CN103930770A - 用于在线监视电力变压器中呋喃类物质的传感器结构 - Google Patents
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Abstract
传感器结构（16）被提供用于在变压器箱油中呋喃类物质水平的在线监视。该传感器结构包括UV光源（26），仅允许特定波长范围的UV光通过的滤光器（30），允许所述经滤光的UV光穿过其的窗口（32），以及用于接收穿过窗口的UV光的UV光检测器（36）。当传感器结构被安装在联机的变压器的箱，使得窗口暴露于油，并且油中的呋喃类物质被监视时，呋喃类物质将吸收UV光，产生相比于被监视的所述油中没有呋喃类物质时由所述光检测器所接收到UV光，与被监视的所述油中有呋喃类物质时所述光探测器所接收到的UV光的差异。光检测器的输出信号基本上与被监视的油中的总呋喃类物质成比例。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力变压器，更具体地说，涉及一种用于在线监视变压器油中呋喃类物质的水平的在线传感器结构。
背景技术
全球公用事业生成呋喃类物质库，这是一组被发现溶解在变压器油中的化学化合物，其仅来自纤维素降解。大多数变压器专家在就变压器故障、寿命终止等作出决定之前要求油中的呋喃类物质水平的信息。这些化合物在八十年代早期被发现，从那时起，已经在CIGRE、IEEE和全球主要公用事业中激起了极大的兴趣。
呋喃类物质通常在取自变压器的离线油样品并被送到化学实验室进行处理以用于在称作高性能液相色谱（HPLC）设备中处理。通常在采集样品用于油中的气体分析或用于标准油测试时，也采集油样品。
因此，有必要提供一种提供用于监视变压器中呋喃类物质的在线传感器。
发明内容
本发明的一个目的是满足上述的需要。按照本发明的原理，这一目的是通过对在变压器箱的油中的呋喃类物质的在线监视提供传感器结构来实现。该传感器结构包括一个紫外（UV）光源，仅允许紫外线的一定波长范围的光通过的滤光器，透明窗口，该透明窗口被构造和布置从而使得经滤光的UV光穿过其中，以及UV光检测器，所述UV光检测器被构造和布置以接收穿过窗口的UV光。当传感器结构相对于联机的变压器箱被安装使得窗口暴露于油，并且油中的呋喃类物质被监视时，呋喃类物质将吸收UV光，从而产生相比于被监视的油中没有呋喃类物质时由光检测器所接收到UV光与被监视的油中有呋喃类物质时由光探测器所接收到的UV光的差异。光检测器被构造和布置以提供基本上与被检测的油中的总的呋喃类物质成比例的输出信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在变压器箱的油中的呋喃类物质水平的在线监视。该方法提供UV光源。UV光进行滤光以处于一定的波长范围内。透明窗口暴露于变压器箱的油。当变压器联机时，经滤光的UV光穿过窗口。穿过窗口的UV光由光检测器所接收，具有光检测器的基本上与被监视的油中的总呋喃类物质成比例的输出信号。
其它的目的，特征和本发明的特性，以及操作方法和结构的相关元件的功能，部件的组合以及制造的经济性，将通过参照附图考虑下面的详细描述和所附的权利要求而变得更加明显，所有这些形成本说明书的一部分。
附图说明
本发明将从以下与附图相结合对优选实施例的详细描述得到更好的理解，其中相同的数字表示相同的部件。其中：
图1为根据本发明的具有与其耦合的呋喃类物质传感器结构的变压器的示意图。
图2为图1的传感器结构的放大图。
图3为根据另一实施例所提供的传感器结构的放大图。
具体实施方式
参考图1，变压器（总体表示为10）包括填充有绝缘油的变压器箱12以将其中的部件绝缘，诸如抽头变换器（未示出）。呋喃类物质传感器结构（总体表示为106）的入口14通过油路17耦合到箱12的排液阀18。该传感器结构16的出口19在箱12的顶部处经由第二油道22与填充口20连通。值得注意的是，在图1中仅示出了第二油道22的一部分。因此，来自箱12的变压器油从排液阀离开，通过传感器结构16，然后经由口20被引导回到箱内。
参考图2，非侵入性传感器结构16包括单个的传感器外壳24，所述传感器外壳24包含紫外（UV）光源26，准直透镜28，低频带（例如225-330nm）滤光器30，允许UV光穿过其中而设置在入口14和出口19之间的透明光学（例如，玻璃）的窗口32，聚光透镜34和UV光电二极管或光检测器36之间。运算放大器（OPAMP）38放大光检测器36的输出。OPAMP38的输出是基本上与总呋喃类物质成比例的电信号，所述呋喃类物质主要是最常见的元素2FAL=2糠醛。有必要将这一输出校准为油中的呋喃类物质的实际数量，因为输出可能会随着光路、电子设备等发生变化。OPAMP38的输出被显示在显示器40上。显示器40可以是模拟或数字，甚至可听信号可以指示报警状态。通用电源42，优选设置在壳体24内，向传感器结构16提供功率。OPAMP38，显示器40，以及电源42也优选设置在所述壳体24中。
根据图2的实施例，为了监视的箱12中的油中的呋喃类物质的水平，油44从箱12通过排液阀18通过传感器结构16的入口14并通过玻璃窗口32。UV光源发射UV光33，所述UV光穿过透镜28和滤光器30以及玻璃窗口32。呋喃类物质是UV-VIS光的强吸收体，特别是在225-330nm范围内的光。如果油中有呋喃类物质，呋喃类物质将吸收UV光，因此产生相比于油中没有呋喃类物质时由光检测器36所接收到UV光，与油中有呋喃类物质时由光探测器36所接收到的UV光的差异。如上所述，OPAMP38的输出基本上与被监视的油中的总呋喃类物质成比例，并且OPAMP38的输出被显示在数字显示器40上。油44继而通过出口19并经由口20返回到箱。
参考图3，示出了呋喃类物质传感器结构的第二实施例，总体表示为16'。该传感器结构16'是侵入类型，带有设置在槽12内的传感器头45，以及带有被布置在所述箱12的外部的壳体24'。壳体24'包含紫外（UV）光源26，准直透镜46，聚光透镜48，耦合到第一光纤电缆50的光纤连接器49。该电缆50的另一端在箱12内部具有光纤连接器52，使得UV光可以被发送到箱12内侧的窗口32。传感器头46还包括准直透镜28，低频带（225-330nm）滤光器30，窗口32和聚光透镜34。另一光纤连接器54被耦合到第二光纤电缆56。该电缆56的另一端包括光纤连接器57，使得穿过窗口32的UV光可以被发送回壳体24'以由光检测器36来接收。准直透镜58和聚光透镜60被提供在壳体24'内部的UV光检测器36'的前面。
运算放大器（OPAMP）38对光检测器36的输出进行放大。如在图1的实施例中，图3的OPAMP38的输出是基本上与总呋喃类物质成比例的电信号，所述呋喃类物质主要是最常见的元素2FAL=2糠醛。OPAMP38的输出被显示的数字显示器40上。显示器40或可听信号可以指示报警状态。通用电源42，优选设置在壳体24'内部，向传感器结构16'提供功率。在任一实施例中，UV光源26可以是发光二极管或激光器。
该传感器头45可以结合到能够被插入的管或探头中，以密封的方式，进入箱12的排液阀开口或箱12的任意其他处理管道中，以便被暴露在箱12中的变压器油。
根据图3的实施例，为了监视箱12的油中的呋喃类物质的水平，箱12中的油44包围光学（例如，玻璃）的窗口32。UV光源26发射穿过光纤电缆50的UV光，通过透镜28和滤光器30，并通过玻璃窗口32。光纤电缆56在连接器54处接收UV光，具有接收壳体24'内部的UV光的光检测器36。如在图2的第一实施例中，如果油中有呋喃类物质，呋喃类物质将吸收UV光，因此产生相比于油中没有呋喃类物质时由光检测器36所接收到UV光，与油中有呋喃类物质时由光探测器36所接收到的UV光的差异。呋喃类物质的水平可以被显示在图3的显示器40上。
呋喃类物质，虽然对于评估电力变压器中牛皮纸的老化非常重要，但是难以定量地关联于固体绝缘的实际老化。已经在世界的许多地方进行了若干研究，试图找到呋喃类物质与固体绝缘的实际状态之间的良好并普遍的相关性。然而，这种相关性至今尚未实现。但是，研究人员和变压器的专家一致认为，呋喃类物质水平的变化可能比水平本身带来更好的信息。呋喃类物质水平的显著变化可能涉及变压器的加速老化或某些故障状态的初始，尤其是由于绝缘的热方面，以及化学方面，如来自O2、酸类和水分。因此，使用传感器结构16，16'来在线地监视呋喃类物质水平上的变化可能会使变压器用户更好地了绝缘真正在发生什么。
上述优选实施例已经出于示意的目的示出和描述本发明的结构和功能原理，以及示出采用该优选的实施例的方法，并经受变化而不脱离这些原理。因此，本发明包括以下权利要求书的精神内的所有修改。
Claims (20)
1.一种用于在线监视变压器箱中呋喃类物质的水平的传感器结构，所述传感器结构包括：
紫外线（UV）光源，
滤光器，仅允许特定波长范围的UV光通过，
透明窗口，被构造和布置以使得经滤光的UV光穿过其中以及，
UV光检测器，被构造和布置以接收穿过所述窗口的UV光，
其中当所述传感器结构被相对于联机的变压器箱安装使得所述窗口暴露于油，以及所述油中的呋喃类物质被监视时，所述呋喃类物质将吸收UV光，因此产生与被监视的所述油中没有呋喃类物质时由所述光检测器所接收到所述UV光相比由所述光探测器所接收到的所述UV光的差异，并且
其中所述光检测器被构造和布置以提供基本上与被监视的所述油中的总呋喃类物质成比例的输出信号。
2.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述滤光器被构造和布置将UV光滤光到225至330nm的范围。
3.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述光源是激光器。
4.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。
5.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述输出信号与2糠醛和总呋喃类物质成比例。
6.根据权利要求1所述的传感器结构，还包括在所述光源和所述滤光器之间的准直透镜以及所述滤光器和所述光检测器之间的聚光透镜。
7.根据权利要求6所述的传感器结构，还包括被构造和布置为将来自所述光检测器的所述输出信号放大的放大器。
8.根据权利要求7所述的传感器结构，还包括向所述传感器结构供电的电源，和显示被监视的呋喃类物质的水平的数字显示器。
9.根据权利要求8所述的传感器结构，其中所述电源、所述放大器、所述显示器、所述光检测器、所述透镜、所述滤光器、所述窗口和所述光源都被布置在单个的壳体上。
10.根据权利要求9所述的传感器结构，与所述变压器箱结合，所述箱具有液阀，所述外壳具有入口和出口，具有放置在其间的所述窗口，所述入口被耦合到所述排液阀以从所述箱接收油，所述出口被耦合到所述箱以将油返回到所述箱。
11.根据权利要求1所述的传感器结构，其中所述滤光器和所述窗口是传感器头的一部分，所述传感器头还包括在所述光源和所述滤光器之间的准直透镜，以及在所述滤光器和所述光检测器之间的聚光透镜，所述传感器头被构造和布置成在所述箱的内部设置有所述光源并且光检测器被构造和布置成设置在所述箱的外部。
12.根据权利要求11所述的传感器结构，还包括在所述准直透镜与所述光源之间延伸的第一光纤电缆，以及在所述聚光透镜和所述光检测器之间延伸的第二光纤电缆。
13.根据权利要求12所述的传感器结构，还包括在所述光源和所述第一光纤电缆之间的准直透镜和聚光透镜，以及在所述第二光纤电缆和所述光检测器之间的准直透镜和聚光透镜。
14.根据权利要求13所述的传感器结构，还包括被构造和布置成将来自所述光检测器的所述输出信号放大的放大器。
15.根据权利要求14所述的传感器结构，还包括向所述传感器结构供电的电源，和用于显示所监视的呋喃类物质水平的数字显示器。
16.根据权利要求14所述的传感器结构，其中所述电源、所述放大器、所述显示器、所述光检测器和所述光源都被放置在与所述传感器头分离的单个壳体中。
17.根据权利要求1所述的传感器结构，与带有被放置在所述箱内部的所述传感器头的所述变压器箱结合，使得所述窗口暴露于油并且所述单个壳体被置于所述箱的外部，其中所述第一光纤电缆将所述UV光传送到所述窗口，并且所述第二光纤电缆将所述UV光传送到所述光检测器，所述UV光穿过所述窗口。
18.一种用于在线监视变压器箱中呋喃类物质的水平的方法，所述方法包括以下步骤：
提供UV光源，
将UV光滤光为特定波长范围，
提供透明窗口，所述透明窗口被暴露于所述变压器箱的油，
当所述变压器联机时，将所述经滤光的UV光穿过所述窗口，以及
在光检测器处接收穿过所述窗口的所述UV光，其中所述光检测器的输出信号基本上与被监视的油中的总呋喃类物质成比例。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述滤光步骤包括将所述UV光滤光到225至330nm范围。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述输出信号与2糠醛和总呋喃类物质成比例。
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