CN116106791B - 变压器网侧套管的故障检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变压器网侧套管的故障检测装置，变压器网侧套管与变压器连接，变压器网侧套管设有油头活口；故障检测装置包括壳体以及设置在壳体内的油气检测机构和控制单元，壳体与油头活口之间连接有油气分离阀，油气分离阀的进油口和进气口分别连接有导油管和导气管；本发明采用下安装座和上安装座对透视仓的两端进行封闭，由活塞板将透视仓内腔分隔成上、下两个独立的空腔，并通过油气分离阀将导油管和导气管分别连通活塞板下方和上方的空腔，通过电机驱动活塞板竖直滑动，进行油液和气体的抽取和泵送，同时由油液探头和气体探头对抽取的油液和气体进行检测，更加便于实时检测套管内的油液状态和气体数据，能够实时监测变压器网侧套管的故障。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体为变压器网侧套管的故障检测装置。
背景技术
变压器网侧套管是将变压器内部高、低压引线引到油箱外部的绝缘套管，不但作为引线对地绝缘，而且担负着固定引线的作用。变压器网侧套管具有结构复杂、故障隐蔽性强、用油量少、内部空间狭小、形状细长等特点，是特高压输变电设备中的故障高发部件。为了及时发现换流变压器网侧套管内早期潜伏性绝缘故障，保障电气设备乃至整个电力系统的安全可靠运行，电力行业通过检测套管中的C2H2和H2等故障特征气体的浓度，来定量评估换流变压器网侧套管内绝缘故障的程度。
中国专利(公开号为CN112684307A)公开了换流变压器网侧套管故障检测装置，公布了通过外置油导流管配合循环油泵进行套管内油液的循环，并在外置油导流管通过第一气用电磁阀和第二气用电磁阀组建旁路，由光声光谱在线监测仪进行旁路的油液进行溶解气体监测，通过监测溶解气体的含量进行套管故障分析。
由于套管出现故障时，油液中溶解的气体量浓度较低，通过固定设置或便携式的气相色谱仪进行检测和故障分析较为繁琐，难以实时获得套管故障信息，不利于对套管进行及时的维护，并且套管中会充入保护气体(SF6)，当套管油液中出现表征故障的特征气体时，套管中必然会有气态的特征气体出现。因此，为解决上述问题，现提出能够快速实时获取故障信息的变压器网侧套管的故障检测装置。
发明内容
本发明目的是提供变压器网侧套管的故障检测装置，以解决现有技术中外置分析设备的检测和故障分析难以获得实时的套管故障信息，不利于套管进行及时的维护的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：变压器网侧套管的故障检测装置，变压器网侧套管与变压器连接，所述变压器网侧套管设有油头活口；
所述故障检测装置包括壳体以及设置在壳体内的油气检测机构和控制单元，所述壳体的端口连接有用于安装控制单元的盖板，所述壳体与油头活口之间连接有油气分离阀，所述油气分离阀的进油口和进气口分别连接有导油管和导气管，所述导油管伸入变压器网侧套管内的油液中，所述导气管背离油气分离阀的一端伸出变压器网侧套管内的油液面，所述油气分离阀的出油口和出气口分别连接有导油电磁阀和导气电磁阀；
所述油气检测机构包括透视仓以及用于分别封闭透视仓两端的下安装座和上安装座，所述透视仓内滑动安装有活塞板，所述活塞板将透视仓内腔分离为上、下两个独立的空腔，所述活塞板下方和上方的空腔分别与导油电磁阀和导气电磁阀连通，所述下安装座和上安装座内分别设有与控制单元电性连接的油液探头和气体探头，所述上安装座的顶端设有驱动盖，所述驱动盖连接有电机，所述电机连接并驱动活塞板在透视仓内滑动；
优选的，还包括设置在壳体内的油口电磁阀和气口电磁阀，所述油口电磁阀和气口电磁阀一端的端口贯穿盖板，所述油口电磁阀和气口电磁阀另一端的端口分别与活塞板下方和上方的空腔连通。
优选的，所述透视仓内转动安装有螺杆，所述螺杆连接并驱动活塞板，所述电机和螺杆的轴端通过齿轮进行动力链接。
优选的，所述油液探头用于检测油液的水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度，所述油液探头包括分别检测油液水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度的传感器。
优选的，所述气体探头用于检测变压器网侧套管中各类气体的温度、压力和含量，所述气体探头包括分别检测CO、CO2、CH4、C2H6、C2H2、C2H4和H2的气体传感器以及检测温度和压力的传感器。
优选的，所述油气分离阀包括连接壳体和油头活口的阀体，所述阀体水平开设有两个并列的导流道，其中一个所述导流道用于连通导油管和导油电磁阀，另一个所述导流道用于连通导气管和导气电磁阀。
本发明至少具备以下有益效果：
1、本发明采用下安装座和上安装座对透视仓的两端进行封闭，由活塞板将透视仓内腔分隔成上、下两个独立的空腔，并通过油气分离阀将导油管和导气管分别与导油电磁阀和导气电磁阀连通，进而由导油电磁阀和导气电磁阀分别连通活塞板下方和上方的空腔，通过电机驱动活塞板竖直滑动，进行油液和气体的抽取和泵送，同时由油液探头和气体探头对抽取的油液和气体进行检测，更加便于实时检测变压器网侧套管内的油液状态和气体数据，能够实时监测套管的故障，并分析故障类型，相较于传统的色谱仪进行分析处理，能够及时有效地获取变压器网侧套管的实时故障信息，便于变压器网侧套管的及时维护；
2、本发明采用油气分离阀将壳体与变压器网侧套管连接，并通过两个并列的导流道分别连通导油管和导气管，进行油液和废气的分离输送，更加便于故障检测，并通过设置油口电磁阀和气口电磁阀，进而通过油口电磁阀、气口电磁阀、导油电磁阀和导气电磁阀的启闭配合，通过活塞板方便套管内油液的更换，并通过设置气口电磁阀，便于变压器网侧套管内废气的排出以及保护气体的补充。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的展开结构示意图；
图3为油气检测机构的爆炸结构示意图；
图4为油气分离阀的爆炸结构示意图。
附图标记中：1、变压器网侧套管；2、油头活口；3、壳体；4、盖板；5、油气检测机构；51、透视仓；52、下安装座；53、上安装座；54、连接杆；55、锁紧螺母；56、驱动盖；57、电机；58、螺杆；59、活塞板；510、齿轮；511、导油口；512、导气口；513、下光源；514、油液探头；515、上光源；516、气体探头；6、油气分离阀；61、阀体；62、导流道；63、安装孔；64、阀杆；65、连通孔；66、限位盖；67、手柄；7、堵头；8、导油管；9、导气管；10、导油电磁阀；11、油口电磁阀；12、连通管；13、导气电磁阀；14、气口电磁阀；15、控制单元；16、蓄电池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：变压器网侧变压器网侧套管的故障检测装置，变压器网侧套管1与变压器连接，具体的，变压器网侧套管1安装在变压器上，变压器网侧套管1设有油头活口2；
故障检测装置包括壳体3以及设置在壳体3内的油气检测机构5和控制单元15，壳体3的端口连接有用于安装控制单元15的盖板4，具体的，盖板4对壳体3的端口进行封闭，且盖板4采用透明材质的塑料制造，壳体3与油头活口2之间连接有油气分离阀6，油气分离阀6的进油口和进气口分别连接有导油管8和导气管9，导油管8伸入变压器网侧套管1内的油液中，具体的，导油管8呈直角状向下伸入变压器网侧套管1内的油液底部，导气管9背离油气分离阀6的一端伸出变压器网侧套管1内的油液面，具体的，导气管9呈直角状进入变压器网侧套管1内，并向上伸出变压器网侧套管1内的油液面，油气分离阀6的出油口和出气口分别连接有导油电磁阀10和导气电磁阀13；
油气检测机构5包括透视仓51以及用于分别封闭透视仓51两端的下安装座52和上安装座53，透视仓51内滑动安装有活塞板59，具体的，活塞板59的外壁环形开设有多个并列的沉槽，多个沉槽内分别套设有密封圈，密封圈用于活塞板59外壁与透视仓51内壁之间的密封，活塞板59将透视仓51内腔分离为上、下两个独立的空腔，具体的，上方为气腔，下方为油腔，进行油气分离，活塞板59下方和上方的空腔分别与导油电磁阀10和导气电磁阀13连通，具体的，下安装座52的两侧均开设有直角状流道的导油口511一侧的导油口511连通活塞板59下方空腔和导油电磁阀10，导气电磁阀13背离油气分离阀6一端侧端口连接有连通管12，上安装座53的两侧均开设有直角状流道的导气口512，一侧的导气口512连通活塞板59上方空腔和连通管12，下安装座52内设有与控制单元15电性连接的下光源513和油液探头514，上安装板53内设有与控制单元15电性连接的上光源515和气体探头516，具体的，油液探头514和气体探头516分别沉入安装在下安装座52和上安装座53内，且油液探头514和气体探头516分别与活塞板59下方和上方空腔内的油液和废气接触，油液探头514用于检测活塞板59下方空腔内的油液，气体探头516用于检测活塞板59上方空腔的废气，下光源513和上光源515分别用于对油液和气体进行补光，便于工作人员观察，上安装座53的顶端设有驱动盖56，驱动盖56连接有电机57，电机57连接并驱动活塞板59在透视仓51内滑动，具体的，下安装座52和上安装座53均开设有沉孔，且沉孔内壁蚀刻内螺纹，下安装座52内的沉孔用于油液探头514和下光源513的安装，上安装座53内的沉孔用于气体探头516和上光源515的安装。
其中，还包括设置在壳体3内的蓄电池16，蓄电池16与控制单元15电性连接，且控制单元15可电性连接光伏板，对蓄电池16进行电能补充。
其中，控制单元15包括由控制主板、显示屏组成，控制主板设有处理器、存储器、数据传输模块，处理器用于处理油液探头514和气体探头516采集的数据，并根据数据判定变压器网侧套管1的故障原因，生成对应的故障码，存储器用于储存油液探头514和气体探头516采集的数据，当出现故障时，记录故障原因和故障码，数据传输模块用于将油液探头514和气体探头516采集的数据、故障原因和故障码通过包括4G、5G、无线通信的数据传输方式远程发送至管理人员的终端设备。
其中，油液探头514用于检测油液的水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度，油液探头514包括分别检测油液水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度的传感器，具体的，油液的水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度参数的检测可以采用独立的传感器，也可以采用多合一传感器，例如YFV6油液监测传感器，能够进行油液的水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度参数的六合一实时监测。
其中，气体探头516用于检测变压器网侧套管1中各类气体的温度、压力和含量，气体探头516包括分别检测CO、CO2、CH4、C2H6、C2H2、C2H4和H2的气体传感器以及检测温度和压力的传感器，具体的，CO、CO2、CH4、C2H6、C2H2、C2H4和H2的气体含量检测以及温度和压力参数的检测可以分别采用独立的气体传感器、温度传感器和压力传感器，也可以采用多合一传感器。
其中，透视仓51内转动安装有螺杆58，螺杆58连接并驱动活塞板59，具体的，活塞板59端面的一侧或两侧蚀刻有内螺纹孔，活塞板59的内螺纹孔与螺杆58的外螺纹配合，电机57和螺杆58的轴端通过齿轮510进行动力链接，具体的，电机57和螺杆58的轴端均设有容置在上安装座53和驱动盖56之间的齿轮510，电机57轴端的齿轮510与螺杆58轴端的齿轮510啮合，且齿轮510的分度圆直径不同，即电机57轴端的齿轮510分度圆直径小于螺杆58轴端的齿轮510，通过不同分度圆直径的齿轮510啮合，实现降速増扭。
其中，下安装座52和上安装座53靠近透视仓51的一侧均设有凸台，凸台伸入透视仓51内，且凸台的外壁套设有密封圈，用于透视仓51两端分别与下安装座52和上安装座53配合的密封，即可通过下安装座52和上安装座53的凸台对透视仓51的端口进行定位，更加方便拆装，且凸台外侧套设密封圈，能够有效地提高透视仓51两端的气密性。
其中，下安装座52穿设有深入透视仓51内的连接杆54，具体的，连接杆54设置有两个或四个，连接杆54与活塞板59滑动连接，具体的，活塞板59的端面开设有与连接杆54对应配合的通孔，连接杆54背离下安装座52的一端与上安装座53连接，具体的，连接杆54的两端分别与下安装座52和上安装座53连接，连接杆54为长螺栓，长螺栓设有内六角或外六角的一端沉入安装在下安装座52底面，蚀刻外螺纹的一端贯穿上安装座53，且上安装座53的顶面沉入安装有与长螺栓螺纹连接的锁紧螺母55，即可通过连接杆54连接下安装座52和上安装座53，更加便于拆装维护，并通过连接杆54对活塞板59进行竖直滑动导向，有效地提高活塞板59的稳定；
可想而知的是，连接杆54也可以在两端蚀刻外螺纹，两端分别贯穿下安装座52和上安装座53，而锁紧螺母55沉入安装在下安装座52的底面和上安装座53的顶面，并与连接杆54端部的外螺纹进行配合。
在本实施例中，通过下安装座52和上安装座53对透视仓51的两端进行封闭，由活塞板59将透视仓51内腔分隔成上、下两个独立的空腔，并通过油气分离阀6将导油管8和导气管9分别与导油电磁阀10和导气电磁阀13连通，进而由导油电磁阀10和导气电磁阀13分别连通活塞板59下方和上方的空腔，通过电机57驱动活塞板59竖直滑动，进行油液和气体的抽取和泵送，同时由油液探头514和气体探头516对抽取的油液和气体进行检测，更加便于实时检测变压器网侧套管1内的油液状态和气体数据，能够实时监测变压器网侧套管1的故障，并分析故障类型。
不同故障类型下，变压器网侧套管1内气体产生特征如下表：
| 故障类型 | 主要气体组分 | 次要气体组分 |
| 油过热 | CH4、C2H4 | H2、C2H6 |
| 油和纸过热 | CH4、C2H4、CO、C02 | H2、C2H6 |
| 油、纸绝缘中局部放电 | H2、CH4，CO | C2H6、C02 |
| 油和纸中电弧 | H2、C2H2、CO、CO2 | CH4、C2H4、C2H6 |
| 油中电弧 | H2、C2H2 | CH4、C2H4、C2H6 |
| 油中火花放电 | H2、C2H2 | |
| 进水受潮或油中气泡 | H2 |
上述气体特征表征的故障类型外，通过油液探头514检测套管1内的油液，出现油样不合格、油液渗漏、油液过热时，进行油样更换、气密性排查、套管缺陷排查。
实施例2
请参阅图1、2、4，在实施例1的基础上，不同之处在于：
进一步地，油气分离阀6包括连接壳体3和油头活口2的阀体61，阀体61水平开设有两个并列的导流道62，其中一个导流道62用于连通导油管8和导油电磁阀10，另一个导流道62用于连通导气管9和导气电磁阀13，即可通过阀体61将壳体3与变压器网侧套管1连接，并通过两个并列的导流道62分别连通导油管8和导气管9，进行油液和废气的分离输送，更加便于故障检测。
其中，油气分离阀6还包括两个分别竖直贯穿导流道62的阀杆64，两个阀杆64竖直转动安装在阀体61内，具体的，阀体61竖直开设有两个并列的安装孔63，两个安装孔63分别与导流道62连通，阀杆64与安装孔63轴孔配合，且安装孔63的两端螺纹连接有与阀杆64孔轴配合的限位盖66，限位盖66伸入安装孔63的一端与阀杆64的轴肩配合，两个阀杆64开设有与导流道62对应配合的连通孔65，具体的，连通孔65处的阀杆64外径大于导流道62的内径，阀杆64的顶端设有手柄67，即可通过在阀杆64开设连通孔65，由阀杆64竖直贯穿导流道62，通过转动阀杆64调整连通孔65与导流道62的通断，实现导流道62的启闭，使用更加方便，且便于拆装维护。
其中，油头活口2内沉入安装有堵头7，堵头7用于阀体61和油头活口2以及导流道62和导油管8、导气管9的密封，具体的，堵头7的端面开设有与导油管8和导气管9配合的沉孔，该沉孔用于包覆导油管8和导气管9的端部，即可通过堵头7提高阀体61和油头活口2连接的气密性，并对导油管8和导气管9与导流道62连通位置进行密封。
在本实施例中，通过阀体61将壳体3与变压器网侧套管1连接，并通过两个并列的导流道62分别连通导油管8和导气管9，进行油液和废气的分离输送，并通过在阀杆64开设连通孔65，由阀杆64竖直贯穿导流道62，通过转动阀杆64调整连通孔65与导流道62的通断，实现导流道62的启闭，使用更加方便，且便于拆装维护。
实施例3
请参阅图1-4，在实施例1或2的基础上，不同之处在于：
进一步地，还包括设置在壳体3内的油口电磁阀11和气口电磁阀14，油口电磁阀11和气口电磁阀14一端的端口贯穿盖板4，油口电磁阀11和气口电磁阀14另一端的端口分别与活塞板59下方和上方的空腔连通，具体的，下安装座52另一侧的导油口511连通活塞板59下方空腔和油口电磁阀11，气口电磁阀14背离盖板4一端的端口连接有连通管12，上安装座53另一侧的导气口512连通活塞板59上方空腔和连通管12，即可通过设置油口电磁阀11，方便变压器网侧套管1内油液的更换，并通过设置气口电磁阀14，便于变压器网侧套管1内废气的排出以及保护气体的补充。
在本实施例中，通过设置油口电磁阀11和气口电磁阀14，在油液需要更换时，通过开启导油电磁阀10和气口电磁阀14，由电机57驱动活塞板59上移，将变压器网侧套管1内的油液抽入透视仓51内，行程终点后，关闭导油电磁阀10并开启油口电磁阀11，将油液通过油口电磁阀11排出，如此往复至变压器网侧套管1内油液排空；添加油液时，开启油口电磁阀11和气口电磁阀14，将油液抽入透视仓51内，活塞板59上行终点后，关闭油口电磁阀11并开启导油电磁阀10，将油液泵入变压器网侧套管1内，如此往复至变压器网侧套管1内油液达到预定位置；
变压器网侧套管1内的废气排出时，开启导气电磁阀13和油口电磁阀11，通过电机57驱动活塞板59下行，将变压器网侧套管1内的废气抽入透视仓51内，活塞板59下行至终点时，关闭导气电磁阀13，开启气口电磁阀14，活塞板59上行，将废气经气口电磁阀14排出，如此往复至变压器网侧套管1内的废气排空；补充保护气体时，开启油口电磁阀11和气口电磁阀14，将保护气体抽入透视仓51内，活塞板59下行终点后，关闭气口电磁阀14，并开启导气电磁阀13，将保护气体泵入变压器网侧套管1内，如此往复至变压器网侧套管1内保护气体的气压达到预定数值。从而更加方便变压器网侧套管1内油液的更换、废气的排出以及保护气体的补充，更有利于变压器网侧套管1的故障检修。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.变压器网侧套管的故障检测装置，变压器网侧套管（1）与变压器连接，所述变压器网侧套管（1）设有油头活口（2），其特征在于：
所述故障检测装置包括壳体（3）以及设置在壳体（3）内的油气检测机构（5）和控制单元（15），所述壳体（3）的端口连接有用于安装控制单元（15）的盖板（4），所述壳体（3）与油头活口（2）之间连接有油气分离阀（6），所述油气分离阀（6）的进油口和进气口分别连接有导油管（8）和导气管（9），所述导油管（8）伸入变压器网侧套管（1）内的油液中，所述导气管（9）背离油气分离阀（6）的一端伸出变压器网侧套管（1）内的油液面，所述油气分离阀（6）的出油口和出气口分别连接有导油电磁阀（10）和导气电磁阀（13）；
所述油气检测机构（5）包括透视仓（51）以及用于分别封闭透视仓（51）两端的下安装座（52）和上安装座（53），所述透视仓（51）内滑动安装有活塞板（59），所述活塞板（59）将透视仓（51）内腔分离为上、下两个独立的空腔，所述活塞板（59）下方和上方的空腔分别与导油电磁阀（10）和导气电磁阀（13）连通，所述下安装座（52）和上安装座（53）内分别设有与控制单元（15）电性连接的油液探头（514）和气体探头（516），所述上安装座（53）的顶端设有驱动盖（56），所述驱动盖（56）连接有电机（57），所述电机（57）连接并驱动活塞板（59）在透视仓（51）内滑动；
还包括设置在壳体（3）内的油口电磁阀（11）和气口电磁阀（14），所述油口电磁阀（11）和气口电磁阀（14）一端的端口贯穿盖板（4），所述油口电磁阀（11）和气口电磁阀（14）另一端的端口分别与活塞板（59）下方和上方的空腔连通。
2.根据权利要求1所述的变压器网侧套管的故障检测装置，其特征在于：所述透视仓（51）内转动安装有螺杆（58），所述螺杆（58）连接并驱动活塞板（59），所述电机（57）和螺杆（58）的轴端通过齿轮（510）进行动力链接。
3.根据权利要求1所述的变压器网侧套管的故障检测装置，其特征在于：所述油液探头（514）用于检测油液的水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度，所述油液探头（514）包括分别检测油液水分、密度、粘度、介电常数、水分活度和温度的传感器。
4.根据权利要求1所述的变压器网侧套管的故障检测装置，其特征在于：所述气体探头（516）用于检测变压器网侧套管（1）中各类气体的温度、压力和含量，所述气体探头（516）包括分别检测CO、CO2、CH4、C2H6、C2H2、C2H4和H2的气体传感器以及检测温度和压力的传感器。
5.根据权利要求1所述的变压器网侧套管的故障检测装置，其特征在于：所述油气分离阀（6）包括连接壳体（3）和油头活口（2）的阀体（61），所述阀体（61）水平开设有两个并列的导流道（62），其中一个所述导流道（62）用于连通导油管（8）和导油电磁阀（10），另一个所述导流道（62）用于连通导气管（9）和导气电磁阀（13）。
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