CN105849553A - 用于检测气体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测在填充有绝缘介质(2)的高压设备(3)中的气体(4)的装置(1)，该装置包括：用于导入载气(16)的入口(5)和用于排出载气的出口(6)；至少一个用于检测气体(4)的气体传感器(12)；用于在装置(1)中输送载气(16)的第一泵(9)；膜(13)，其至少由至少一种半透性材料制成、至少部分地被绝缘介质(2)包围并且至少部分地被载气(16)流过；用于将载气(16)输入到装置(1)中并且将载气(16)从装置(1)输出的第二泵(10)；其中，未设有能将载气(16)输入装置(1)中或从装置(1)输出的泵。

Description

用于检测气体的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测在填充有绝缘介质的高压设备、尤其是高压变压器中的气体的装置和方法。

背景技术

WO 2011/120113 A1描述了一种用于监控在借助油冷却的功率变压器中的气体的系统和方法。该系统在此包括一个杆和一个主壳体。所述杆具有两个在内部延伸的管路并且定位于功率变压器的油中。所述管路通过两个油室和一个泵彼此连接，使得油可从功率变压器经由一个管路被吸入第一油室并且接着经由第二油室通过另一管路再次被导入功率变压器中。所述泵在此设置在油室之间的管路区段中。在泵上游设有一个具有温度传感器和湿度传感器的附加区域。两个油室具有由半透性材料制成的壁。在功率变压器的油中包含的气体可穿过所述壁进入主壳体内部。附加的气体传感器测定增富在系统主壳体中的气体。此外，在壳体上设有两个阀，这两个阀分别具有一个过滤器。其中一个阀用于借助泵从环境吸入空气。通过第二阀将空气从主壳体内部排出。该系统通过控制装置控制。

该已知的系统结构非常复杂。所使用的许多零件使系统不仅昂贵而且是高维护的。用于空气交换的阀磨损得非常快并且因此构成系统中的薄弱部位。面状构造的膜在压力骤然升高时并且尤其是在抽空载气时可能极快地破裂。

US 6526805 B1描述了一种用于大致基于实时地连续分析和测量在绝缘液体中的气体成分含量的装置。该装置包括用于从液体中分离气体的气体提取单元、用于测定各单个气体成分浓度的红外气体分析仪、用于使气体在闭环中循环至气体提取单元的气泵和用于红外气体分析仪的校准装置。气体提取单元包括透气的聚合物膜和具有气流入口和气流出口的气室。红外气体分析仪包括红外源、具有气体入口和气体出口的气体腔以及具有极窄带的光学的红外滤光器的四元检测器(Quad-Detektor)。校准装置包括用于利用空气冲洗气体成分并且用于使红外源复位为零的阀装置。该阀装置包括位于气泵与气体提取单元之间的第一三通阀和位于气体腔与气泵之间的第二三通阀。

US 8075675 B2描述了一种用于从液体提取气体的装置。该装置包括壳体、在壳体中的分离膜、多孔膜载体、油泵、气泵、气体分配器和分析仪器。壳体限定流体路径和气体路径，气体路径与流体路径隔离并且壳体包括流体路径的入口、流体路径的出口、气体路径的入口和气体路径的出口。分离膜分离流体路径与气体路径并且含有氟化硅元素，其不可渗透液体并且可渗透气体。分离膜具有朝向流体路径的第一侧和朝向气体路径的第二侧。分离膜构成削平的圆盘，该圆盘在边缘处较厚并且在中心处较薄。膜载体朝向分离膜的第一侧。流体路径包括分离膜的第一侧。油泵将液体输送通过流体路径。气泵将载气和从液体分离的气体输送通过气体路径。分析仪器通过气体分配器连接到气体路径上。气体分配器在US 6391096 B1中被详细描述并且包括七个控制阀。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于检测在填充有绝缘介质的高压设备中的气体分子的装置，该装置成本低、维护低并且无磨损地构造。本发明还提出一种用于检测在填充有液体的高压设备中的气体的方法，该方法确保装置的可靠运行。

所述任务通过各独立权利要求的主题得以解决。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。

根据第一方面，本发明建议一种用于检测在填充有绝缘介质的高压设备中的气体的装置，该装置包括：

－用于导入载气的入口和用于排出载气的出口；

－至少一个用于检测气体的气体传感器；

－用于在装置中输送载气的第一泵；

－膜，其至少由至少一种半透性材料制成、至少部分地被绝缘介质包围并且至少部分地被载气流过；

－用于将载气输入装置中并且用于将载气从装置中输出的第二泵；

－未设有能使载气输入装置中或从装置输出的阀。

通过使用两个泵并且省却阀，所建议的装置磨损特别小并且因此是低维护的。另一优点在于不是绝缘介质、而是载气循环。由此可在增富和检测之前将新鲜载气导入装置中并且在检测之后从装置排出。

高压设备可根据需要构造成任何方式、如高压变压器、功率变压器、有载分接开关、功率开关、电容器衬套或其它充油型电气设备。

绝缘介质可根据需要构造成任何方式、如绝缘油或酯液。

待检测的气体可根据需要构造成任何方式并且例如包括至少一种烃化合物和/或其它气体分子和/或其它气体原子。

半透性膜可根据需要构造成任何方式并且例如至少部分地由聚四氟乙烯制成。

泵可根据需要构造成任何方式、如膜片式泵。

可规定，所述入口具有第一管路。

优选在该管路中设有过滤器。

可规定，所述膜构造成至少部分管状的和/或至少部分筒状的。

可规定，所述膜构造成至少部分螺旋形和/或至少部分曲折形和/或至少部分螺线形的。

可规定，所述出口具有第二管路。

优选地，第二泵设置在第二管路中，但该第二泵也可设置在第一管路中。

可规定，设有测量室，在该测量室中设有气体传感器。

可规定，在测量室中设有至少一个热电偶和/或至少一个温度传感器。

可规定，所述温度传感器和热电偶与控制装置连接；基于温度传感器的测量来控制热电偶。

可规定，所述测量室与第一管路连接并且通过膜和第二管路与出口连接。

可规定，所述测量室设置在第一管路和膜之间。

可规定，在第一泵运行期间第二泵具有关闭的阀的功能，并且在第二泵运行期间第一泵具有关闭的阀的功能。

可规定，热电偶构造为帕尔贴元件。

可规定，测量室在内部衬有惰性材料、铂或金。

可规定，第二泵位于第一管路中或第二管路中。

可规定，当第二泵位于第一管路中时，第一管路的纵横比大于第二管路的纵横比和/或大于100或200或500或1000或2000或5000或10000，和/或第一管路的流动阻力大于第二管路的流动阻力和/或相应于具有恒定内径和纵横比大于100或200或500或1000或2000或5000或10000的管路的流动阻力；

－当第二泵位于第二管路中时，第二管路的纵横比大于第一管路的纵横比和/或大于100或200或500或1000或2000或5000或10000，和/或第二管路的流动阻力大于第一管路的流动阻力和/或相应于具有恒定内径和纵横比大于100或200或500或1000或2000或5000或10000的管路的流动阻力。

管路的纵横比在此是其长度和其内径的比值。

每个管路可根据需要构造成任何方式并且例如沿其长度具有恒定内径。替代地，可在具有较小纵横比的管路中设置至少一个节流阀或喷嘴，优选这样确定其尺寸，使得该管路的流动阻力相应于具有所给出的较大纵横比之一的管路的流动阻力。

可规定，第一泵位于连接测量室输出端和膜输入端的第一连接管路中或者位于连接膜输出端和测量室输入端的第二连接管路中。

可规定，第一管路在第一泵和膜之间通入连接测量室输出端和膜输入端的第一连接管路中或在第一泵和测量室之间通入连接膜输出端和测量室输入端的第二连接管路中。

根据第二方面，本发明建议一种用于优选借助根据第一方面建议的装置检测在填充有绝缘介质的高压设备中的气体的方法，其中，

－在第一步骤中利用载气冲洗测量室，其方式是：借助第二泵将载气输入测量室中并且从测量室输出，并且在此没有阀被穿流；

－在第一步骤中之后的第二步骤中借助第一泵将载气从测量室输出、穿过膜并且输入测量室中并且在此在测量室中检测增富到流过膜的载气中的气体；

－膜至少由至少一种半透性材料制成并且至少部分地被绝缘介质包围。

可规定，在冲洗时通过第一管路吸入载气、通过测量室和膜输送载气并且通过第二管路排出载气。

可规定，通过过滤器吸入载气。

可规定，在输出载气之前和/或之后，在测量室中测定气体的量和/或类型。

可规定，在输送载气之前和/或之后，在测量室中测定气体的量和/或类型。

借助每种所建议的装置例如可实施所建议的方法之一。

优选可这样构造每种所建议的装置和/或使其用于和/或适合用于实施和/或可实施所建议的方法之一。

关于本发明的其中一个方面的、尤其是关于该方面各个特征的说明和解释也相应适用于本发明的另一个方面。

附图说明

下面示例性借助附图详细说明本发明的实施方式。但由此得知的各个特征不局限于各个实施方式，而是可与更上面所描述的各个特征和/或与其它实施方式的各个特征结合和/或组合。附图中的细节仅仅是说明性的，但不能被理解为限制性的。包含在权利要求中的附图标记应不以任何方式限制本发明的保护范围，而仅仅是涉及附图中所示的实施方式。附图如下：

图1为用于检测气体的装置的第一种实施方式；

图2为所述装置的第二种实施方式；

图3为所述装置的第三种实施方式；

图4为所述装置的第四种实施方式；

图5为用于检测气体的方法。

具体实施方式

为本发明的相同或作用相同的元件使用相同的附图标记。此外为清楚起见，在各附图中仅示出对于说明相应附图必须的附图标记。图示的实施方式仅仅是本发明装置或本发明方法的示例并且因此不构成对本发明的最终限制。

图1示意性示出用于检测在高压设备3中的气体分子、离子或气体4的装置1的第一种实施方式，所述高压设备填充有液体或绝缘介质2。高压设备3可构造为高压变压器、功率变压器、有载分接开关、功率开关或电容器衬套。装置1具有膜或毛细管13，其由至少一种半透性材料制成和构造成管状或筒状的。管状膜13可任意地、如螺旋形和/或螺线形和/或曲折形地成形。通过膜13的该有利的设计方案，该膜适合用于非常高的压力。膜13位于高压设备3中或至少位于高压设备3中的可进入绝缘介质2的部分中。因此，膜13可设置在双浮子继电器、冷却装置的管路等中。由于管状设计方案和在一个方向上透气的(半透性)材料，气体4分子可进入装置1的回路中。

膜13在构成其输入端的端部上通过第一连接管路19与测量室11的输出端并且在构成其输出端的另一端部上通过第二连接管路20与测量室11的输入端连接。测量室11具有热电偶14，所述热电偶例如是帕尔贴元件，借助其可进行测量室11的调温。此外，在测量室11中设有气体传感器12和温度传感器18。

测量室11在内部衬有或涂有惰性材料、如金。该涂层的优点在于可以避免气体4在内部沉积或冷凝和不可再现地增富、在此即至少发生极性物理键合并且因此在总气体平衡中缺失，由此将测量到与实验室分析相比错误的值。

此外，测量室11通过第一管路7与入口5连接，第一管路通入第二连接管路20。在入口5前方设有过滤器15。第一管路7在自身长度和横截面之间具有特别高的纵横比。由此实现在装置1内部压力相应于环境压力，使用来自环境的载气16。由于高压设备3内部的压力始终高于环境压力并且因此也高于装置内的压力，所以溶解于绝缘介质2中的气体4穿过半透性膜13进入装置1的回路中。

此外，测量室11与第一泵9连接，该第一泵位于在膜13和第一管路7之间的第二连接管路20中。所述第一泵将载气16输送通过连接管路19、20、测量室11和膜13，从而形成回路并且使载气16利用来自绝缘介质2的气体4增富。在关断状态中第一泵9具有关闭的阀的功能。

装置1还包括第二泵10，该第二泵在一侧通过第二管路8与出口6并且在另一侧通过第一管路7、测量室11和膜13与入口5连接，该第二管路在膜13和第一泵9之间通入第二连接管路20中。第二泵10在关断状态中也承担关闭的阀的功能。在第一泵9运行期间，第二泵10始终关断。在第二泵10运行期间第一泵9关断。

现在如果第一泵9接通，则载气16被重复输送或循环通过测量室11和膜13。在此，载气16利用穿过半性透膜13并且因此与绝缘介质2分离的气体4增富，直至待由载气16吸收的气体4量不再显著增加。

如果第二泵10接通，则更换装置1中的载气16。该载气通过入口5被吸入并且被输送通过测量室11和膜13直至出口6。在测量室11中的气体传感器12、温度传感器18和热电偶14以及第一和第二泵9、10与中央控制装置17连接。基于温度传感器18的测量来控制热电偶14。

图2示意性示出装置1的第二种实施方式。该实施方式类似于第一种实施方式，因而在下面主要详细说明区别。

在本实施方式中，第二泵10并非如在第一种实施方式中那样位于第二管路8中，而是位于第一管路7中并且因此在一侧与入口5连接而在另一侧通过测量室11、膜13和第二管路8与出口6连接。此外，并非如在第一种实施方式中那样第一管路7(在自身长度和横截面之间具有特别高的纵横比)，而是第二管路8在自身长度和横截面之间具有特别高的纵横比。

图3示意性示出装置1的第三种实施方式。该实施方式类似于第一种实施方式，因而在下面主要详细说明区别。

在本实施方式中，第一泵9并非如在第一种实施方式中那样位于第二连接管路20中，而是位于第一连接管路19中。此外，第一管路7在第一泵9和膜13之间并且第二管路8在测量室11和第一泵9之间通入第一连接管路19中。

因此，为了冲洗，第二泵10通过入口5吸入载气16并且将载气输送通过过滤器15、第一管路7、第一连接管路19位于下游的部分、膜13、第二连接管路20、测量室11和第一连接管路19位于上游的部分直至出口6。因此，为了进行增富，第一泵9使载气循环通过第一连接管路19位于下游的部分、膜13、第二连接管路20、测量室11和第一连接管路19位于上游的部分。

图4示意性示出装置1的第四种实施方式。该实施方式类似于第三种实施方式，因而在下面主要详细说明区别。

在本实施方式中，第二泵10并非如在第三种实施方式中那样位于第二管路8中，而是位于第一管路7中并且因此在一侧与入口5连接而在另一侧通过膜13、测量室11和第二管路8与出口6连接。此外，并非如在第三种实施方式中那样第一管路7(在自身长度和横截面之间具有特别高的纵横比)，而是第二管路8在自身长度和横截面之间具有特别高的纵横比。

图5示出用于检测在填充有液体2的高压设备3中的气体4的方法的一种优选实施方式的流程图，该方法借助装置1来实施，所述装置根据第一、第二、第三或第四种实施方式构造。

步骤100：首先冲洗装置1。在第二泵10运行期间，第一泵9关断并且因此构成关闭的阀。通过入口5、即过滤器15和第一管路7吸入载气16。

在第一种实施方式中，载气16随后横穿测量室11和膜13，直至载气通过第二泵10和第二管路8到达出口6。

在第二种实施方式中，载气16从入口5经由过滤器15、第二泵10和第一管路7到达第二连接管路20位于上游的部分并且横穿测量室11和膜13，直至载气通过第二管路8到达出口6。

在第三种实施方式中，载气16横穿膜13和测量室11，直至载气16通过第二泵10和第二管路8到达出口6。

在第四种实施方式中，载气16从入口5经由过滤器15、第二泵10和第一管路7到达第一连接管路19位于上游的部分并且横穿膜13和测量室11，直至载气16通过第二管路8到达出口6。

步骤101：在预规定时间之后或根据在测量室11内气体传感器12的测量，停止冲洗并且关断第二泵10。最终在测量室11中测定的参数用作用于进一步测量的起点或零点。

步骤102：在增富阶段中接通第一泵9，由此载气16在装置1内被输送或循环。第二泵10保持关断并且现在构成关闭的阀。载气16在测量室11和膜13之间的回路中运动。由于在高压设备3内部的压力大于在装置1中的压力，所以气体4从绝缘介质2中穿过在一个方向上可透过气体分子的膜13进入装置1中。由此实现载气16的增富。增富的持续时间可通过固定预规定的时间或通过在测量室11中气体传感器12的测量决定。

步骤103：在增富阶段之后通过气体传感器12测定在测量室11中气体4的量和类型。在测定气体4之后冲洗装置1。

所描述方法可持续进行或每天进行数次。装置1的不连续运行可提高在测量室11中所用的气体传感器12的寿命。

附图标记列表

1 装置

2 绝缘介质

3 高压设备

4 气体

5 入口

6 出口

7 第一管路

8 第二管路

9 第一泵

10 第二泵

11 测量室

12 气体传感器

13 膜

14 热电偶

15 过滤器

16 载气

17 控制装置

18 温度传感器

19 第一连接管路

20 第二连接管路

Claims (20)

1.用于检测在填充有绝缘介质(2)的高压设备(3)中的气体(4)的装置(1)，该装置包括：

－用于导入载气(16)的入口(5)和用于排出载气的出口(6)；

－至少一个用于检测气体(4)的气体传感器(12)；

－用于在装置(1)中输送载气(16)的第一泵(9)；

－膜(13)，其至少由至少一种半透性材料制成、至少部分地被绝缘介质(2)包围并且至少部分地被载气(16)流过；

－用于将载气(16)输入到装置(1)中并且用于将载气(16)从装置(1)输出的第二泵(10)；其中，

－未设有能将载气(16)输入到装置(1)中或从装置(1)输出的阀。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入口(5)具有第一管路(7)。

3.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述膜(13)构造成至少部分管状的和/或至少部分筒状的。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述膜(13)构造成至少部分螺旋形和/或至少部分曲折形和/或至少部分螺线形的。

5.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述出口(6)具有第二管路(8)。

6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置还设有测量室(11)，在该测量室中设有气体传感器(12)。

7.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，在测量室(11)中设有至少一个热电偶(14)和/或至少一个温度传感器(18)。

8.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，

－所述温度传感器(18)和热电偶(14)与控制装置(17)连接；

－基于温度传感器(18)的测量来控制热电偶(17)。

9.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述测量室(11)与第一管路(7)连接并且通过膜(13)和第二管路(8)与出口(6)连接。

10.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述测量室(11)设置在第一管路(7)和膜(13)之间。

11.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，在第一泵(9)运行期间第二泵(10)具有关闭的阀的功能，并且在第二泵(10)运行期间第一泵(9)具有关闭的阀的功能。

12.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述第二泵(10)位于第一管路(7)中或第二管路(9)中。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

－当第二泵(10)位于第一管路(7)中时，该第一管路的纵横比大于第二管路(8)的纵横比和/或大于100或200或500或1000或2000或5000或10000，和/或该第一管路的流动阻力大于第二管路(8)的流动阻力和/或相应于具有恒定内径和纵横比大于100或200或500或1000或2000或5000或10000的管路的流动阻力；

－当第二泵(10)位于第二管路(8)中时，该第二管路的纵横比大于第一管路(7)的纵横比和/或大于100或200或500或1000或2000或5000或10000，和/或该第二管路的流动阻力大于第一管路(7)的流动阻力和/或相应于具有恒定内径和纵横比大于100或200或500或1000或2000或5000或10000的管路的流动阻力。

14.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述第一泵(9)位于连接测量室(11)输出端和膜(13)输入端的第一连接管路(19)中或位于连接膜(13)输出端和测量室(11)输入端的第二连接管路(20)中。

15.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述第一管路(7)在第一泵(9)和膜(13)之间通入连接测量室(11)输出端和膜(13)输入端的第一连接管路(19)中，或者所述第一管路在第一泵(9)和测量室(11)之间通入连接膜(13)输出端和测量室(11)输入端的第二连接管路(20)中。

16.用于优选借助根据上述权利要求之一所述的装置(1)检测在填充有绝缘介质(2)的高压设备(3)中的气体(4)的方法，其中，

－在第一步骤中利用载气(16)冲洗测量室(11)，其方式是：借助第二泵(10)将载气(16)输入测量室(11)中并且从测量室(11)输出，并且在此没有阀被穿流；

－在第一步骤中之后的第二步骤中借助第一泵(9)将载气(16)从测量室(11)输出、穿过膜(13)并且进入测量室(11)中，并且在此在测量室(11)中检测增富到流过膜(13)的载气(16)中的气体(4)；

－膜(13)至少由至少一种半透性材料制成并且至少部分被绝缘介质(2)包围。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在冲洗时，通过第一管路(7)吸入载气(16)、通过测量室(11)和膜(13)输送载气并且通过第二管路(8)排出载气。

18.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过过滤器(15)吸入载气(16)。

19.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在输出载气(16)之前和/或之后，在测量室(11)中测定气体(4)的量和/或类型。

20.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在输送载气(16)之前和/或之后，在测量室(11)中测定气体(4)的量和/或类型。