变压器油色谱在线监测系统载气共用式自动切换装置的研制

引言

变压器油色谱在线监测系统主要安装应用在220kV及以上电力变压器和高抗中,实现对一次设备运行状态的在线监测。油色谱在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的精密设备。系统分为油气分离、混合气体分离、数据分析处理、远程传输控制四大部分。其混合气体分离过程需采用一定比例配制而成的合成空气或高纯氮气作为载气,用高压容器(载气瓶）进行装载。现行各类油色谱在线监测装置厂家配备使用的载气瓶容量为每瓶8～15L不等,每瓶载气使用周期为6～8个月。由于载气瓶的容量所限,当载气瓶气压不足时,需进行更换,否则将影响油色谱在线监测系统的稳定运行。

载气瓶更换存在一些弊端。例如,在线装置箱体小型化,载气瓶体积随之减小,容量变小,致使载气在使用过程中更换周期缩短。随着油色谱在线监测装置的日益普及应用,数量逐年递增,且地域分布广泛,即使同个站点油色谱装置投运年不一致,其载气更换周期亦存在差别,基于以上现状,载气更换周期缩短和使用周期不一致将造成维护人员工作量显著增加,耗费较大的人力物力。因此,本文旨在研制一种变压器油色谱在线监测系统载气自动切换装置,根据油色谱在线监测装置内部一般配备双气瓶(一瓶备用）的现状,从钢瓶容量进行考虑,使用双气源结构,提高输出容量,延长载气瓶的更换周期,降本增效。

1设计思路

(1）载气共用式自动切换装置采用双气瓶组成双气源结构,气瓶高压侧工作压力为0～15MPa,高压侧气源通过硬钢管连接经载气减压阀输出,通过载气减压阀调节后低压侧气瓶压力为0.4～0.6MPa,先启用一瓶主气瓶,当通过切换装置检测到低压侧压力低于0.4MPa时(压力检测精度为0.002MPa）,气瓶一侧的气体自动切换到预备的气瓶,气瓶切换过程中可连续供应气体,阀体切换速度快,小于500ms,同时具备手动强制切换功能。

(2）载气共用式自动切换装置设有A、B瓶工作指示灯,能实时显示在用工作气瓶。

(3）载气共用式自动切换装置设置有声光报警指示(当A瓶和B瓶都低于设定气压时发出报警）,报警时间间隔为5min,每次响20s,直至手动复位后停止,有效提示巡维人员及时发现载气低值情况。

(4）载气共用式自动切换装置设有环境温度和湿度采集显示功能,温度测量范围为-30～70℃,测量精度为士0.3℃,湿度测量范围为0%～100%RH,测量精度±2%RH,温度、湿度记录采样周期为5～250s(可设）,并设置存储记忆功能,记录条数不少于20万条。

2装置结构

载气共用式自动切换装置主要由单片机、气动阀、电磁阀、压力传感器、气管接头、单向阀接头、显示屏等组成,具体结构如图1所示。

各元器件作用如下:(1）两个单向阀,防止两个气瓶之间串气:(2）两个压力传感器,用于分别检测气瓶的压力:(3）一个两位双电控电磁阀,用于驱动气控阀(工作气瓶选用阀）:(4）一个气动阀,用于切换工作气瓶:(5）一个单片机,用于处理各元器件之间的工作逻辑和采集记录箱体环境温湿度:(6）一个显示屏,用于显示当前箱体环境温湿度及各阀门的工作状态。

3工作原理

变压器油色谱在线监测装置在工作时先启用A气瓶,当A气瓶气量压力少于0.4MPa时,压力检测器发出低压信号到单片机,单片机回馈输出信号,两位电磁阀切换为工作状态,驱动气动阀,气动阀换向切换使用B气瓶。单片机存储记录切换状态,并可通过通信模块告警提示巡维人员更换载气低值气瓶。

4创新点

(1）实现双气源切换,切换气源压力可设置(0.1～1.0MPa）。考虑到气瓶容量小、数据采集周期短、用气量大的情况,采用双气源结构,一气瓶用完自动切换至另一气瓶,可解决载气瓶更换周期短、更换周期不一致、偏远变电站运维及工作量大的问题。

(2）气瓶的切换通过低压侧检测压力切换,不影响输出压力的稳定性。

(3）空间受限下,切换装置的大小可依据安装板做适当调整,适用不同厂家的不同尺寸的装置箱,便于观察载气压力值和更换载气。

(4）切换装置具备箱体环境温湿度采集记录功能,可实时监控在线监测装置运行环境,有效辅助在线监测装置故障诊断。

(5）具备低压警报功能,可通过蜂鸣告警提示巡维人员更换载气。

5结语

载气共用式自动切换装置具备气源切换、警报提示、温湿度记录等功能,在延长载气更换周期的前提下,可帮助运维人员了解箱体运行环境状况,辅助在线装置故障诊断。该切换装置体积小,安装方便,功能实用可靠,对变压器油色谱在线监测系统运维工作有很大裨益。

随着油色谱在线监测装置存量的增加,载气瓶共用式自动切换装置的应用可减少该类装置每年约50%的运维工作量,尤其针对偏远变电站,能有效减少公车资源使用和降低人员行车安全可能出现的问题,且通过应用载气瓶共用式自动切换装置能有效地利用瓶内气体,减少资源浪费,避免了提前更换压力接近低值的载气,该项工作有着巨大的应用与推广前景。