[發明專利]用于從液體提取氣體的設備和方法

有效

• 申請號: 200980122124.4
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN102065969A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 史蒂文·馬奧尼;托馬斯·沃特斯
• 申請（專利權）人: 塞維隆公司
• 主分類號: B01D19/00
• 分類號: B01D19/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

技術領域

本發明涉及用于從液體提取溶解的氣體的設備和方法，更加具體地，本發明涉及一種用于提取溶解在電絕緣油中的氣體的設備。

背景技術

電力工業很多年來已經認識到，油和其他絕緣材料在油絕緣電氣設備內的熱解能夠導致多種“故障氣體”的產生。在例如充油變壓器(油枕和氣墊這兩種類型)、帶負載抽頭變換開關、變壓器繞組、套管等裝備中發生這些現象。故障氣體的存在可能是裝備狀態的一種量度。因此，在電氣設備中存在具體故障氣體的檢測和那些氣體的定量能夠是預防性維護程序的一個重要部分。

故障氣體在帶有油枕的油墊變壓器和其他實用產品中的存在已經良好地記載了與變壓器的性能和操作安全性有關的示意。存在相當多的、將氣體的存在與特定的、得以識別的變壓器狀態和故障相關聯的可用知識。因此，作為增強性能并且同時減輕裝備上的磨損和撕裂并且由此減小維護成本和停機時間的手段，監視電氣裝備中的電介質流體的狀態是有益的。因此，與特定故障氣體在變壓器油中的存在與否有關的信息能夠在變壓器的操作中使得效率大大地增加。

例如，已知在變壓器油中存在特定故障氣體能夠示意變壓器故障，例如電弧放電、局部或者電暈放電。這些狀態能夠引起礦物變壓器油分解，從而除了一些更高分子量的氣體(例如乙烯和乙炔)之外，還產生較大數量的低分子量碳氫化合物，例如甲烷。這種化合物是高度揮發性的，并且在一些情形中它們可以在較高壓力下在變壓器中積聚。這是引起災難的原因。如果未被檢測到或者未被糾正，則裝備故障能夠導致增加的劣化率，并且甚至導致變壓器的災變性爆炸。對于電力工業而言，不僅在停機時間和更換裝備的成本方面，而且還在與喪失的電力傳輸相關聯的成本方面，變壓器故障是相對昂貴的事件。在另一方面，通過密切地監視在變壓器油中的溶解的氣體，用于給定變壓器的最有效率的操作條件能夠得到主動地監視，并且變壓器負載可以在它的最佳峰值下或者在靠近它的最佳峰值下運行。而且，當檢測到危險的操作狀態時，能夠離線地取下變壓器，以進行維護。

不管已知的、對于用于監視油中的氣體的可靠裝備的需要，由于各種原因，設計滿足現場條件的嚴格性的裝備也已經是引起問題的。即，在本技術領域中已知多種方案。例如，用于對變壓器油進行除氣的機械/真空和隔膜式提取方法和設備是眾所周知的，如由美國專利號5,659,126示例地那樣。該專利公開了一種在電氣變壓器中對頂部空間氣體采樣、根據依賴于溫度和壓力的氣相配分函數分析這種氣體并且基于所得到的分析預測特定變壓器的故障的方法。

在美國專利號4,112,737中公開了一種用于從變壓器油提取氣體的、依賴于隔膜管的氣體提取設備的示例。該專利描繪了在變壓器殼體中被直接地插入變壓器油中的多個中空隔膜纖維。用于隔膜的材料是油不能滲透的，但是在油中溶解的氣體可通過隔膜滲透到纖維的中空內部中。便攜式分析器械例如氣相色譜儀暫時地連接到探頭，從而測試樣本被從提取探頭清掃到分析器械中，以進行分析。

雖然這些器械已經提供了益處，但是對于研發用于變壓器油中的故障氣體的提取、監視和分析的可靠的設備而言，仍然存在多個實際問題。這些問題中的很多問題涉及設計可靠的流體傳送系統，該系統是足夠冗余的，用以提供相對不需維護的單元。因為變壓器經常位于極其惡劣的環境條件中，所以流體傳送問題被放大。考慮到可靠地分析氣體所需要的儀器是復雜的分析儀器，這種情況是特別存在的。描述這些工程挑戰的困難的兩項專利是由本發明的受讓人所擁有的美國專利No.6,391,096和6,365,105，并且這兩個專利通過引用在這里并入本文。這兩項專利不僅示意所需流體傳送系統的復雜性，而且還示意已經被證明為非常可靠的方案。

在分析過程中的最關鍵點之一是提取設備，在這里氣體實際上與電絕緣油分離。雖然存在用于完成這個任務的幾種已知的設備，但是經驗已經表明，提取器是能夠發生故障的一個點。換句話說，提取裝置迄今已經比所期的更加脆弱并且不能充分地經受在現場應用中常規性地遭遇的極端條件。結果，添加了另外的支持裝備或者操作約束，以補償性能缺點并且保護提取技術，這顯著地增加了成本。盡管關于提取裝置的技術方案存在進步，特別地在美國專利No.6,391,096和6,365,105中描述的那些，但是對于提取器存在需要，該提取器不被監視地在相當長的時間中在所有條件下都是可靠的并且準確地工作。

發明內容