CN103562686A - 安装到变压器的温度井中的传感器 - Google Patents
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Abstract
一种传感器组件用于通过温度井测量隔离流体中的氢浓度,温度井具有管状部分,管状部分延伸到设备中,并且在其端部处具有可动阀。管状部分包括凸缘和附连到凸缘上的管状壳体部件,管状壳体部件的一端适于可伸缩地接收在温度井中。管状部分包括壳体,壳体的一端连接到管状壳体部件上,并且具有基本一致的横截面,其中,至少一个电线接收开口延伸通过壳体本体。盖封闭壳体本体的端部。密封件设置在管状壳体部件和温度井的管状部分之间。管状壳体部件足够长,使得当完全延伸到温度井中时,管状壳体使可动阀打开。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请是要求2011年3月31日提出的美国专利申请No.13/077,082的优先权的国际申请,其全部内容通过引用而全部结合在本文中。
技术领域
本发明涉及感测油中的氢。具体来说,其涉及用于感测电功率产生、传输和分配设备用油中的氢的装备。
背景技术
电力设备,特别是中压或高压电力设备,在其构件之间需要高等级的电隔离和热隔离。因此,众所周知地,将电力设备的构件(例如变压器的线圈)封装在容纳容器中且对容纳容器填充流体。流体促进构件产生的热的消散,并且流体可通过热交换器而循环,以高效地降低构件的运行温度。流体还可以作为构件之间的电隔离物或作为设置在构件周围的其它隔离形式(例如纤维素纸或其它隔离材料)的补充。任何具有需要的电性质和热性质的流体均可被使用。典型地,对电力设备填充油,例如蓖麻油、矿物油、或菜油、或合成“油”,例如氯化二苯或硅酮。
通常,电力设备用于关键任务环境中,其中由于关键系统断电造成的故障的代价可为昂贵的,或者甚至是灾难性的。另外,电力设备的故障通常导致许多对设备本身和周围设备的伤害,因此需要更换昂贵的设备。进一步地,这样的故障由于电击、火灾或爆炸可以对人造成伤害。因此,需要监测电力设备的状况,以通过检测初期故障来预测设备的潜在故障,以及通过修理和更换设备或调节设备的运行状况来进行补救行为。但是,填充了流体的电力设备的运行和性能固有地会随时间退化。故障和初期故障应该与正常的和可接受的退化区别开。
已知的监测填充了流体的电力设备的方法是监测流体的多种参数。例如,知道流体温度和流体中的可燃气体总量(TCG)表示填充了流体的电力设备的操作状态。因此,监测这些流体参数用于使变压器保持长寿命。例如,已经发现一氧化碳和二氧化碳的浓度随着电力设备中的纤维素隔离物的热老化和退化而升高。由于循环电流引起的热点和电介质击穿(例如电晕放电和飞弧)的原因,氢和多种碳氢化合物(以及其衍生物,例如乙炔和乙烯)的浓度会升高。氧和氮的浓度表示大型设备(例如变压器)中的气体增压系统的质量。因此,“溶解气体分析”(DGA)已经成为广泛接受的方法,用于识别填充了流体的电力设备中的初期故障,以使设备保持长寿命。
在传统的DGA方法中,一定量的流体通过排出阀从设备的容纳容器中移除。然后在实验室中或通过现场的设备对移除的流体进行溶解气体测试。该测试方法在这里称为“离线”DGA。因为气体是由多种已知故障(例如设备中的电力部件的隔离材料或其它部分的退化、线圈的圈间短路、过载、不良连接等等)产生的,所以已经发展了各种诊断理论,用于将流体中的各种气体的量与装有该流体的电力设备中的特定故障相关联。但是,因为传统的离线DGA方法需要从电力设备中移除流体,所以这些方法不能:1)产生与设备的任何故障相关的定位位置信息,2)解决设备中的气体的空间差异,以及3)提供与故障相关的实时数据。如果不在现场进行分析,则可能需要若干小时才能获得结果,在这样的时段里,设备的初期故障可能会发展成故障。
变压器的油中的氢气的测量引起兴趣是因为它表明变压器内过热和/或飞弧造成的油的击穿。变压器油冷却变压器并起到电介质作用。随着变压器油老化,油的电介质效果变得越来越差。变压器油中溶解的氢量的增加是变压器即将有故障的一种指示。
对于大型变压器,存在氢传感器,它们使用气相色谱法或光-声波谱法来确定变压器油内的氢气量。这种装置非常昂贵,对于较小的变压器,这样的花费被证明是不合理的。如果有做此事的低成本的方法可用,则可监测许多较旧的小型的变压器。
通用电气公司(General Electric Company)制造的低成本气体监测器HydranTMM2已经投入使用。然而,该气体监测器仅感测可燃气体,然后使用公式来估计气体中通常多少为氢,以及其它气体有多少。
Tim Cargol在2005年圣安东尼奥举行的第四届Weidmann-ACTI技术年会上发表了文章“Overview of Online Oil MonitoringTechnologies”(油的在线监测技术综述),该文章提出了油的气体测量技术的讨论,包括氢的测量。
刊物“Gases and Technology(气体和技术)”在2006年的7月/8月期的文章“Palladium Nanoparticle Hydrogen Sensor(钯纳米颗粒氢传感器)”中第18-21页公开了钯氢传感器。钯传感器还公开在美国专利公开中:Visel等人的US2007/0125153、Pavlovsky的US2007/0068493和Ng等人的US2004/0261500。美国专利申请No.2010/007828公开了用于变压器的氢传感器。
需要有一种确定油(例如电功率产生、传输和分配设备特别是变压器中的油)中氢气含量的低成本的方法。特别需要一种方法和装备以将氢传感器安装到电功率产生、传输和分配设备上,其不需要使设备停机,并且优选地使用设备中的现有的配件或端口,而不需要在设备的壳体中开新的开口。特别有益的将是提供一种方法和装备,以使用用于压力传感器(特别是压力快速升高传感器)的端口将氢传感器附连到变压器等上。
发明内容
本发明提供了一种用于传感器的传感器组件,其具有半导体元件,半导体元件用于测量具有温度井的电功率产生、传输和分配设备中的隔离流体中的氢浓度,温度井具有延伸到设备中的管状部分,从而提供通往设备的内部的通路,温度井在管状部分的端部处具有可动阀。管状部分包括第一凸缘和附连到第一凸缘上的管状壳体部件,管状壳体部件的一端适合于可伸缩地接收在温度井中。该管状部分进一步包括壳体本体,壳体本体的一端连接到管状壳体部件上,并且具有从管状壳体部件延伸的基本一致的横截面,其中至少一个电线接收开口延伸通过壳体本体。管状部分还包括封闭壳体本体的在所述一端的远侧的端部的盖,以及第一密封件,第一密封件设置在管状壳体部件和温度井的管状部分之间,以阻挡壳体部件和温度井之间的空间中的隔离流体流,其中所述管状壳体部件足够长,使得当完全延伸到温度井中时,管状壳体使可动阀打开。
附图说明
附图1是变压器的视图,其表示用于附连传感器的可能位置。
附图2是传感器和其安装件的分解视图。
附图3是安装在变压器上的传感器的横截面图。
具体实施方式
本发明提供了许多优于现有装备的优点。本发明比其它氢感测装置体积小、易安装和成本低。该装置精确并可容易地改装到现有的变压器或发动机上。该装置提供非常精确的氢传感器,其具有实时结果,因为不需要移除流体。该装置允许更换传感器,而无需为油离开容器而提供大的开口。本发明的传感器利用众所周知且可购买得到的仪器控制器。上述和其它的优点将从以下描述中得以呈现。
本发明使得容易将氢传感器改装到变压器上,因为变压器壳体中已经存在开口。并且与需要在变压器上安装新的入口的情况下相比,其成本较低。进一步地,本发明的装置需要低维护,并且将在较高温度(例如120℃)下工作。
图1中示出变压器10。变压器10设有释压装置14和16。变压器10被部分剖开,以显示线圈18。变压器10具有温度计24。温度计26测量变压器的油温。管道终端28连接到从释压装置14引出的溢出管道上。光纤入口32提供了线圈温度的直接读数。当需要时,冷却塔34用于通过使用风扇36进行冷却来调整变压器中的油温。排出阀38用于排出油进行更换或保护测试样品。机电式温度计42感测变压器的油温。IED智能电子装置44控制感测装置,并且提供感测到的信息的读数。当需要时,它可进一步控制反应器的冷却。还在变压器上提供快速升压继电器46。可以在位置48处提供流量计(未示出)。多种温度和压力传感器、释压装置、排出管和流量计可以提供氢传感器的安装区域。
图2和图3显示了本发明的传感器组件60,以优选形式,其具有测量电功率产生、传输和分配设备中的隔离流体中的氢浓度的半导体元件。设备104具有温度井,温度井具有管状部分62,管状部分62延伸到电力设备104中,从而通过孔口106提供通往设备的内部的通路。温度井在管状部分62的端部处具有可动阀76。使用术语温度井作为优选装置,其在温度传感器的位置上。然而,本发明的传感器装备60可以放置在变压器上的存在通过延伸到变压器流体中的管状部分的通路的任何位置。传感器组件的温度井70包括第一凸缘64和附连到第一凸缘上的管状壳体部件68,管状壳体部件的一端77适合于可伸缩地接收在温度井70中。壳体本体72的一端连接到管状壳体部件68上,并且具有从壳体本体72延伸的基本一致的横截面73。存在开口74,以便至少一个电线从传感器组件60延伸。在管状部分62的远端上存在盖76。盖76位于在变压器或其它电力装置内。当壳体本体72从变压器移除时,盖76防止泄漏。第一密封件78设置在管状壳体部件温度井70和温度井70的管状部分62之间,以在管状部分77插入管状部分62中时,阻挡壳体部件72和温度井70之间的空间中的隔离流体流。壳体部件72的管状部分77足够长,使得当完全延伸到温度井中时,管状壳体使可动阀76打开。壳体77具有带螺纹部分84,这允许其旋入温度井70的部分106中。壳体77的带螺纹部分84也包含至少一个密封件88。
当管状壳体部件77完全延伸到温度井70中时,密封部件78定位成与管状部件77和带螺纹部分84两者接合。如附图3所示,当完全延伸到温度井中时,管状部件77突出超过管状延伸部62的端部,并且打开盖76。传感器组件设计成使得当其完全延伸到温度井中时,管状部件突出到使得它不会与设备的带电部件相互作用的点。管状部分77和管状壳体62都具有大体圆形的横截面。温度井70设有排泄阀92,其延伸到存在流体的区域96中。排泄阀包括帽94和本体98。其旋入孔102中,并且在需要时可用于对流体采样,以进行测量。
传感器组件可以从温度井上移除而在抽出该组件时没有严重的泄漏。虽然使用了术语温度井,但是其意味着管状壳体可以用于不同传感器。这应当包括用于温度、压力、氢、二氧化碳和其它可能存在于电力设备的冷却油中的材料的传感器。该装备如公开的那样将允许使用同一孔进入变压器中,以通过改变传感装备的类型来感测不同东西。例如,氢传感器可以用于感测电力设备油中氢的量,并且然后压力测量探头可以放入同一孔中以测量压力,以计算氢的精确含量。氢探头还与其它传感器结合是可行的。在一个优选实施例中,氢探头还与温度传感器结合,以便用一个探头测量温度和氢。
本发明的传感器组件可以用于变压器或其它电力装置的存在通过壁的孔口的任何部分中。这样的位置在存在机电温度计和存在释压阀处包括快速升压继电器、载荷抽头变换器、排出阀。优选位置是放置温度传感器的地方,因为它们如本文示出的那样被安装在管状井中。
含有钯的氢传感器和用于传感器的控制器都是本领域公知的。这样的传感器公开在如下的美国专利申请公开中:Visel等人的US2007/0125153和Pavlovsky的US2007/0240491,它们都以引用的方式结合在本文中。刊物“Gases and Technology(气体和技术)”的2006年7月/8月的期中于出了I.Pavlovsky的文章“Palladium NanoparticleHydrogen Sensor(钯纳米颗粒氢传感器)”,该文也含有关于氢传感器和它们的使用方法和装备的描述。本发明的这些优选传感器中所用的钯纳米颗粒固有地对氢敏感,并且基于钯纳米颗粒网络的传感器在存在有其它气体时不会产生错误报警。这使得它们特别适于用于本发明的装置中,因为在感测氢时,可能存在其它的气体。其它的氢传感器和它们的控制器公开在如下的美国专利公开中:Pavlovsky的US2007/0068493和Pavlovsky等人的US2007/0240491,这两个专利公开也通过引用而结合在本文中。本发明的优选的氢传感器是基于半导体钯的氢传感器,因为其给出精确读数,并且能经得起变压器的环境。
本发明特别参考当前优选的实施例进行详细描述,但是将理解,可在本发明的精神和范围内实现变型和修改。目前公开的实施例因此在所有方面都被认为是说明性的而非限定性的。本发明的范围由所附的权利要求指示,并且落在其等效方案的含义和范围内的所有变化都包含在其中。
Claims (6)
1.一种用于传感器的传感器组件,其具有半导体元件,所述半导体元件用于测量具有温度井的电功率产生、传输和分配设备中的隔离流体中的氢浓度,所述温度井具有管状部分,所述管状部分延伸到所述设备中,从而提供通往所述设备的内部的通路,所述温度井在其管状部分的端部处具有可动阀,所述传感器组件包括:
(a)第一凸缘;
(b)附连到所述第一凸缘上的管状壳体部件,其一端适于可伸缩地接收在所述温度井中;
(c)壳体本体,其一端连接到所述管状壳体部件上,并且具有从所述管状壳体部件延伸的基本一致的横截面;
至少一个电线接收开口延伸通过所述壳体本体;
(d)封闭所述壳体本体在所述一端远侧的端部的盖;
(e)设置在所述管状壳体部件和所述温度井的管状部分之间的第一密封件,其用于阻挡所述壳体部件和所述温度井之间的空间中的隔离流体流;
所述管状壳体部件足够长,使得当完全延伸到所述温度井中时,所述管状壳体使所述可动阀打开。
2.根据权利要求1的传感器组件,其特征在于,在所述管状壳体部件完全延伸到所述温度井中的情况下,所述密封部件定位成与所述管状部件和管状延伸部两者接合。
3.根据权利要求1的传感器组件,其特征在于,在所述管状壳体部件完全延伸到所述温度井中的情况下,所述管状部件突出超过所述管状延伸部的端部。
4.根据权利要求3的传感器组件,其特征在于,在所述管状壳体部件完全延伸到所述温度井中的情况下,所述管状部件突出到使得它不会与所述设备的带电构件相互作用的点。
5.根据权利要求3的传感器组件,其特征在于,所述管状部分和所述管状壳体部件各自具有大体圆形的横截面。
6.根据权利要求1的传感器组件,其中,所述温度井设有采样和排泄阀。
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Application publication date: 20140205 |