的温度下，当液面上的一种气体与液体中所溶解的该气体达到平衡时，这种气体在液体中的浓度与其在液面上的平衡分压成正比。同时，脱气过程作为溶解—扩散过程，还遵循如下关系式：

C＝(9.87KC′-C₀)×[1-exp(-1.013×10⁵×HAt/dV)]+C₀ (b)

式中，C—气室中气体浓度，C′—油中气体浓度，V—气室容积，A—油与膜接触面积，d—膜的厚度，K—气体的平衡常数，C₀—气室中气体起始浓度，t—渗透时间，H—膜的渗透率。在一定的温度和压力条件下，经过一定的时间，液相(油)中气体和气相中气体达到动态平衡，该气体在液相中的浓度与气象中的浓度之比为一常数，因此检测气相浓度即可推算出油中气体浓度。

一开始，气相中的气体较少，气体溶回液相的速率小于逸出液相的速率，随着时间的增加两者逐渐接近。最后，气体逸出和溶回液相的速率达到相等，此时就称为平衡状态。本发明由于利用油泵强制变压器油循环，避免了传统挂壁式在线监测装置死油的问题，而是不断新鲜变压器油补充循环在高分子渗透膜的周围，使得高分子渗透膜液相测油中气体浓度基本保持不便，相当于式(b)中油中气体浓度C′保持在最大值。同时，初始状态下，气室内的气体是经过三通电磁阀切换通过过滤器与空气相连的，此时气泵的启动，使得气室内残留气体与空气不断循环，使高分子渗透膜的气相侧的起始浓度C₀尽可能的小。综合以上，再加上专用与气体渗透的高分子渗透膜是半径为50mm、厚度为0.035mm的无定型聚四氟乙烯膜，从各角度都提高了气体渗透速度。

经过对渗透膜的大量研究得知，目前无定型聚四氟乙烯膜是透气性、机械性能和耐油最好的材料，特别是针对变压器油的几种特征故障气体，其渗透率H极高。以下是一些气体的渗透率参考参数：

本发明结构简单、安装方便，采用挂壁式方案可以直接通过法兰安装于变压器油箱上，避免了外接油路所带来的温度及压力变化，真正实现了变压器油一离开变压器油箱即进入油气分离装置,保证变压器油在第一时间、第一现场完成油气分离的工作。变压器油始终处于封闭状态，不与空气直接接触，可以保证在油气分离过程中变压器油不受到污染。本发明用于变压器在线监测新型挂壁式油气分离装置在性能上具有平衡时间短、重复性高、稳定性好的特点，经过现场应用，最快可在一小时内实现所有故障气体的平衡，完全可与满足对变压器进行实时在线监测的需求。

另，本发明之前所述均为使用传感器或传感器阵列直接测量变压器油中故障气体的方式，除此之外，其作为油气分离装置，亦可将传感器部分改为气管接入到色谱分析单元使用。

以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。