CN117030535B - 一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力监测技术领域，尤其涉及一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，包括：壳体，壳体内包括一容置空间，且容置空间在其中一端与高压电气设备气室连通；多参量传感器，多参量传感器设置于容置空间内，对SF6气体密度和微水含量进行测量及传输；循环组件，循环组件设置于壳体上，循环组件包括一循环腔体及加热机构，循环腔体与容置空间连通，加热机构对循环腔体进行加热；其中，加热机构对循环腔体进行加热时，循环腔体内气压升高，气体从循环腔体内流向容置空间，当循环腔体冷却时，循环腔体内气压降低，气体从容置空间内流向循环腔体，实现气体循环。本发明中，可测得准确的微水含量，防止误判，保证高压电气设备的安全。

Description

一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器

技术领域

本发明涉及电力监测技术领域，尤其涉及一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器。

背景技术

SF6（六氟化硫）气体在高压电气设备中的作用是灭弧和绝缘，高压电气设备内SF6气体的密度降低或者微水含量超标将严重影响SF6高压电气设备的安全运行。SF6气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的丧失，将严重影响设备的电气性能，对安全运行造成严重隐患。目前，在线监测SF6高压电气设备中的气体密度值已经非常普遍了，同时微水的测量也日益凸显其重要性。

其中，实现密度在线监测的主要是带远传功能的密度继电器，但很少有能够测量微水的远传密度继电器，如果需要测量微水，只能采用相关仪器或安装传感器，这种方式虽然可以测量出微水，但可靠性不高，主要因为测量点的气体是局部的或者静止的，不能真正测量到气室内部的微水含量，容易造成误判，带来安全隐患。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供了一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，从而有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，包括：

壳体，所述壳体内包括一容置空间，且所述容置空间在其中一端与高压电气设备气室连通；

多参量传感器，所述多参量传感器设置于所述容置空间内，对SF6气体密度和微水含量进行测量及传输；

循环组件，所述循环组件设置于所述壳体上，所述循环组件包括一循环腔体及加热机构，所述循环腔体与所述容置空间连通，所述加热机构对所述循环腔体进行加热；

其中，所述加热机构对所述循环腔体进行加热时，所述循环腔体内气压升高，气体从所述循环腔体内流向所述容置空间，当所述循环腔体冷却时，所述循环腔体内气压降低，气体从所述容置空间内流向所述循环腔体，实现气体循环。

进一步地，所述多参量传感器在所述容置空间与高压电气设备气室连通的另一端，与所述壳体可拆卸连接，所述多参量传感器与所述壳体连接时，对所述容置空间进行密封。

进一步地，所述壳体在与高压电气设备气室连通的一端设置有第一自封结构，所述第一自封结构在所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，对所述容置空间与高压电气设备气室断开连通。

进一步地，所述第一自封结构包括：

第一阀杆，所述第一阀杆穿过所述壳体，并与所述壳体相对滑动；

第一限位机构，所述第一限位机构设置于所述第一阀杆位于所述容置空间内的一端，且限制所述第一阀杆向所述容置空间外的一端运动；

第一密封结构，所述第一密封结构设置于所述第一阀杆位于所述容置空间外的一端，随所述第一阀杆进行运动，当所述第一密封结构靠近并贴紧所述壳体时，断开所述容置空间与高压电气设备气室的连通；

所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，所述第一限位机构推动所述第一阀杆运动，使所述第一密封结构靠近并贴紧所述壳体，断开所述容置空间与高压电气设备气室的连通；

所述多参量传感器与壳体连接时，推动所述第一阀杆，使所述第一密封结构远离所述壳体，连通所述容置空间与高压电气设备的气室。

进一步地，所述第一密封结构包括一挡边，所述挡边在靠近所述壳体的一端设置有密封圈，所述壳体在靠近所述第一密封结构的一端设置有若干连通孔，若干所述连通孔在所述挡边和密封圈靠近并贴紧所述壳体时，位于所述密封圈内。

进一步地，所述多参量传感器上设置有锥形结构，所述循环组件上设置有第二自封结构，所述第二自封结构与所述多参量传感器的所述锥形结构对应设置，当所述多参量传感器与所述壳体连通时，所述锥形结构推动所述第二自封结构，将所述循环腔体与所述容置空间连通，所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，所述第二自封结构对所述循环腔体与所述容置空间断开连通。

进一步地，所述第二自封结构包括：

第二阀杆，所述第二阀杆穿过所述壳体，并与所述壳体相对滑动；

第二限位机构，所述第二限位机构设置于所述第二阀杆位于所述壳体外的一端，限制所述第二阀杆向远离所述壳体的一端运动；

第二密封结构，所述第二密封结构设置于所述第二阀杆位于所述壳体外的一端，所述第二密封结构在所述第二阀杆靠近所述壳体时，断开所述循环腔体与所述容置空间的连通；

所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，所述第二限位机构推动所述第二阀杆运动，使所述第二密封结构靠近并贴紧所述循环组件与所述壳体连通处，断开所述循环腔体与所述容置空间的连通；

所述多参量传感器与壳体连接时，所述锥形结构推动所述第二阀杆，使所述第二密封结构远离所述壳体，连通所述循环腔体与所述容置空间。

进一步地，所述第二阀杆在位于所述容置空间的一端设置有滚珠。

进一步地，所述循环腔体与所述容置空间连通处设置有锥形密封面，所述第二密封结构套设有密封圈，所述第二密封结构在靠近所述壳体时，所述密封圈与所述锥形密封面相互贴紧，形成密封，断开所述循环腔体与所述容置空间的连通。

进一步地，所述多参量传感器包括：

外壳，及设置于所述外壳内的传感器组和处理单元，所述传感器组对SF6气体密度和微水含量进行测量，所述处理单元对数据进行处理；

通讯模块，所述通讯模块对得到的数据进行传输；

电源模块，所述电源模块进行提供电能。

本发明的有益效果为：本发明通过设置多参量传感器和循环组件，壳体内与高压电气设备气室连通，多参量传感器设置在容置空间内，对SF6气体密度和微水含量进行测量和传输，为了防止由于测量点的气体是局部的或者静止的，从而造成误判，所以循环组件包括循环腔体和加热机构，加热机构对循环腔体进行加热时，循环腔体内气压升高，气体从循环腔体内流向容置空间，当循环腔体冷却时，循环腔体内气压降低，气体从容置空间内流向循环腔体，实现气体循环功能，经过数次的循环后，可实现所有空间内的气体中微水的均匀分布，停止加热一段时间后，即可测得准确的微水含量，防止误判，保证高压电气设备的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为多参量传感器的结构示意图；

图3为第一自封结构的结构示意图；

图4为第二自封结构的结构示意图；

图5为多参量传感器与壳体脱离时的结构示意图；

图6为多参量传感器的电路图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至6所示：一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，包括：

壳体1，壳体1内包括一容置空间11，且容置空间11在其中一端与高压电气设备气室连通；

多参量传感器2，多参量传感器2设置于容置空间11内，对SF6气体密度和微水含量进行测量及传输；

循环组件3，循环组件3设置于壳体1上，循环组件3包括一循环腔体31及加热机构32，循环腔体31与容置空间11连通，加热机构32对循环腔体31进行加热；

其中，加热机构32对循环腔体31进行加热时，循环腔体31内气压升高，气体从循环腔体31内流向容置空间11，当循环腔体31冷却时，循环腔体31内气压降低，气体从容置空间11内流向循环腔体31，实现气体循环。

通过设置多参量传感器2和循环组件3，壳体1内与高压电气设备气室连通，多参量传感器2设置在容置空间11内，对SF6气体密度和微水含量进行测量和传输，为了防止由于测量点的气体是局部的或者静止的，从而造成误判，所以循环组件3包括循环腔体31和加热机构32，加热机构32对循环腔体31进行加热时，循环腔体31内气压升高，气体从循环腔体31内流向容置空间11，当循环腔体31冷却时，循环腔体31内气压降低，气体从容置空间11内流向循环腔体31，实现气体循环功能，经过数次的循环后，可实现所有空间内的气体中微水的均匀分布，停止加热一段时间后，即可测得准确的微水含量，防止误判，保证高压电气设备的安全。

在本实施例中，多参量传感器2在容置空间11与高压电气设备气室连通的另一端，与壳体1可拆卸连接，多参量传感器2与壳体1连接时，对容置空间11进行密封。

通过将多参量传感器2与壳体1可拆卸连接，从而在多参量传感器2需要进行维修或更换时，方便将多参量传感器2与壳体1进行分离，然后将多参量传感器2进行维修或更换，维修或更换完成后，将多参量传感器2与壳体1进行连接，并对容置空间11进行密封，继续监测SF6气体密度和微水含量。

其中，壳体1在与高压电气设备气室连通的一端设置有第一自封结构4，第一自封结构4在多参量传感器2与壳体1断开连接时，对容置空间11与高压电气设备气室断开连通。

作为上述实施例的优选，第一自封结构4包括：

第一阀杆41，第一阀杆41穿过壳体1，并与壳体1相对滑动；

第一限位机构42，第一限位机构42设置于第一阀杆41位于容置空间11内的一端，且限制第一阀杆41向容置空间11外的一端运动；

第一密封结构43，第一密封结构43设置于第一阀杆41位于容置空间11外的一端，随第一阀杆41进行运动，当第一密封结构43靠近并贴紧壳体1时，断开容置空间11与高压电气设备气室的连通；

多参量传感器2与壳体1断开连接时，第一限位机构42推动第一阀杆41运动，使第一密封结构43靠近并贴紧壳体1，断开容置空间11与高压电气设备气室的连通；

多参量传感器2与壳体1连接时，推动第一阀杆41，使第一密封结构43远离壳体1，连通容置空间11与高压电气设备的气室。

通过设置第一自封结构4，在将多参量传感器2进行维修或更换时，将多参量传感器2与壳体1分离，此时第一自封结构4会自动对高压电气设备的气室进行密封，从而在不停电状态下，断开与容置空间11的连通，防止SF6气体从容置空间11泄露。

其中，第一密封结构43包括一挡边431，挡边431在靠近壳体1的一端设置有密封圈6，壳体1在靠近第一密封结构43的一端设置有若干连通孔12，若干连通孔12在挡边431和密封圈6靠近并贴紧壳体1时，位于密封圈6内。

在本实施例中，多参量传感器2上设置有锥形结构21，循环组件3上设置有第二自封结构5，第二自封结构5与多参量传感器2的锥形结构21对应设置，当多参量传感器2与壳体1连通时，锥形结构21推动第二自封结构5，将循环腔体31与容置空间11连通，多参量传感器2与壳体1断开连接时，第二自封结构5对循环腔体31与容置空间11断开连通。

第二自封结构5包括：

第二阀杆51，第二阀杆51穿过壳体1，并与壳体1相对滑动；

第二限位机构52，第二限位机构52设置于第二阀杆51位于壳体1外的一端，限制第二阀杆51向远离壳体1的一端运动；

第二密封结构53，第二密封结构53设置于第二阀杆51位于壳体1外的一端，第二密封结构53在第二阀杆51靠近壳体1时，断开循环腔体31与容置空间11的连通；

多参量传感器2与壳体1断开连接时，第二限位机构52推动第二阀杆51运动，使第二密封结构53靠近并贴紧循环组件3与壳体1连通处，断开循环腔体31与容置空间11的连通；

多参量传感器2与壳体1连接时，锥形结构21推动第二阀杆51，使第二密封结构53远离壳体1，连通循环腔体31与容置空间11。

通过设置第二自封结构5，从而在多参量传感器2进行维修或更换时，第二自封结构5能够自动对循环腔体31进行密封，断开循环腔体31与容置空间11的连通，防止循环腔体31内的气体从容置空间11泄露，保证多参量传感器2安装后，循环组件3对气体的循环功能。

由于第二自封结构5并不是多参量传感器2直接推动的，而是通过锥形结构21间接推动，所以第二阀杆51与多参量传感器2之间存在滑动摩擦，通过将第二阀杆51在位于容置空间11的一端设置有滚珠511，从而滚珠511与锥形结构21之间进行滚动配合，减少摩擦，保证自封效果。

作为上述实施例的优选，循环腔体31与容置空间11连通处设置有锥形密封面54，第二密封结构53套设有密封圈6，第二密封结构53在靠近壳体1时，密封圈6与锥形密封面54相互贴紧，形成密封，断开循环腔体31与容置空间11的连通。

通过设置锥形密封面54和密封圈6，从而提高密封能力，防止泄露。

在本实施例中，多参量传感器2包括：

外壳22，及设置于外壳22内的传感器组和处理单元，传感器组对SF6气体密度和微水含量进行测量，处理单元对数据进行处理；

通讯模块23，通讯模块23对得到的数据进行传输；

电源模块24，电源模块24进行提供电能。

其中处理单元可以是：通用计算机、工控机、CPU、单片机、ARM芯片、AI芯片、量子芯片、光子芯片、MCU、FPGA、PLC等，处理单元可设置在工控主板、嵌入式主控板等上；电源模块24可以是：开关电源、交流电源、直流电源、LDO、可编程电源、太阳能、蓄电池、充电电池等。

传感器组包括MEMS压力传感单元、MEMS温度传感单元和微水传感单元，MEMS压力传感单元采集压力信号P，MEMS温度传感单元采集温度信号T，利用SF6奇台压力和温度之间关系的数学模型，采用软测量的方式，计算得到相应的密度值P20，即20℃时的气体压力值，通过通讯模块23进行传输数据，传输的内容可为密度值P20，或密度值P20、压力值P和温度值T，或压力值P和温度值T，同时将微水传感单元测得的微水值进行传输，进而实现在线监测电气设备的微水值和密度值。在传输时例如可通过RS-485等数据通讯方式接入到变电站综合自动化在线监测系统中，并远传至无人值班站中心监控站，在变电站当地和远方的中心监控站进行实时监测，实现了SF6电气设备中气体密度和微水的在线监测。

所述通讯模块23设置在多参量传感器2壳体1内，或者所述通讯模块23和处理单元一体化设计在一起。处理单元基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制整个监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。处理单元基于通用计算机、工控机、ARM芯片、AI芯片、CPU、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等内嵌算法及控制程序，自动控制整个监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。

处理单元采集压力传感单元、温度传感单元的压力信号、温度信号，依据气体特性换算成20℃的的压力值P20（即密度值P20）。气体密度继电器能够将测得压力值和温度值按照气体特性换算成为对应20℃时的压力值P20，即气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2具有压力、温度测量及软件换算功能。气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2具有人机交互功能：具有数据显示界面，可实时刷新当前数据值；具有数据输入功能，可以输入参数设定值。智能处理单元具有接口，可以完成测试数据存储；和/或测试数据导出；和/或测试数据可打印；和/或可与上位机进行数据通讯；和/或可输入模拟量、数字量信息。智能处理单元还包括通讯模块23，通过通讯模块23实现远距离传输测试数据和/或结果等信息。的通讯模块23的通讯方式可以是有线或无线方式。还包括时钟，时钟设置在智能处理单元上，可以记录测试时间。电源（电源模块24）还包括供电电源电路，或者电池，或者可循环充电电池，或太阳能，或互感器取电得到的电源，或感应电源等。智能处理单元的控制可以通过现场控制，也可以通过后台控制，或两者相互互动完成控制。气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2具有实时在线密度值、微水值、压力值、温度值等数据显示、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警等功能。气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2具有自诊断功能，能够对异常及时告示。例如断线、短路报警、传感器损坏等告示。气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2的密度或微水在线监测到相应值有升高趋势时，应该及时提出异常告示。

本发明一种具有气体自循环测量气体状态多参量传感器2组成的监测系统，包括：若干设有六氟化硫气室的高压电气设备、若干气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2均依次通过集线器、协议转换器与远程后台检测系统连接；其中，气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2分别设置在对应的六氟化硫气室的高压电气设备上。

由气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2监测系统，若干气体自循环测量密度微水的气体状态多参量传感器2的通信方式为无线。无线通讯方式为传感器内置5G/NB-IOT通讯模块23（如5G、NB-IOT）、2G/3G/4G/5G等、WIFI、蓝牙、Lora、Lorawan、Zigbee等，将各种传感器数据上传到物联网云平台。

随着感知技术的发展，感知终端的无源化、MEMS小型化、一体化、低功耗的特征愈发突出，这为气体绝缘设备状态参量可靠监测提供了技术基础。其中MEMS技术可实现传感器的微型化、多参量集成、与一次设备融合设计，做到不影响设备的安全运行又能进行气体状态直接检测，获得设备气体状态真实值。本发明一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量监测传感器或装置，其通过技术创新能够准确监测气体绝缘设备气体状态多参量，运行可靠，同时方便更换、校验、维护，能够更好的服务于智能电网的建设。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内包括一容置空间，且所述容置空间在其中一端与高压电气设备气室连通；

多参量传感器，所述多参量传感器设置于所述容置空间内，对SF6气体密度和微水含量进行测量及传输；

循环组件，所述循环组件设置于所述壳体上，所述循环组件包括一循环腔体及加热机构，所述循环腔体与所述容置空间连通，所述加热机构对所述循环腔体进行加热；

其中，所述加热机构对所述循环腔体进行加热时，所述循环腔体内气压升高，气体从所述循环腔体内流向所述容置空间，当所述循环腔体冷却时，所述循环腔体内气压降低，气体从所述容置空间内流向所述循环腔体，实现气体循环；

所述多参量传感器上设置有锥形结构，所述循环组件上设置有第二自封结构，所述第二自封结构与所述多参量传感器的所述锥形结构对应设置，当所述多参量传感器与所述壳体连通时，所述锥形结构推动所述第二自封结构，将所述循环腔体与所述容置空间连通，所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，所述第二自封结构对所述循环腔体与所述容置空间断开连通；

所述第二自封结构包括：

第二阀杆，所述第二阀杆穿过所述壳体，并与所述壳体相对滑动；

第二限位机构，所述第二限位机构设置于所述第二阀杆位于所述壳体外的一端，限制所述第二阀杆向远离所述壳体的一端运动；

第二密封结构，所述第二密封结构设置于所述第二阀杆位于所述壳体外的一端，所述第二密封结构在所述第二阀杆靠近所述壳体时，断开所述循环腔体与所述容置空间的连通；

所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，所述第二限位机构推动所述第二阀杆运动，使所述第二密封结构靠近并贴紧所述循环组件与所述壳体连通处，断开所述循环腔体与所述容置空间的连通，限制所述循环腔体内的气体从所述容置空间泄漏；

所述多参量传感器与壳体连接时，所述锥形结构推动所述第二阀杆，使所述第二密封结构远离所述壳体，连通所述循环腔体与所述容置空间；

所述第二阀杆在位于所述容置空间的一端设置有滚珠；

所述多参量传感器在所述容置空间与高压电气设备气室连通的另一端，与所述壳体可拆卸连接，所述多参量传感器与所述壳体连接时，对所述容置空间进行密封；

所述壳体在与高压电气设备气室连通的一端设置有第一自封结构，所述第一自封结构在所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，对所述容置空间与高压电气设备气室断开连通。

2.根据权利要求1所述的内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，其特征在于，所述第一自封结构包括：

第一阀杆，所述第一阀杆穿过所述壳体，并与所述壳体相对滑动；

第一限位机构，所述第一限位机构设置于所述第一阀杆位于所述容置空间内的一端，且限制所述第一阀杆向所述容置空间外的一端运动；

第一密封结构，所述第一密封结构设置于所述第一阀杆位于所述容置空间外的一端，随所述第一阀杆进行运动，当所述第一密封结构靠近并贴紧所述壳体时，断开所述容置空间与高压电气设备气室的连通；

所述多参量传感器与所述壳体断开连接时，所述第一限位机构推动所述第一阀杆运动，使所述第一密封结构靠近并贴紧所述壳体，断开所述容置空间与高压电气设备气室的连通；

所述多参量传感器与壳体连接时，推动所述第一阀杆，使所述第一密封结构远离所述壳体，连通所述容置空间与高压电气设备的气室。

3.根据权利要求2所述的内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，其特征在于，所述第一密封结构包括一挡边，所述挡边在靠近所述壳体的一端设置有密封圈，所述壳体在靠近所述第一密封结构的一端设置有若干连通孔，若干所述连通孔在所述挡边和密封圈靠近并贴紧所述壳体时，位于所述密封圈内。

4.根据权利要求1所述的内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，其特征在于，所述循环腔体与所述容置空间连通处设置有锥形密封面，所述第二密封结构套设有密封圈，所述第二密封结构在靠近所述壳体时，所述密封圈与所述锥形密封面相互贴紧，形成密封，断开所述循环腔体与所述容置空间的连通。

5.根据权利要求1至4任一项所述的内置式气体绝缘设备气体状态多参量传感器，其特征在于，所述多参量传感器包括：

外壳，及设置于所述外壳内的传感器组和处理单元，所述传感器组对SF6气体密度和微水含量进行测量，所述处理单元对数据进行处理；

通讯模块，所述通讯模块对得到的数据进行传输；

电源模块，所述电源模块进行提供电能。