CN113447781A - 一种油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油纸电容式套管压力‑氢气‑温度三合一综合检测系统及检测方法，主要包括三合一集成传感器、多通道隔离电源模块、信号处理模块、传感器信号灯以及数据显示后台。所述三合一集成传感器可综合检测油纸电容式套管内部氢气含量、压力以及油温参数，集成传感器通过屏蔽线连接到信号处理模块及三个信号灯，所述多通道电源模块可提供不同电压，分别对集成传感器和信号处理模块供电，所述数据显示后台能够接受显示所测数据，也能发出信号指令控制其他模块休眠与启动。根据检测结果可以对套管运行状态做简单诊断。该检测系统能够快速实时地获取油纸电容式套管内部氢气、压力及温度数据，从而实现更加高效、多方位的少油设备在线监测。

Description

一种油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统及 检测方法

技术领域

本发明属于少油设备绝缘缺陷检测技术领域，具体涉及一种油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统。

背景技术

电力是人民生活所必须的能源。我国电力行业随着几十年的发展逐渐成为世界上规模最大、电压等级最高的电网系统。随着电网运行时间的增加，一些电力设备的绝缘系统逐渐开始劣化，尤其是油纸电容式套管，绝缘劣化后易产生放电绝缘缺陷和过热绝缘缺陷。这些缺陷的长期存在会导致电力设备绝缘水平降低甚至发生严重事故：

(1)放电绝缘缺陷会产生脉冲电流信号、超声信号、高频电磁波信号等特征信号，除此之外，放电缺陷会导致绝缘油(多为矿物油)发生分解，产生甲烷、乙烷、乙炔、氢气等特征气体，其中氢气的产生最为明显；

(2)油纸绝缘中的纸、层压板和木块等固体绝缘材料是由众多葡萄糖单体组成的长链状高聚合碳氢化合物(C₆H₁₀O₅)_n，当局部温度过高时就会发生裂解，生成大量特征气体，由此会造成设备内部压力剧增；

因此，通过对研究油纸电容式套管内部典型放电缺陷下的氢气、压力及温度信息，对于提前预警油纸电容式套管的工作状态，保证电网系统的正常运行都非常重要。

由于电网系统的特殊性，无法在运行的电力设备上开展实验研究，且由于油浸式电力设备价格高昂，在实验室很难在电力设备上开展研究，一般是通过制造模拟装置在实验室开展模拟研究。而现在各高校、科研机构对不同缺陷的研究一般是针对具体缺陷设计对应的实验平台，无法在上面开展系统、全方面的实验研究，导致制造的实验平台利用率不高。

另外，利用油色谱检测油浸式电力设备内部绝缘缺陷是目前电力行业常用的检测技术，且已经有相应的国标和行业标准对其诊断规律进行的规范，新投入的诸多油浸式电力设备也已经安装了油色谱在线监测系统，检测油中溶解气体的含量，并根据检测结果进行设备评估。

但是对于严重突发性故障，少油设备内部产生的特征气体急剧增加，从而导致压力也迅速上升，此时仅仅通过检测油中溶解气体的含量对设备进行评估的准确率会大打折扣，尤其是故障发生时的一些有效信息也会遗失，而严重突发性故障是导致电力设备爆炸的主要原因，且目前相关研究仅仅停留在信息获取而未建议一种完善的一体化检测系统。因此，为了弥补这方面的缺陷，本发明就提出了油浸式套管压力氢气温度三合一综合检测系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种油纸电容式套管压力氢气温度三合一综合检测系统，能够快速实时地获取油纸电容式套管内部氢气、压力及温度数据，从而实现更加高效、多方位的少油设备在线监测。利用该系统，可以对套管运行状态做简单诊断：：①氢气超标判断为套管内部存在绝缘受潮；②压力突然超标说明套管内部存在突发性绝缘故障，压力缓慢增加说明套管内部存在持续发展的放电绝缘缺陷，压力持续变小说明存在漏油情况；③温度过高，说明里面存在过热绝缘缺陷；④氢气和压力同时变大，说明油纸电容式套管里面存在因受潮而产生的严重或突发性绝缘缺陷；⑤氢气含量超标且温度过高，说明存在局部放电甚至是破坏性击穿等故障。

为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：

一种油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：包括压力-氢气-温度三合一集成传感器、多通道隔离电源模块、信号处理模块、传感器信号灯以及数据显示后台。所述三合一集成传感器封装后通过不锈钢螺纹接口与套管取油口连接，通过屏蔽线同时与信号处理模块及三个传感器信号灯连接，所述多通道隔离电源模块分别与集成传感器和信号处理模块连接，所述信号处理模块与数据显示后台通过无线传输方式连接。

在上述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，所述三合一集成传感器采用氢气、压力及温度传感器组合封装而成。其中，氢气传感器采用新一代钯合金氢气薄膜传感器，通过分子吸附至合金薄膜表面，在钯合金薄膜的催化作用下，氢气分子分解，引起晶格膨胀与相变，造成合金薄膜电导率产生变化。压力传感器采用绝压变送器，通过在传感器一侧接受被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室进而输出直流信号。温度传感器则采用测温范围大且直接输出电流信号的热电偶温度传感器。

在上述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，所述集成封装传感器与套管取油口连接处设有预留取油阀，可供后续采集油样检测使用。

在上述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，所述信号处理模块沿信号传输路径依次包括信号转换电路、运放电路以及无线信号收发装置。

在上述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，所述数据显示后台具有双边通信功能，即能接受并显示所测数据，也能发出信号指令控制集成传感器、多通道隔离电源模块、信号处理模块及传感器信号灯的休眠与启动。

在上述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，所述传感器信号灯由红、黄、绿三种颜色组成，分别对应压力、氢气及温度传感器。当传感器工作正常时信号灯亮起，传感器故障则信号灯闪烁或熄灭，可直观迅速定位故障传感器。

一种采用油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统的检测方法，其特征在于：包括

通过压力-氢气-温度集成传感器在油纸电容式套管取油口处获取相关参量信息，

信号传送至信号灯处直观反映传感器工作状况，同时信号处理模块将传输来的模拟信号转换成数字信号，并经过运算电路的处理，送入无线信号发射装置，最终在显示屏上获取到详细的检测信息。

在上述的的检测方法，其具体步骤为：

1)后台启动，发出指令使电源模块、信号处理模块及传感器信号灯自检；

2)如果系统不正常则后台提示报错，若正常则发送指令，集成传感器获取数据，在不发出中断指令的情况下传感器将始终保持获取数据状态；

3)信号传送至信号灯处，观察信号灯状态对各传感器状况作初步判断，同时获取的输出信号也将送入信号处理模块进行信号处理及无线传输；

4)数据接收模块获取数据，得到相关参量检测结果。

本发明所述的油纸电容式套管压力氢气温度三合一综合检测系统的有益效果是：通过运用基于全新集成传感器的信号检测机制，准确智能地实时感知少油设备油中压力，氢气和温度信号，大大提升了多信号测量的效率，同时极大提高了检测精度。

通过将传感器进行集成封装，大大减少了直接暴露在环境中对传感器造成的干扰，保证了系统的稳定性和测量的精确性。采用新一代钯合金氢气薄膜传感器，利用其有无氧气均可正常工作，不消耗氢气，可直接与绝缘油介质接触，无其它气体交叉敏感的几大优势，可提高测量精度，且测量范围广，可实现氢气0.4～100％浓度的测量。采用绝压变送器作为压力传感器，准确性高，稳定性好，且无负载影响，提高了压力信号的检测精度。采用热电偶温度传感器，测温范围大且可直接输出电流信号，大大提升了检测效率。

采用无线传输，实时进行信号传递，避免了传输过程中因为距离等原因导致的检测误差及干扰，同时具有双边通信功能，实现了系统的既可采集又可控制。通过信号处理，可以对传感器捕获的信息进行处理，过滤各种干扰噪声及失真数据，提供高精度样本检测数据，大大提高测量精度。

附图说明

图1为本发明公开的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统的结构示意图。

图2为本发明公开的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统的集成传感器封装盒示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施方案作进一步地详细的描述。

如图1所示，本发明实施例所述的油纸电容式套管压力氢气温度三合一综合检测系统，包括压力-氢气-温度三合一集成传感器1、多通道隔离电源模块3、信号处理模块4、传感器信号灯5以及数据显示后台6。所述三合一集成传感器1通过屏蔽线连接到信号处理模块4及三个信号灯5，所述电源模块3分别与集成传感器1和信号处理模块4连接，所述信号处理模块4与数据显示后台6通过无线传输方式连接。

如图2所示，三合一集成传感器1采用氢气、压力及温度传感器组合封装而成。其中，氢气传感器采用新一代钯合金氢气薄膜传感器，通过分子吸附至合金薄膜表面，在钯合金薄膜的催化作用下，氢气分子分解，引起晶格膨胀与相变，造成合金薄膜电导率产生变化。压力传感器采用绝压变送器，通过在传感器一侧接受被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室进而输出直流信号。温度传感器则采用测温范围大且可直接输出电流信号的热电偶温度传感器。另外，在集成传感器1前端设有预留带阀门的取油口2。

集成封装传感器1与套管取油口连接处设有预留取油阀2，可供后续采集油样检测使用。多通道隔离电源模块3可提供不同的电压，满足集成传感器1和信号处理模块4的各自的电压需求，且与高压端隔离。信号处理模块4包括信号转换电路、运放电路以及无线信号收发装置。数据显示后台6具有双边通信功能，即能接受并显示所测数据，也能发出信号指令控制其他模块的休眠与启动。传感器信号灯5由红、黄、绿三种颜色组成，分别对应压力、氢气及温度传感器。当传感器工作正常时信号灯亮起，传感器故障则信号灯闪烁或熄灭，可直观迅速定位故障传感器。

本发明根据检测结果可以对套管运行状态做简单诊断：①氢气超标判断为套管内部存在绝缘受潮；②压力突然超标说明套管内部存在突发性绝缘故障，压力缓慢增加说明套管内部存在持续发展的放电绝缘缺陷，压力持续变小说明存在漏油情况；③温度过高，说明里面存在过热绝缘缺陷；④氢气和压力同时变大，说明油纸电容式套管里面存在因受潮而产生的严重或突发性绝缘缺陷；⑤氢气含量超标且温度过高，说明存在局部放电甚至是破坏性击穿等故障。该检测系统能够快速实时地获取油纸电容式套管内部氢气、压力及温度数据，从而实现更加高效、多方位的少油设备在线监测。

如图1，其原理为：系统后台开机，发送指令系统各模块自检。系统无异常后打开进油阀8，绝缘油依靠套管自身油压进入集成传感器1，进而获取相关参量信息，信号传送至信号灯5处，通过信号灯的显示状态直观判断传感器工作状况，同时信号处理模块4将传输来的模拟信号转换成数字信号，并经过运算电路的处理，噪声过滤，送入无线信号发射装置，最终在数据后台6的显示屏上获取到详细的检测信息。

具体步骤为：

1)后台6启动，发出指令使其他模块自检；

2)如果系统不正常则后台提示报错，若正常则发送指令，集成传感器1获取数据，在不发出中断指令的情况下传感器将始终保持获取数据状态；

3)信号传送至信号灯5处，观察信号灯状态对各传感器状况作初步判断，同时获取的输出信号也将送入信号处理模块4进行信号处理及无线传输；

4)数据接收模块获取数据，得到相关参量检测结果

以上实施将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：包括压力-氢气-温度三合一集成传感器、多通道隔离电源模块、信号处理模块、传感器信号灯以及数据显示后台；所述三合一集成传感器封装后通过不锈钢螺纹接口与套管取油口连接，通过屏蔽线同时与信号处理模块及三个传感器信号灯连接，所述多通道隔离电源模块分别与集成传感器和信号处理模块连接，所述信号处理模块与数据显示后台通过无线传输方式连接。

2.根据权利要求1所述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：所述三合一集成传感器采用氢气、压力及温度传感器组合封装而成；其中，氢气传感器采用新一代钯合金氢气薄膜传感器，通过分子吸附至合金薄膜表面，在钯合金薄膜的催化作用下，氢气分子分解，引起晶格膨胀与相变，造成合金薄膜电导率产生变化；压力传感器采用绝压变送器，通过在传感器一侧接受被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室进而输出直流信号；温度传感器则采用测温范围大且直接输出电流信号的热电偶温度传感器。

3.根据权利要求2所述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：所述集成封装传感器与套管取油口连接处设有预留取油阀，可供后续采集油样检测使用。

4.根据权利要求1所述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：所述信号处理模块沿信号传输路径依次包括信号转换电路、运放电路以及无线信号收发装置。

5.根据权利要求1所述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：所述数据显示后台具有双边通信功能，即能接受并显示所测数据，也能发出信号指令控制集成传感器、多通道隔离电源模块、信号处理模块及传感器信号灯的休眠与启动。

6.根据权利要求1所述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统，其特征在于：所述传感器信号灯由红、黄、绿三种颜色组成，分别对应压力、氢气及温度传感器；当传感器工作正常时信号灯亮起，传感器故障则信号灯闪烁或熄灭，可直观迅速定位故障传感器。

7.一种采用权利要求1所述的油纸电容式套管压力-氢气-温度三合一综合检测系统的检测方法，其特征在于：包括

通过压力-氢气-温度集成传感器在油纸电容式套管取油口处获取相关参量信息，

信号传送至信号灯处直观反映传感器工作状况，同时信号处理模块将传输来的模拟信号转换成数字信号，并经过运算电路的处理，送入无线信号发射装置，最终在显示屏上获取到详细的检测信息。

8.根据权利要求7所述的的检测方法，其特征在于：其具体步骤为：

1)后台启动，发出指令使电源模块、信号处理模块及传感器信号灯自检；

2)如果系统不正常则后台提示报错，若正常则发送指令，集成传感器获取数据，在不发出中断指令的情况下传感器将始终保持获取数据状态；

3)信号传送至信号灯处，观察信号灯状态对各传感器状况作初步判断，同时获取的输出信号也将送入信号处理模块进行信号处理及无线传输；

4)数据接收模块获取数据，得到相关参量检测结果。

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