Способ анализа качества и состояния трансформаторного масла и маслонаполненного обрудования и устройство для его осуществления
METHOD OF ANALYZING QUALITY AND CONDITION OF TRANSFORMER OIL AND OIL-FILLED EQUIPMENT, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технике диагностики маслонаполненного силового электрооборудования, в частности к контролю качества электрооборудования. Изобретение позволяет анализировать изоляционные жидкости и может быть использовано как экспресс-анализатор качества и состояния трансформаторного масла.
R
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ оперативного контроля работоспособности масла и устройство для его осуществления по заявке на изобретение RU 2329502 С1, 28.11.2006, МПК G01N 33/30, заключающийся в том, что через проточную ячейку пропускают оптическое излучение и измеряют опорную интенсивность излучения при замене масла в тестируемом оборудовании, измеряют интенсивность излучения, прошедшего через заполненную маслом проточную ячейку в ходе эксплуатации оборудования, вычисляют диагностический параметр "общая загрязненность" масла с использованием значения опорной интенсивности и по изменению диагностического параметра "общая загрязненность" оценивают работоспособность масла, отличающийся тем, что оптическое излучение, пропускаемое через масло, является полихроматическим и содержит в своем спектре красный, зеленый и голубой диапазоны длин волн и регистрируют одновременно три сигнала, соответствующие интенсивностям излучения, прошедшего через масло, в трех указанных спектральных диапазонах, оценивают три значения диагностического параметра "общая загрязненность" масла одновременно в трех спектральных диапазонах и дополнительно вычисляют диагностический параметр "химическая деструкция" ΔC масла по формуле
R
эксплуатируемое
свежее
ΔС=CR - СR,
свежее
где CR - хроматическое отношение свежего масла,
эксплуатируемое
CR - хроматическое отношение эксплуатируемого масла,
G,свежее
G,эксплуатируемое
U, U - выходные сигналы фотоприемника в зеленом диапазоне длин волн при анализе свежего и эксплуатируемого масла соответственно;
R,свежее
R,эксплуатируемое
U, U - выходные сигналы фотоприемника в красном диапазоне длин волн
Недостаток заявленного прототипа заключается в регистрации одновременно только трех сигналов, соответствующих интенсивностям красного, зеленого и голубого диапазонов длин волн излучения, прошедшего через масло.
Недостатком заявленного прототипа также является то, что оперативный контроль работоспособности масла осуществляется путем оценки состояния масла лишь по двум параметрам - «химическая деструкция», характеризующая изменение химических свойств масла, и «общая загрязненность», характеризующая загрязненность масла продуктами химической деградации масла, что показывает ограниченность диапазона измерений заявляемого прототипа.
Недостаток конструкции устройства состоит в низкой информативности получаемых данных, не позволяющих выявить конкретные показатели изменившегося химического состава масла и их концентрацию в составе проверяемого масла, по результатам которых можно судить о причинах старения масла.
Задачей заявляемого изобретения является создание способа анализа качества и состояния трансформаторного масла и устройство для его осуществления, в котором устранены недостатки прототипа.
Предлагаемый способ не нуждается в сравнении показателей чистого трансформаторного масла и эксплуатируемого, а позволяет сразу получить результаты по окончанию измерений одного образца трансформаторного масла, диагностируемого в данный момент.
Цель заявляемого изобретения - увеличение точности измерений, расширение диапазона диагностических параметров молекулярного состава трансформаторного масла, упрощение конструкции устройства, использование которого позволит повысить качество диагностики исследуемого трансформаторного масла.
Техническим результатом являются расширение диапазона исследования в видимом диапазоне λ=400-800 нм, повышение качества диагностики и работоспособности трансформаторного масла, оперативность контроля устройством, высокая информативность, позволяющие выявить конкретные показатели изменения химического состава исследуемого масла.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе анализа качества и состояния трансформаторного масла, заключающемся в пропускании оптического излучения через проточную ячейку, записи спектров, прошедшего и рассеянного излучений, расчете диагностического параметра загрязненности масла и на его основе оценке состояния трансформаторного масла, согласно предлагаемому изобретению, регистрация спектра рассеянного оптического излучения происходит под прямым углом к оси падения излучения на ячейку, рассеянное излучение включает в себя и люминесценцию исследуемого масла, которая возбуждается спектральным диапазоном 400-500 нм излучателя, а также регистрируется спектр сигнала во всем диапазоне на длинах волн λ=400-800 нм оптического излучения пропущенного через масло с помощью полихроматора, диагностический параметр загрязненности масла К рассчитывается по формуле:
пр
pac
К=I(λ)-I(λ),
пр
рас
где I(λ) - спектр оптического излучения прошедшего через исследуемое масло; I(λ) - спектр излучения рассеянного исследуемым маслом.
Технический результат также достигается тем, что в устройстве для осуществления способа анализа качества и состояния трансформаторного масла, состоящем из источника оптического излучения, ячейки, узла приема прошедшего оптического излучения, узла приема рассеянного оптического излучения, переключателя, а также блока обработки сигнала и принятия решения, согласно предлагаемому изобретению, узлы приема прошедшего и рассеянного излучений представляют собой коллиматоры, которые по оптическим волокнам передают сплошные спектры излучений на переключатель; узел приема оптического излучения прошедшего через исследуемое масло, состоит из одного коллиматора, который расположен на грани, противоположной грани с источником излучения; а узел приема рассеянного излучения состоит из двух коллиматоров, распложенных на боковой грани ячейки: один - рядом с гранью с источником излучения, а второй - на той же грани, но на некотором расстоянии от первого вдоль оптической оси луча. Переключатель поочередно подключает оптические волокна, идущие от узлов приема прошедшего и рассеянного излучений, к блоку обработки и принятия решения, который реализован на полихроматоре, регистрирующем интенсивность оптического излучения во всем спектральном диапазоне
Размеры коллоидных частиц и кислотного числа трансформаторного масла определяются на основе диагностического параметра трансформаторного масла К, также определяется наличие и изменение состава молекул с ароматическими группами, образующимися в масле в процессе старения по спектру и интенсивности люминесценции масла, что коррелирует с тангенсом угла диэлектрических потерь tgα, а значит, позволяет определять tgα.
Интенсивность рассеянного излучения регистрируется под прямым углом к оси падения излучения на ячейку, при этом в рассеянное излучение будет входить и излучение люминесценции от молекул, содержащих ароматические группы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 изображены спектры излучения прошедшего через образцы трансформаторного масла; на фиг. 3 изображены спектры излучения рассеянного образцами трансформаторного масла; на фиг. 4 изображен диагностический параметр К для образцов трансформаторного масла.
Цифрами на фиг. 1 обозначены:
1 - источник излучения,
2 - ячейка,
3 - узел приема прошедшего оптического излучения,
4 - узел приема рассеянного оптического излучения,
5 - переключатель,
6 - полихроматор,
7 - блок обработки сигнала и принятия решения.
Фиг. 2 - спектры прошедшего света, Фиг. 3 - спектры рассеянного света, Фиг. 4 - диагностический параметр К. На фиг. 2-4: тонкая линия - спектры масла с кислотным числом 0.016 мг КОН на 1 г, толстая линия - спектры масла с кислотным числом 0.035 мг КОН на 1 г.
Для осуществления предложенного способа предлагается устройство.
Устройство для осуществления способа анализа качества и состояния трансформаторного масла поясняется на фиг. 1.
Устройство работает следующим образом:
Узел (1) содержит источник излучения со сплошным спектром в видимом диапазоне λ=400-800 нм и коллиматор, формирующий параллельный поток излучения в ячейку (2), а узел приемника прошедшего оптического излучения (3) содержит коллиматор и оптоволокно, по которому излучение передается на переключатель (5). Использование такого источника и приемника оптического излучения позволяет записывать спектр пропускания трансформаторного масла и регистрировать интенсивность оптического излучения во всем выбранном спектральном диапазоне.
Узел приема рассеянного излучения (4) состоит из двух коллиматоров и двух оптических волокон: одно у стенки ячейки, второе - в 2 см от стенки ячейки, оба расположены на боковой грани ячейки и передают спектры рассеянного излучения и люминесценции на переключатель (5), который поочередно подключает оптические волокна, идущие от узлов приема прошедшего и рассеянного излучений, к блоку обработки и принятия решения (7), который реализован на полихроматоре (6).
Такая конструкция не требует использования специально изготавливаемой кюветы, что упрощает конструкцию устройства и процесс установки устройства в тестируемое оборудование, в частности позволяет проводить мониторинг непосредственно в баке с маслом.
Переключатель (5) служит для переключения между оптоволокнами (3) и (4) для последовательной записи спектров прошедшего и рассеянного излучений.
Вычитая из спектра прошедшего света (фиг. 2) спектр рассеянного света (фиг. 3), по диагностическому параметру К - спектру (фиг. 4) можно судить о составе трансформаторного масла.
Выводы:
Такая конструкция не требует использования специально изготавливаемой кюветы, что упрощает конструкцию устройства и процесс установки устройства в тестируемое оборудование, в частности позволяет проводить мониторинг непосредственно в баке с маслом.
Вычитая из спектра прошедшего света (фиг. 2) спектр рассеянного света (фиг. 3), по диагностическому параметру К (фиг. 4) можно судить о составе трансформаторного масла.