一種基于空心光子晶體光纖的變壓器油氣分離裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于變壓器油中溶解氣體油中混合氣體分離和檢測技術范圍，特別涉及一種基于空心光子晶體光纖的變壓器油氣分離裝置。
【背景技術】
[0002]對變壓器油中氣體的檢測分析是對變壓器運行狀態(tài)進行判斷的重要監(jiān)測手段，變壓器在運行中由于種種原因產(chǎn)生的內(nèi)部故障，如局部過熱、放電、絕緣紙老化等都會導致絕緣劣化并產(chǎn)生一定量的氣體溶解于油中，不同的故障引起油分解所產(chǎn)生的氣體組分也不盡相同，從而可通過分析油中氣體組分的種類和含量來判斷變壓器的內(nèi)部故障或潛伏性故障。對變壓器油中溶解氣體采用在線監(jiān)測方法，能準確地反映變壓器的主要狀況，使管理人員能隨時掌握各站主變的運行狀態(tài)，以便及時作出決策，預防事故的發(fā)生。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測的關鍵技術包括油氣分離技術、混合氣體檢測技術。
[0003]目前，國內(nèi)外都沒有直接檢測變壓器油中溶解氣體含量的技術，無論是離線還是在線檢測，必須將由故障產(chǎn)生的氣體從變壓器油中脫出，再進行測量，從變壓器油中脫出故障特征氣體是快速檢測、準確計量的關鍵和必要前提。
[0004]離線檢測的脫氣方法主要是使用溶解平衡法(機械振蕩法)和真空法(變徑活塞泵全脫法)。這兩種方法存在結構復雜、操作手續(xù)繁多、動態(tài)氣密性保持差等問題，難以實現(xiàn)在線化。在線油氣分離的方法目前主要有薄膜/毛細管透氣法、真空脫氣法、動態(tài)頂空脫氣法及血液透析裝置等方法。
[0005]1.薄膜/毛細管透氣法，某些聚合薄膜具有僅讓氣體透過而不讓液體通過的性質(zhì)，適宜于在連續(xù)監(jiān)測的情況下，從變壓器絕緣油中脫出溶解氣體。在氣室的進口處，安裝了高分子膜，膜的一側是變壓器油，另一側是氣室。油中溶解的氣體能透過膜自動地滲透到另一側的氣室中。同時，已滲透過去的自由氣體也會透過薄膜重新溶解于油中。在一定的溫度下，經(jīng)過一定時間后(通常需要經(jīng)過幾十小時)可達到動態(tài)平衡。達到平衡時，氣室中給定的某種氣體的含量保持不變并與溶解在油中的這種氣體的含量成正比。通過計算即可得出溶解于油中的某種氣體含量。這種方法的缺點是脫氣速度緩慢，不適宜應用在便攜式裝置中進行快速的現(xiàn)場測量。另外，油中含有的雜質(zhì)及污垢不可避免地會使薄膜逐漸堵塞，因而需要經(jīng)常更換薄膜。目前國內(nèi)外普遍選用聚四氟乙烯膜作為油中溶解氣體在線監(jiān)測的透氣膜，常規(guī)聚四氟乙烯膜滲透6種氣體(H2、⑶、CH4、C2H2、C2H4X2H6)需要100h。日立公司采用PFA膜，又稱四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物，PFA膜對6種氣體滲透性能較好，滲透6種氣體組分所需時間為80h。上海交大采用帶微孔的聚四氟乙烯膜，最優(yōu)厚度為0.18mm，最優(yōu)孔徑為8?10 μ m，透氣性能優(yōu)于PFA膜，滲透6種氣體組分所需時間為24h。加拿大Morgan Schaffer公司使用聚四氟乙稀尼龍管束，滲透6種氣體組分所需時間為4h。Hydren公司采用聚四氟乙稀及氟化乙丙稀。
[0006]2.真空脫氣法，真空脫氣法包括波紋管法和真空泵脫氣法。
[0007]波紋管法是利用電動機帶動波紋管反復壓縮，多次抽真空，將油中溶解氣體抽出。日本三菱株式會社就是利用波紋管法開發(fā)了一種變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置。
[0008]真空泵脫氣法是利用常規(guī)色譜分析中應用的真空脫氣原理進行脫氣。河南中分儀器推出的色譜在線監(jiān)測儀采用吹掃-捕集的方式脫出氣體，脫氣率大于97%。
[0009]3.動態(tài)頂空脫氣法，該方法在脫氣的過程中，采樣瓶內(nèi)的攪拌子不停地旋轉，攪動油樣脫氣；析出的氣體經(jīng)過檢測裝置后返回采樣瓶的油樣中。在這個過程中，間隔測量氣樣的濃度，當前后測量的值一致時，認為脫氣完畢。該方法脫氣效率介于薄膜透氣及真空脫氣之間，重復性較好，有相當高的測量一致性。因此，逐漸被承認并廣泛采用。
[0010]4.現(xiàn)有技術的缺點，當前主要采用的油氣分離方法主要是高分子半透膜、真空脫氣和頂空脫氣的三種方法，這幾種方法均有自己的缺點，具體表現(xiàn)在:
[0011]①對于已有的高分子半透膜，無論是監(jiān)測單組分氣體還是全組分氣體的在線監(jiān)測系統(tǒng)都需要利用半透膜將油中故障氣體分離出來，并且至少需要1-2天的時間才能使得氣室內(nèi)的氣體與油中氣體達到平衡，時間非常長，還是不能實現(xiàn)完全意義上的在線監(jiān)測。
[0012]②真空脫氣法和頂空脫氣法均需要利用機械泵對油樣進行機械處理，需要將油樣引出到變壓器腔體外，雖然能夠較快地實現(xiàn)油氣分離，但是機械結構復雜，需要額外的油氣分離操作，長期可靠性不高，不利于變壓器的在線監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是提出一種基于空心光子晶體光纖的變壓器油中油氣分離裝置，其特征在于，該裝置采用空心光子晶體光纖做為氣室，大幅縮小氣室體積，使傳感器能夠內(nèi)植于變壓器中；其中，空心光子晶體光纖的表面沿軸向鉆一排孔；并且由單根空心光子晶體光纖構成故障氣體的氣室，用作完成氣體光譜吸收過程的場所；由與空心光子晶體光纖直徑相同或者接近的單模或者多模的普通實心光纖連接于空心光子晶體光纖的兩端，構成低損地約束光路傳輸路徑；在空心光子晶體光纖和實心光纖的一個連接端采用直接熔接進行連接；另一個連接端利用無機陶瓷管套在普通實心光纖和空心光子晶體光纖連接處外面進行機械對準；實現(xiàn)了空心光子晶體表面鉆孔技術和連接處無機薄膜滲透分離技術，提高油氣分離的效率，減少油氣分離所需的時間。
[0014]所述直接熔接是利用熔接機將單模光纖和空心光子晶體光纖進行熔接，熔接損耗不高于3dB。
[0015]所述機械對準是利用無機陶瓷管對普通實心光纖和空心光子晶體光纖連接處進行對準，保證傳輸損耗不高于5dB。
[0016]所述空心光子晶體光纖的表面進行鉆孔是采用飛秒激光器或者準分子激光器進行的。
[0017]所述空心光子晶體光纖的表面沿軸向鉆一排孔是沿著空心光子晶體光纖上同一條直線的方向進行鉆孔，同一根空心光子晶體光纖的孔等間距排布于空心光子晶體光纖表面，相鄰兩個孔距之間不低于0.5cm，每個孔的直徑不高于200nm ;其中，孔的深度需達到不含涂覆層厚度為63 ± I μ m，既要形成連貫的進氣通道，又不能打穿空心光子晶體光纖，進而不影響光纖的韌度和光路的傳輸。
[0018]所述空心光子晶體光纖的中間空心區(qū)域中光強不低于90%。
[0019]所述的無機陶瓷連接處采用玻璃焊料與光纖進行無膠化封裝:所用的陶瓷管連接端能夠承壓0.1?IMPa且不發(fā)生漏氣漏油。
[0020]本發(fā)明有意效果是提出一種基于空心光子晶體光纖的變壓器油中油氣分離裝置，克服現(xiàn)有油氣分離手段中存在的平衡時間長、分離結構復雜、不便于內(nèi)置等缺陷，滿足了電力變壓器內(nèi)部油中溶解氣體在線實時監(jiān)測的特殊要求。具體而言，本發(fā)明中，空心光子晶體光纖本身作為氣室，可大幅縮小氣室體積，使傳感器可以內(nèi)植于變壓器中，與變壓器油充分接觸，油氣分離過程得以簡化，可降低氣體響應時間，光程較長，能夠有效提高測量的精度。另外，所用無機陶瓷管用于光路的機械支撐，陶瓷薄膜也有利于實現(xiàn)在線的實時監(jiān)測Γ薄膜透氣，確保光路的可靠傳輸、檢測和促進氣體平衡、滲透效果。相比于有機高分子膜，無機膜具有耐高溫、耐微生物、化學穩(wěn)定性好、機械強度高、易清洗再生和孔徑分布集中等優(yōu)點；由于采用的是光學氣體監(jiān)測，可連續(xù)多次對氣體進行測量，不需要載氣和標氣，不消耗油中溶解氣體；因此本發(fā)明具有實時性好、可靠性高、免標定、免載氣、測量精度高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0021]圖1為基于空心光子晶體光纖的變壓器油中油氣分離裝置結構示意圖。
[0022]圖2為空心光子晶體光纖鉆孔布置示意圖。
[0023]圖3為無機陶瓷管連接結構示意圖。
[0024]圖4為連接處放大示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明提出基于空心光子晶體光纖的變壓器油中油氣分離裝置:該裝置采用空心光子晶體光纖做為氣室，大幅縮小氣室體積，使傳感器能夠內(nèi)植于變壓器中；
[0026]下面從裝置的整體設計和關鍵環(huán)節(jié)進行詳細說明:
[0027](I)油氣分離裝置的設計
[0028]本發(fā)明所提出的基于空心光子晶體光纖和無機陶瓷