Способ анализа качества и состояния трансформаторного масла и маслонаполненного обрудования и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК G01N21/25 

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.

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_R масла по формуле

ΔС_R=CR_{эксплуатируемое} - СR_свежее,

где CR_свежее - хроматическое отношение свежего масла,

CR_{эксплуатируемое} - хроматическое отношение эксплуатируемого масла,

U_{G,свежее}, U_{G,эксплуатируемое} - выходные сигналы фотоприемника в зеленом диапазоне длин волн при анализе свежего и эксплуатируемого масла соответственно;

U_{R,свежее}, U_{R,эксплуатируемое} - 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:

К=I_пр(λ)-I_pac(λ),

где I_пр(λ) - спектр оптического излучения прошедшего через исследуемое масло; I_рас(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.

Изобретение относится к области диагностики маслонаполненного силового электрооборудования и касается способа анализа качества и состояния трансформаторного масла. При осуществлении способа через ячейку пропускают оптическое излучение и регистрируют сплошной спектр сигнала во всем диапазоне λ=400-800 нм. Оценка качества и состояния масла включает в себя расчет диагностического параметра загрязненности масла К=I_пр(λ)-I_рас(λ), где I_пр(λ) - спектр оптического излучения, прошедшего через исследуемое масло; I_рас(λ) - спектр излучения, рассеянного исследуемым маслом. Технический результат заключается в расширении диапазона диагностических параметров и увеличении точности и оперативности диагностики. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ анализа качества и состояния трансформаторного масла, заключающийся в том, что через ячейку пропускают оптическое излучение, отличающийся тем, что оценка состояния трансформаторного масла осуществляется на основе регистрации сплошного спектра сигнала во всем диапазоне λ=400-800 нм, затем расчет диагностического параметра К загрязненности масла осуществляется по разности спектров:

К=I_пр(λ)-I_рас(λ),

где I_пр(λ) - спектр оптического излучения, прошедшего через исследуемое масло; I_рас(λ) - спектр излучения, рассеянного исследуемым маслом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регистрация спектра рассеянного оптического излучения проходит под прямым углом к оси падения излучения на ячейку.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рассеянное излучения включает в себя и люминесценцию исследуемого масла, которая возбуждается спектральным диапазоном 400-500 нм излучателя.

4. Устройство для анализа качества и состояния трансформаторного масла, содержащее: источник оптического излучения, ячейку, узел приема прошедшего оптического излучения, узел приема рассеянного оптического излучения, переключатель, а также блок обработки сигнала и принятия решения, который записывает спектры прошедшего через масло и рассеянного в нем оптического излучения в спектральном диапазоне λ=400-800 нм и рассчитывает параметр К загрязненности масла на основе разности спектров прошедшего и рассеянного излучений, отличающееся тем, что содержит полихроматор, который регистрирует интенсивность оптического излучения во всем спектральном диапазоне.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что узел приема рассеянного излучения расположен на боковой грани ячейки.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что узел приема рассеянного излучения состоит из двух коллиматоров на некотором расстоянии друг от друга и принимает рассеянное излучение в различных точках оптического луча.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что узлы приема прошедшего и рассеянного излучений представляют собой оптические волокна, позволяющие передавать излучение на вход полихроматора.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что переключатель выполнен с возможностью поочередного подключения к полихроматору световодов, идущих от узлов приема прошедшего и рассеянного излучений.