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智能式压力液位计在胶囊储油柜中的设计应用

储油柜是变压器组件中重要部件, 其作用是补偿绝缘油因温度变化而产生的体积膨胀或收缩, 保证充油设备本体内一直充满油。胶囊储油柜是在储油柜内安装一密闭的、能承受较高压力的胶囊, 通过胶囊将绝缘油与外界空气隔开, 并通过吸湿器阻止水蒸气进入胶囊。运行中胶囊在油中, 随着油面上升或者下降进行吸气或排气, 以此自动平衡胶囊内外两侧压力, 保证变压器本体内一直充满绝缘油。胶囊储油柜正常运行可为变压器运行提供安全保障。
随着胶囊储油柜的用量增多, 客户经常反应胶囊储油柜实际油位与指针示不一致, 出现虚假油位的现象。本文将智能式压力液位计成功应用到储油柜中, 并模拟运行进行验证, 有效解决了虚假油位问题。
1 产生虚假油位问题的研究
针对虚假油位问题, 笔者做了大量调查研究。胶囊储油柜结构示意如图1所示。
                    
1-储油柜;2-胶囊;3-阀门Ⅰ;4-阀门Ⅱ;5-放气塞;6-油位表;7-注油管阀门;8-压力式液位计。
经研究, 笔者认定造成储油柜油位不准的主要原因有以下几个方面。
(1) 从设计角度考虑, 储油柜胶囊直径设计尺寸比储油柜内径大, 胶囊折皱将油位计浮子包裹起来, 造成油位计指示不准, 不能反映实际油位。
(2) 在安装过程中储油柜内壁处理不干净, 有异物将油位计旋转机构卡死, 导致失灵。当油位不足或者油位过高时, 指针没有变化, 不能反映实际油位, 造成假油位。
(3) 注油时储油柜柜体内空气未完全排出, 在温度变化时, 空气体积发生变化, 引起油位指示不准确。
2 新型压力式液位计特点
通过大量调查和研究, 查清了虚假油位的成因。针对这些问题, 笔者在储油柜注放油口增加1个智能压力式液位计, 即图1中8处。储油柜内变压器油随温度变化引起油量变化, 进而影响到储油柜内压力的变化。这种压力式液位计能用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度、压力, 然后将其转变成4~20mA直流电流信号输出。也可与手持终端或RSM100Modem相互通信, 通过它们进行参数设定、过程监控等。将此压力液位表的4~20mA直流电流信号接入到单回路数字显示仪中, 显示仪就可以实现远程显示, 设置参数将储油柜油位转化为数字0~10显示。同时可以设置高低油报警信号输出并接入计算机的RS-485数据传输接口。
3 机械式油位计与压力式液位计的液位分析
3.1 指针式机械油位计高度计算
储油柜截面如图2所示, 储油柜中油位高度为H时, 储油柜中油的截面积为:
式 (1) 中:S———油位高度为H时油的截面积, mm2;
R———储油柜的半径, mm;
H———储油柜中的油位高度, mm。
液面高度的变化, 会引起指针式油位计油位视数的变化, H值直接对应到油位指针位置。
3.2 智能压力式液位计压力值计算
储油柜中油位高度为H时, 对于静止储油柜中油的压力值为:
式 (2) 中:P———油位高度为H时油的压力, pa;
ρ———对应储油柜中油的密度, kg/m3;
g———地心引力, N/kg;
H———储油柜中的油位高度, m。
由于液体内部同一深度处向各个方向的压强都相等, 所以只要算出液体竖直向下的压强, 也就同时知道了在这一深度处液体向各个方向的压强。深度是指点到自由液面的距离, 液体的压强与深度和液体的密度有关, 与液体的质量无关。
液面高度的变化, 引起压力式液位表的变化, 从而准确的得出储油柜内H的数值。H值通过数显表直接显示出来, 就可以直观准确地读取数值。
4 新型压力式液位计的优点
(1) 准确反映储油柜油位。此新型压力式液位计检测的是储油柜内部压力的变化, 不会受胶囊折皱将机械油位计浮子包裹起来影响, 避免了机械油位计指示不准。
(2) 具有远程监控特点。数字显示仪能实现中控室内数字观测, 方便直观。同时设置了高低油位报警, 可及时发现储油柜油位问题。
(3) 具有通信网络功能。可以通过RS-485数据传输接口接入计算机, 实现计算机远端控制。
5 结束语
通过模拟运行, 证明了新型智能式压力液位计在变压器运行中能真实地反映储油柜内部的油位变化,这样一来就避免了出现虚假油位的问题, 提高了变压器运行过程中的安全性。

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