МОБИЛЬНАЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ Российский патент 2022 года по МПК B60P3/00 G01N33/28 

Данное изобретение относится к средствам контроля технического состояния и диагностирования высоковольтного оборудования (ВВО), в частности, оборудования подстанций, и предназначена для использования в местах его эксплуатации при проведении профилактических и комплексных диагностических обследований.

Известна мобильная лаборатория контроля технического состояния ВВО по заявке Китая №1460860 (публ. 10.12.2003), которая включает в себя систему оперативного мониторинга и систему, связи, установленную на транспортном средстве. Система оперативного мониторинга включает в себя трубку для подачи проб масла, автоматическое устройство подачи полностью дегазированной пробы, автоматический регистратор, газовый хроматограф, процессор и контроллер для обработки данных от хроматографа, выходные каналы процессора для передачи результатов хроматографических измерений и.автоматический контроллер, подключенный к телефону. Система содержит модем и электрически связана с устройствами передачи и приема сигналов. Вышеупомянутые компоненты монтируются в автомобиле и могут быть сформированы в виде мобильного целого тела.

Недостатком данного технического решения является то обстоятельство, что с его помощью возможно определение хроматографическим методом растворенных в трансформаторном масле только следующих газов: СН₄, С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, но невозможно определить на установленном в мобильной лаборатории хроматографе фурановые производные, антиокислительную присадку (ионол) и воду, растворенные в трансформаторном масле.

Известна принятая за ближайший аналог передвижная автономная лаборатория контроля параметров трансформаторного масла «Мониторинг» (ООО «Ангарское-ОКБА». г. Ангарск http://enervoiga.ru/peredvizhnaya-avtonomnaya-laboratoriya-kontrolya-parametrov-transformatornogo-masla-monitoring; https://www.opt-union.ru/i_store/item_999860635/peredvijnaya-avtonomnaya-laboratoriya-monitoring.html).

Передвижная автономная лаборатория «Мониторинг» предназначена для экспресс-анализа параметров трансформаторного масла в полевых условиях и проведения регенерации масла для малогабаритных трансформаторов. В состав лаборатории входят аналитические приборы для контроля влаги (влагомер «ВТМ-МК»), общего газосодержания «ИРКУТ», диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла (измеритель Ш2-12ТМ), установка для дегазации масла ПАДУН и двигатель-генератор для питания приборов. Все средства смонтированы в автомобиле повышенной проходимости УАЗ.

Однако данная лаборатория не может быть использована для определения фурановых производных и ионола. межфазного натяжения и пробивного напряжения трансформаторного масла, что не позволяет обеспечить достаточную достоверность оценки состояния внутренней изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов и полноту диагностических показателей для формирования заключения о состоянии трансформаторного масла. Также технические средства этой мобильной лаборатории не позволяют выявить дефекты ВВО, связанные с перегревом конструктивных элементов, а также с разрядной активностью на внешней изоляции и токоведущих элементах ВВО. Кроме того, в этой лаборатории не предусмотрены средства связи, обеспечивающие беспроводную передачу результатов измерений и испытаний в центр сбора данных.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая в настоящем изобретении мобильная лаборатория является расширение функциональных возможностей измерения и контроля показателей качества масла ВВО. Достигаемый технический результат от использования этого изобретения состоит в повышении достоверности оценки технического состояния ВВО по результатам измерений и испытаний на месте эксплуатации без вывода ВВО из работы, что позволяет повысить оперативность принятия управляющих воздействий на ВВО.

Технический результат достигается тем, что в мобильной лаборатории, содержащей автомобиль-носитель с кабиной и фургоном, разделенным перегородкой на транспортный отсек и лабораторный отсек, в котором находится автоматизированное рабочее место оператора с компьютером и размещено и закреплено контрольно-измерительное оборудование для контроля влагосодержания и газосодержания трансформаторного масла, диэлектрических потерь масла, соединительные кабели и газовые магистрали для соединения составных частей контрольно-измерительного оборудования между собой в соответствии со схемой проведения контроля, согласно изобретению контрольно-измерительное оборудование размещено в закрепленных на полу и за стенки фургона автомобиля тумбах и на накрывающей их общей столешнице и дополнительно включает в себя измеритель пробивного напряжения, тензиометр и модуль сбора и передачи данных с выходом на антенну, при этом, выходы тензиометра, измерителя диэлектрических потерь и измерителя растворенных в масле компонентов, включающего в себя хроматограф, подключены ко входам модуля сбора и передачи данных, выход которого соединен с USB-портом компьютера, который через модуль сбора и передачи данных соединен с передающей антенной, хроматограф дополнительно включает в себя блок измерения фурановых производных и ионола, вход которого выполнен с возможностью ввода отобранной пробы, первый вход установленного на столешнице хроматографа соединен газовой магистралью с генератором водорода, газовые магистрали от баллонов с газом-носителем проходят под столешницей сквозь перегородку между транспортным и лабораторным отсеками ко входу фильтра каталитической очистки, другой вход которого соединен с компрессором воздуха, а выход соединен газовой магистралью со вторым входом хроматографа, при этом газовые магистрали закреплены на стенках фургона, а хроматограф снабжен демпфирующим устройством в виде платформы из металлических пластин, соединенных между собой упругими элементами, платформа нижней своей частью закреплена на столешнице, а верхней частью закреплена за основание хроматографа.

Особенность лаборатории по настоящему изобретению состоит в том, что на верхней горизонтальной поверхности хроматографа по бокам могут быть выполнены горизонтальные выступы, за которые закреплены упругие стропы, другие концы которых закреплены на зацепах, выполненных по бокам на верхней части платформы и выходящих за ее габариты напротив выступов.

Другая особенность лаборатории по настоящему изобретению состоит в том. что газовые магистрали, подсоединенные к первому и второму входам хроматографа, могут быть сформированы в виде витков.

Еще одна особенность лаборатории по настоящему изобретению состоит в том, что может дополнительно содержать размещенные на верхних полках тепловизор и акустическую камеру, при этом в компьютере может быть предусмотрена возможность подключения к их выходам посредством соединения Wi-Fi.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - блок-схема соединений контрольно-измерительного и вспомогательного оборудования лаборатории:

на фиг. 2 - блок-схема измерителя растворенных в масле компонентов;

на фиг. 3 - вид справа транспортного средства (со стороны двери в лабораторный отсек);

на фиг. 4 - вид слева транспортного средства;

на фиг. 5 - конструкция демпфирующего устройства хроматографа;

на фиг. 6 - установленный на столешницу через демпфирующее устройство хроматограф.

Позициями на чертежах обозначено:

1 - измеритель пробивного напряжения масла;

2 - тензиометр;

3 - измеритель диэлектрических потерь масла;

4 - измеритель компонентов, растворенных в трансформаторном масле, с хроматографом;

5 - тепловизионная камера (тепловизор);

6 - акустическая камера:

7 - компьютер (ноутбук с программным обеспечением - ПО);

8 - модуль сбора и передачи данных;

9 - антенна внешняя;

10 - газовый хроматограф (оснащен двумя блоками;

10.1 - блок измерения диагностических газов и воды;

10.2 - блок измерения фурановых производных и ионола);

11 - генератор водорода;

12 - фильтр каталитической очистки;

13 - компрессор воздуха;

14 - баллон газовый с газом-носителем;

15 - перегородка между транспортным и лабораторным отсеками;

16 - столешница;

17 - демпфирующее устройство (платформа);

18 - металлическая пластина;

19 - горизонтальные выступы;

20 - упругие стропы;

21 - зацепы;

22 - витки из газовых магистралей.

Мобильная лаборатория смонтирована (фиг. 3-4) на транспортном средстве (автомобиль-фургон на базе модификаций автомобиля Ford, ГАЗель Next и т.п.), внутреннее пространство которого содержит кабину водителя, транспортный отсек и лабораторный отсек, в котором размещено и закреплено контрольно-измерительное оборудование для контроля качества трансформаторного масла: диэлектрических потерь: пробивного напряжения; межфазного натяжения; газосодержания, влагосодержания, фурановых производных и ионола, а также визуализации распределения температуры на поверхности обследуемого ВВО, определения наличия, уровня, вида, локализации и визуализации разрядной активности (локализация частичных разрядов) и вспомогательная аппаратура для сбора и обеспечения возможности беспроводной передачи результатов измерений и испытаний в центр сбора данных.

В качестве контрольно-измерительного оборудования использованы (фиг. 1):

- измеритель пробивного напряжения масла 1 (АИМ-90А);

- тензиометр 2 (Элметхром-1) для измерения межфазного натяжения трансформаторного масла на границе с водой;

- измеритель диэлектрических потерь масла 3 (Тангенс-3М);

- измеритель компонентов, растворенных в трансформаторном масле, с газовым хроматографом 4;

- тепловизор 5 (FLIR Т540) для измерения температуры и визуализации распределения температурных градиентов на поверхности ВВО;

- акустическая камера 6 (NL Acoustic) для обнаружения коронных и частичных разрядов в изоляции ВВО или в электрических соединениях:

- персональный компьютер 7 (ноутбук LENOVO IdeaPad S340-15IIL);

- модуль сбора и передачи данных 8 в центр сбора данных;

- антенна внешняя 9 (VEGATEL AV1-900E/1800/3G-kit).

Ввод данных в компьютер 7 с выхода измерителя 1 пробивного напряжения производится с его клавиатуры вручную, с тепловизора 5 и акустической камеры 6 ввод данных осуществляется через Wi-Fi, а выходы тензиометра 2, измерителя 3 диэлектрических потерь и измерителя 4 растворенных в масле компонентов подключены ко входам модуля 8 сбора и передачи данных, выход которого соединен с USB-портом компьютера 7, выход которого через модуль 8 сбора и передачи данных соединен с передающей антенной 9.

Измеритель 4 растворенных в трансформаторном масле компонентов содержит (фиг. 2) хроматограф 10, включающий в себя два измерительных блока (выполненных в одном корпусе):

- блок 10.1 предназначен для измерения концентраций газов СН₄, С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, H₂, СО, СО₂, N₂, О₂ и воды, в испаритель которого вводится отобранная выносными средствами и подготовленная проба газовой фазы или экстракт воды, извлеченные из трансформаторного масла;

- блок 10.2 предназначен для измерения концентрации фурановых производных и ионола, в испаритель которого вводится отобранная выносными средствами проба воды (для анализа фурановых производных, экстрагированных из трансформаторного масла) или этанола (для анализа ионола, экстрагированного из трансформаторного масла).

Первый вход хроматографа 10 соединен с генератором 11 водорода, второй вход хроматографа через фильтр 12 каталитической очистки, другой вход которого соединен с компрессором 13 воздуха, соединен с баллоном 14 с газом-носителем.

Соединения контрольно-измерительного оборудования между собой и своими составными частями осуществляются кабелями и газовыми магистралями в соответствии со схемой проведения контроля. В лабораторном отсеке, который отделен от транспортного отсека перегородкой 15, измерительное оборудование со своими составными частями размещается в закрепленных на полу и за стенки фургона автомобиля тумбах и на накрывающей их общей столешнице 16. Антенна 9 установлена на верхней полке лабораторного отсека и закреплена саморезами к нижней ее части.

Хроматограф 10 закреплен (фиг. 5 и 6) на столешнице 16 через демпфирующее устройство 17, выполненное в виде прямоугольной платформы из набора металлических пластин, соединенных между собой упругими элементами, платформа нижней своей частью закреплена (болтовыми соединением) на столешнице 16 через подложенную снизу столешницы металлическую пластину 18 четырьмя болтами, а верхней частью закреплена на основании хроматографа 10.

На верхней (горизонтальной) поверхности хроматографа выполнены по бокам горизонтальные выступы 19 (по два с каждой стороны), за которые закреплены упругие стропы 20, другие концы которых закреплены на зацепах 21, выполненных по бокам на верхней части платформы и выходящих за ее габариты напротив выступов 19. прижимая хроматограф 10 к платформе 17. К первому и второму входу хроматографа 10 газовые магистрали подсоединяются (фиг. 3) через сформированные из газовых магистралей витки 22, что исключает в месте подключения отсоединение или разрушение газовых магистралей.

Для отбора проб трансформаторного масла может быть использован комплект специализированных пробоотборников (ELCHROM-G), размещенный на свободной верхней полке в лабораторном отсеке.

Мобильная лаборатория оборудована средствами жизнеобеспечения. В лабораторном отсеке размещены: шкаф для одежды и обуви, кресло оператора; отопитель (воздушный), расположенный и закрепленный на полу в области автоматизированного рабочего места оператора; электроводонагреватель, расположенный в баке для воды (фиг. 4); щит электропитания, установленный на стене над рабочей поверхностью; холодильник для хранения химических веществ, расположенный в шкафу для одежды и обуви: щит управления освещением и отопителем; огнетушитель, а также автономные приточно-вытяжная вентиляция и кондиционер, теплообменник которого расположен на крыше автомобиля.

В транспортном отсеке размещены: барабан с кабелем для обеспечения внешнего электрического питания; четыре домкрата для исключения колебаний автомобиля на амортизаторах при передвижении оператора внутри лаборатории при проведении измерений и испытаний (устанавливаются при стоянке вблизи каждого из колес); складной стул для второго оператора: две канистры для воды; 2 баллона по 10 л с газом-носителем (один из них резервный); место для хранения сумок, спецодежды; два противооткатных упора; компрессор для накачки шин.

Внешнее электроснабжение мобильной лаборатории обеспечено путем установки в районе правого заднего крыла автомобиля на внешней стороне кузова специальной розетки на напряжение 220 В мощностью 4 кВт и степенью защиты не ниже IP 54 для подключения барабана с кабелем питания.

Работа мобильной лаборатории при контроле технического состояния ВВО на подстанции осуществляется следующим образом.

После прибытия на подстанцию выбирают горизонтальную площадку для стоянки мобильной лаборатории. Устанавливают домкраты и приподнимают автомобиль, чтобы поверхности рабочих столов лабораторного отсека были горизонтальны. Обеспечивают заземление мобильной лаборатории, подключают к внешнему источнику электрического питания (сеть 220 В, 50 Гц). Включают измеритель 4 растворенных в трансформаторном масле компонентов и, пока он выходит на рабочий режим (1-1,5 ч). отбирают в специализированные пробоотборники трансформаторное масло, например, из основного бака каждого из силовых трансформаторов на подстанции.

Обследуют ВВО тепловизором 5 на предмет аномального нагрева или существенно различающихся температур одних и тех же узлов ВВО разных его фаз, при этом сохраняют в памяти прибора термограммы, свидетельствующие о наличии дефекта ВВО.

Обследуют ВВО акустической камерой 6 на предмет наличия коронных и частичных разрядов в его изоляции или в электрических соединениях. При этом сохраняют в памяти прибора изображения с отображением коронных и частичных разрядов, свидетельствующие о наличии дефекта ВВО.

Выполняют анализ трансформаторного масла на предмет содержания растворенных в нем газов, воды, ионола и фурановых производных, для чего:

- выполняют пробоподготовку в специализированном пробоотборнике (шприц) для экстракции растворенной в трансформаторном масле воды или для извлечения растворенных в масле газов с последующим введением проб в испаритель блока 10.1; запускают режим измерений в программном обеспечении хроматографа и в автоматическом режиме получают хроматограмму газов или воды;

- выполняют пробоподготовку в специализированном пробоотборнике (шприц) для экстракции растворенного в трансформаторном масле ионола и фурановых производных с последующим введением проб в испаритель блока 10.2; запускают режим измерений в программном обеспечении хроматографа и в автоматическом режиме получают хроматограмму ионола и фурановых производных.

Выполняют измерение пробивного напряжения трансформаторного масла, для чего из пробоотборника с пробой масла выливают требуемый объем масла в измерительную ячейку прибора 1. Запускают на приборе автоматическую программу измерения пробивного напряжения. Прибор постепенно повышает напряжение, приложенное к измерительной ячейке, до электрического пробоя масляного промежутки и фиксирует максимальное значение напряжения. По результатам серии измерений прибор вычисляет среднее значение пробивного напряжения трансформаторного масла.

Выполняют измерение межфазного натяжения трансформаторного масла на границе с водой, для чего устанавливают пробоотборник с пробой масла в тензиометр 2. Вводят иглу тензиометра в пробоотборник с пробой масла и запускают на тензиометре автоматическую программу дозированной подачи воды в масло. Тензиометр по результатам измерения объема капель воды, образующихся в масле при дозированной подаче, вычисляет межфазное натяжение масла.

Выполняют измерение диэлектрических потерь трансформаторного масла, для чего из пробоотборника с пробой масла выливают требуемый объем масла в измерительную ячейку прибора 3. Запускают на приборе автоматическую программу измерения диэлектрических потерь. Прибор по результатам измерения напряжения переменного тока, приложенного к измерительной ячейке, температуры и электрической емкости пробы трансформаторного масла вычисляет тангенс угла диэлектрических потерь масла.

После того, как все измерения и испытания контрольно-измерительным оборудованием мобильной лаборатории проведены, запускают на персональном компьютере 7 ПО для сбора (приема) от контрольно-измерительного оборудования мобильной лаборатории результатов оперативного обследования ВВО. Передают с использованием модуля 8 сбора и передачи данных результаты оперативного обследования ВВО в локальную базу данных (на персональном компьютере) предусмотренными в заявляемой мобильной лаборатории способами (фиг. 1): по локальной сети, по wi-fi, вручную. ПО обеспечивает хранение данных результатов измерений и испытаний в локальной базе, а также возможность передачи результатов измерений и испытаний из мобильной лаборатории в центр сбора данных и формирование протоколов по результатам измерений и испытаний.

Результаты оперативного обследования ВВО могут быть переданы в центр сбора данных по беспроводным каналам с использованием внешней антенны 9 и (или) можно сформировать протоколы измерений и испытаний в соответствии с шаблонами, заданными в ПО для каждого вида обследования и каждого вида ВВО.

Таким образом, расширение функциональных возможностей измерения и контроля показателей качества масла ВВО (при оптимальном перечне контрольно-измерительных приборов в ограниченном объеме мобильной лаборатории, автоматизированном сборе и возможности беспроводной передачи результатов обследования в удаленный центр сбора данных) обеспечивает повышение достоверности оценки технического состояния и диагностирования ВВО (по результатам измерений и испытаний на месте эксплуатации без его вывода из работы) и оперативности принятия управляющих воздействий на ВВО.

Изобретение относится к мобильной физико-химической лаборатории. Мобильная физико-химическая лаборатория содержит автомобиль-носитель с кабиной и фургоном, разделенным перегородкой на транспортный отсек и лабораторный отсек, в котором находится автоматизированное рабочее место оператора с компьютером (7) и размещены и закреплены измеритель влагосодержания и газосодержания трансформаторного масла, измеритель диэлектрических потерь масла, соединительные кабели и газовые магистрали для соединения составных частей контрольно-измерительного оборудования между собой в соответствии со схемой проведения контроля. Контрольно-измерительное оборудование размещено в закрепленных на полу и за стенки фургона автомобиля тумбах и на накрывающей их общей столешнице и дополнительно включает в себя измеритель (1) пробивного напряжения, тензиометр (2), модуль (8) сбора и передачи данных с выходом на антенну (9) и измеритель растворенных в трансформаторном масле компонентов, содержащий хроматограф (10), закрепленный на столешнице через демпфирующее устройство (17), выполненное в виде прямоугольной платформы из набора металлических пластин, соединенных между собой упругими элементами. Изобретение повышает достоверность оценки технического состояния и диагностирования высоковольтного оборудования. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Мобильная физико-химическая лаборатория, содержащая автомобиль-носитель с кабиной и фургоном, разделенным перегородкой на транспортный отсек и лабораторный отсек, в котором находится автоматизированное рабочее место оператора с компьютером и размещено и закреплено контрольно-измерительное оборудование для контроля влагосодержания и газосодержания трансформаторного масла, диэлектрических потерь масла, соединительные кабели и газовые магистрали для соединения составных частей контрольно-измерительного оборудования между собой в соответствии со схемой проведения контроля, отличающаяся тем, что контрольно-измерительное оборудование размещено в закрепленных на полу и за стенки фургона автомобиля тумбах и на накрывающей их общей столешнице и дополнительно включает в себя измеритель пробивного напряжения, тензиометр и модуль сбора и передачи данных с выходом на антенну, при этом выходы тензиометра, измерителя диэлектрических потерь и измерителя растворенных в масле компонентов, включающего в себя хроматограф, подключены к входам модуля сбора и передачи данных, выход которого соединен с USB-портом компьютера, который через модуль сбора и передачи данных соединен с передающей антенной, хроматограф дополнительно включает в себя блок измерения фурановых производных и ионола, вход которого выполнен с возможностью ввода отобранной пробы, первый вход установленного на столешнице хроматографа соединен газовой магистралью с генератором водорода, газовые магистрали от баллона с газом-носителем проходят под столешницей сквозь перегородку между транспортным и лабораторным отсеками к входу фильтра каталитической очистки, другой вход которого соединен с компрессором воздуха, а выход соединен газовой магистралью со вторым входом хроматографа, при этом газовые магистрали закреплены на стенках фургона, а хроматограф снабжен демпфирующим устройством в виде платформы из металлических пластин, соединенных между собой упругими элементами, платформа нижней своей частью закреплена на столешнице, а верхней частью закреплена за основание хроматографа.

2. Лаборатория по п. 1, отличающаяся тем, что на верхней горизонтальной поверхности хроматографа по бокам выполнены горизонтальные выступы, за которые закреплены упругие стропы, другие концы которых закреплены на зацепах, выполненных по бокам на верхней части платформы и выходящих за ее габариты напротив выступов.

3. Лаборатория по п. 1, отличающаяся тем, что газовые магистрали, подсоединенные к первому и второму входам хроматографа, сформированы в виде витков.

4. Лаборатория по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит размещенные на верхних полках тепловизор и акустическую камеру, при этом в компьютере предусмотрена возможность подключения к их выходам посредством соединения Wi-Fi.