CN103649710B - 用于检测储油器内的水或油泄漏的光学传感器结构 - Google Patents
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Abstract
光学传感器结构感测密封储油罐内出现的液体。该传感器结构包括具有带第一和第二相对末端的主体的传感器头，通过主体并且在第一和第二末端之间间隔开来的多个穿孔，以及设置在第二末端处的镜面。穿孔被构造和布置为接收液体并将液体保持在其中。传感器头被构造并布置为位于气囊表面。传感器结构包括光源、光源和主体的第一末端之间的第一光纤线缆、光检测器、以及光检测器和主体的第一末端之间的第二光纤线缆。当液体而非气体处于主体中的至少一些穿孔之中时，光检测器所接收到的光的数量有所减少。
Description
技术领域
本发明涉及变压器，尤其涉及具有带气囊或薄膜的储油器油保存系统（COPS）的变压器，其中在气囊上提供传感器以检测气囊顶端的水分和/或气囊的故障。
背景技术
在油保存型系统中，合成橡胶气囊被铺在储油罐中的油表面上以使得绝缘油与外界空气完全隔离。气囊形状根据油的膨胀和收缩而变化，将气囊中的压力保持在大气压力。由于气囊使得油与大气完全隔离，所以在气囊没有故障的情况下，氧气或水分不可能渗入油中。储油罐中的水的积聚会污染油或者甚至会在认为气囊正确操作的情况下导致有关油面指示的混乱。
由于储油罐被密封，所以难以访问罐体内部以确保气囊正确工作而使得油与空气隔离。因此，需要提供与气囊相关联的传感器来检测储油罐内的气囊顶端出现的任何水分或油。
发明内容
本发明的目标是满足以上所提到的需求。依据本发明的原则，该目标通过提供一种用于感测密封储油罐中出现的液体的光学传感器结构而实现。该罐包括将油与空气隔离的气囊。该气囊具有暴露于空气的第一表面以及暴露于油的相对的第二表面。传感器结构包括具有带第一和第二相对末端的主体的传感器头，通过主体并且在第一和第二末端之间间隔开来的多个穿孔，以及设置在第二末端处的镜面。穿孔被构造和布置为接收液体并将其保持在其中。传感器头被构造并布置为位于气囊表面。传感器结构包括光源、光源和主体的第一末端之间的第一光纤线缆、光检测器以及光检测器和主体的第一末端之间的第二光纤线缆。其中，当光源通过第一光纤线缆并且向穿孔主体提供光时，光从镜面反射并且被第二光纤线缆和光检测器所接收。当液体而非气体处于主体中的至少一些穿孔之中时，光检测器所接收到的光数量有所减少。
依据本发明的又一个方面，一种方法检测设置在用于变压器的油保存型系统的储油罐中的气囊的空气一侧上出现的液体。气囊将油与空气隔离并且具有暴露于空气的第一表面以及暴露于油的相对的第二表面。该方法将光学传感器头置于气囊的第一表面上。向传感器头提供光源。通过检测到离开传感器头的一定光量而确定没有液体与传感器头相接触的正常状况。通过检测到离开传感器头的光的数量少于所述一定光量而确定液体与传感器头相接触的故障状况。
在参考全部形成此说明书的一部分的附图而考虑以下详细描述和所附权利要求时，本发明的其它目标、特征和特性以及该结构的相关部件的操作方法和功能，部件组合和制造品的经济性将变得更清楚。
附图说明
本发明将通过结合附图而对其优选实施例的以下详细描述而被更好地理解，图中同样的附图标记指示同样的部件，其中：
图1是依据本发明的与变压器罐流体耦合的储油罐的示意图，其中在储油罐中的气囊上提供光学传感器结构。
图2是图1的传感器结构的放大视图。
具体实施方式
参考图1，变压器油保存型系统包括变压器罐12，其填充以绝缘油14以使得其中的诸如分接头转换开关（未示出）之类的内部组件绝缘。储油罐结构总体以15所指示，其包括经由管线18与变压器罐12流体连接的储油罐16。巴克霍尔茨（Buchholz）继电器22以常规方式提供在管线18之中。充气气囊20被铺在储油罐16中的油14的表面上以使得绝缘油与外界的干燥空气24完全隔离。因此，气囊20具有暴露于干燥空气24的第一表面26以及与油14相接触或处于其上方的相对的第二表面28。如这里所使用的，“气囊”可以是空气室、薄膜、橡胶袋或者能够包含空气并改变形状的任意其它结构。以常规方式，气囊20的形状根据油14的膨胀和收缩而变化，将气囊20中的压力保持在大气压力。
依据该实施例，为了检测由于故障、撕裂、破裂、渗透等而出现已经通过气囊20泄漏的水和/或油，在气囊的第一或上表面26上提供通常以30指示的光学传感器结构。
如图2所最佳示出的，当没有会阻挡光束的自由行程的水分或绝缘油时，传感器结构30检测从传感器头32所反射的光。传感器结构30包括作为光源的简单发光二极管（LED）34，其优选地在变压器控制柜而位于罐体16之外。LED34发射通过总体上以44指示的光纤行进的光，该光纤处于密封储油罐16内部并且连接至传感器头32的第一末端35。光纤44优选地为由玻璃或塑料所制成的输入光纤线缆34’。轻量级的传感器头32包括优选为塑料的主体33，其具有第一和第二相对末端35、36。通过主体33提供多个穿孔37并且它们在末端35、36之间间隔开来。穿孔37能够接收如以上所讨论的、可能已经由于气囊故障或渗透而泄漏到气囊20的上表面26上方的油或水并使其得以保持（通过浸没或表面张力）。
因此，进入至少一些穿孔37的所泄漏的油或水阻挡或大幅减少了设置在传感器头32的第二末端36的扁平镜面38处的光线反射。该光减少的结果是因为水和油具有比空气（当没有水和/或油出现时，其处于穿孔37之中）更大的折射率。有所减少的反射光被连接至光检测器40的光纤34（比如输出光纤线缆34”）所捕捉，该光检测器40优选为光电二极管或任意其它光电检测器的形式。光检测器40在有光处于检测器40的表面上任何时候都提供电气模拟输出（电压信号）。如果光检测器40没有接收到光或接收到有所减少的光，则光检测器40输出低电压电平，这指示传感器头32中的穿孔37包含液体（水/油）并且因此气囊20可能存在故障。在传感器头32中的穿孔37内没有任何液体的情况下，LED34所发射的光线从镜面38的表面反射回并且被光纤线缆34’’所捕捉并因此被光检测器40所捕捉。正常电压输出指示传感器头中的穿孔内仅有空气（气囊20没有故障的正常操作状况）。
提供光学绝缘42以使得LED34与光检测器40光学隔离来避免干扰和传感器误差。例如，LED34和光检测器40优选地位于变压器控制柜中的自足式传感器盒体（其定义了光学绝缘）中，其中将能够使用对传感器结构30进行供电的最少量的电子器件（被转换至5VDC或12VDC电源的任意DC电源）。因此，光纤线缆34’、34’’远程是细长的以将光源34和光检测器40从传感器头32间隔开来。
因此，使用光纤34的非常轻量级的传感器结构30提供了一种成本有效且高效的方式来检测储油罐16的气囊20的上表面26上是否有水和/或油出现。传感器结构20并不会对任何电力变压器操作参数有电气（罐16中无需电流）、化学或机械（传感器头32的重量并不会影响气囊20的功能）上的干扰。传感器结构30能够被安装在新的储油罐中的气囊20的上表面26上，或者能够在运行中断期间放在现有储油罐16中的气囊20的上表面26上。
以上已经出于说明本发明的结构和功能原理、以及说明采用优选实施例的方法的目的而示出并描述了优选实施例，并且其在不背离这样的原理的情况下能够进行改变。因此，本发明包括涵盖于以下权利要求的精神之内的所有修改。
Claims (13)
1.一种用于感测密封储油罐中出现的油和/或水的光学传感器结构，所述罐包括将油与空气隔离的气囊，所述气囊具有暴露于空气的第一表面以及暴露于油的相对的第二表面，所述传感器结构包括：
传感器头，包括具有相对的第一末端和第二末端的主体、通过所述主体并且在所述第一末端和所述第二末端之间间隔开来的多个穿孔、以及设置在所述第二末端处的镜面，所述穿孔被构造和布置为接收液体并将液体保持在其中，所述传感器头被构造并布置为位于所述气囊的所述第一表面；
光源；
在所述光源和所述主体的所述第一末端之间的第一光纤线缆；
光检测器；以及
在所述光检测器和所述主体的所述第一末端之间的第二光纤线缆；
其中，当所述光源通过所述第一光纤线缆并且向穿孔的所述主体提供光时，所述光从所述镜面反射并且被所述第二光纤线缆和所述光检测器所接收，并且其中当液体而非气体处于所述主体中的所述穿孔中的至少一些穿孔之中时，所述光检测器所接收到的光量有所减少。
2.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述光纤线缆是细长线缆，以便使得所述光源和所述光检测器能够远离所述传感器头进行设置。
3.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述光源是发光二极管。
4.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述光检测器是光电二极管。
5.根据权利要求1所述的传感器结构，进一步包括光学绝缘，以使得所述光源与所述光检测器光学隔离。
6.一种用于变压器油保存型系统的储油罐结构，所述储油罐结构包括：
储油罐；
所述储油罐中的气囊，所述气囊被构造并布置为使得所述罐中的油与空气隔离，所述气囊具有暴露于空气的第一表面以及暴露于油的相对的第二表面；以及
光学传感器结构，包括：
传感器头，处于所述罐内部并且位于所述气囊的所述第一表面上，所述传感器头包括具有相对的第一末端和第二末端的主体、通过所述主体并且在所述第一末端和所述第二末端之间间隔开来的多个穿孔、以及设置在所述第二末端处的镜面，所述穿孔被构造和布置为接收油和/或水并将油和/或水保持在其中；
设置在所述罐外部的光源；
在所述光源和所述主体的所述第一末端之间的第一光纤线缆；
设置在所述罐外部的光检测器；以及
在所述光检测器和所述主体的所述第一末端之间的第二光纤线缆；
其中，当所述光源通过所述第一光纤线缆并且向穿孔的所述主体提供光时，所述光从所述镜面反射并且被所述第二光纤线缆和所述光检测器所接收，并且其中当液体而非气体处于所述主体中的所述穿孔中的至少一些穿孔之中时，所述光检测器所接收到的光量有所减少。
7.根据权利要求6所述的罐结构，其中所述光源是发光二极管。
8.根据权利要求6所述的罐结构，其中所述光检测器是光电二极管。
9.根据权利要求6所述的罐结构，进一步包括光学绝缘，以使得所述光源与所述光检测器光学隔离。
10.一种检测储油罐中所设置的气囊的空气一侧上出现的油和/或水的方法，所述储油罐用于变压器油保存型系统，所述气囊将油与空气隔离并且具有暴露于所述空气的第一表面以及暴露于所述油的相对的第二表面，所述方法包括步骤：
将传感器头置于所述气囊的所述第一表面上；
向所述传感器头提供光源；
通过检测到离开所述传感器头的一定光量而确定没有液体与所述传感器头相接触的正常状况；以及
通过检测到离开传感器头的光量少于所述一定光量而确定液体与所述传感器头相接触的故障状况。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述传感器头包括具有相对的第一末端和第二末端的主体、通过所述主体并且在所述第一末端和所述第二末端之间间隔开来的多个穿孔、以及设置在所述第二末端处的镜面，所述穿孔被构造和布置为接收液体并将液体保持在其中，并且其中当所述穿孔中仅存在空气时确定所述正常状况，并且当所述穿孔中的至少一些穿孔中存在液体时确定所述故障状况。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述提供光源的步骤是指提供发光二极管，所述发光二极管设置在所述罐外部并且经由光纤线缆光学连接至所述传感器头。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述检测到离开所述传感器头的一定光量的步骤包括使用设置在所述罐外部并且经由光纤线缆光学连接至所述传感器头的光检测器。
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