WO2001016593A1 - Method for detecting and determining the origin of undissolved gases in liquid-filled high voltage systems and devices for carrying out said method - Google Patents

Method for detecting and determining the origin of undissolved gases in liquid-filled high voltage systems and devices for carrying out said method Download PDF

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WO2001016593A1
WO2001016593A1 PCT/EP1999/006293 EP9906293W WO0116593A1 WO 2001016593 A1 WO2001016593 A1 WO 2001016593A1 EP 9906293 W EP9906293 W EP 9906293W WO 0116593 A1 WO0116593 A1 WO 0116593A1
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liquid
gases
measuring device
sensor
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Eckhard BRÄSEL
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Braesel Eckhard
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    • G01N7/00Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
    • G01N7/10Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by allowing diffusion of components through a porous wall and measuring a pressure or volume difference

Definitions

  • the invention relates to a method for determining undissolved gases before the gas collection relay responds in high-voltage systems filled with liquid, and for determining the origin of the gas volume accumulated in each case, which serves in particular for early error detection and avoidance of consequential errors.
  • the invention also relates to a device for performing the method.
  • gas collection relays In high-voltage systems filled with liquid, especially in the case of transformers filled with mineral oil, gas collection relays have the task of collecting rising, undissolved gas and signaling that an adjustable limit value has been reached. Free gas is on the one hand a danger to the dielectric strength of the insulation system and on the other hand it is an information carrier about the cause of its formation. After signaling the relay gas, it is important for the availability of the high-voltage systems to quickly determine by means of a gas analysis whether faulty gases have arisen due to abnormal loading of the insulation system or whether air has entered the high-voltage system. Because of the rarity of such events, in practice the analysis is carried out manually.
  • the analysis is evaluated according to IEC 599 "Mineral Oil-impregnated electrical equipment in service-interpretation of dissolved and free gases analysis" by the equilibrium criterion, which requires comparison with an analysis of the gases dissolved in the oil from an oil sample taken at the same time.
  • the contents of the fault gases dissolved in the oil are converted to the composition of a fictitious equilibrium gas and compared with the relay gas composition. It is natural law that higher fault gas contents in the relay gas prove its origin from a fault point in the high-voltage device filled with liquid. Disadvantages of this procedure based on full laboratory analyzes are:
  • the gas analysis is carried out separately from the gas detection.
  • the object of the invention is to install and operate a measuring device on the liquid-filled high-voltage devices in such a way that, on the basis of the monitoring of gases dissolved in the liquid, the detection of undissolved gases with the direct metrological test of the physical balance between dissolved and undissolved Gases for determining the origin of the undissolved gases connects and replaces known, technical solutions that previously allow separate monitoring of gases dissolved in the liquid, the detection of undissolved gases and the analysis of undissolved gases.
  • the concentration sensor for one gas or for several selected gases is preferably selected together without measuring gas consumption, e.g. B. Thermal conductivity measurement and hydrogen measurement using a palladium membrane (by pressure or thermal conductivity detection) are suitable.
  • the associated drawings show in:
  • Fig. 1 the measuring device according to the invention as a continuously working variant on
  • the measuring device is connected to the gas collecting nozzle as a periodically operating variant.
  • the continuously operating measuring device 1 consists of a metallic cylinder jacket 2, which can be screwed at the bottom, a connecting piece 16, which seals to the cylinder jacket 2 with a web 17, and has a screwable sensor block 8 at the top.
  • a valve element 7 is guided approximately in the middle from the cylinder jacket 2, above the bore of which is the highest point of a specially supported, replaceable, oil-resistant and only gas-permeable membrane insert 5 which is inclined in the cylinder jacket 2.
  • the membrane insert 5 sits on the web of the thicker wall of the separating space 3 and is held in an oil-tight manner from above with a screwable washer 6. This is a gas room
  • the measuring device 1 also includes a control and evaluation unit 12 to which the sensor block 8 as well as one inserted into the cylinder jacket 2 below the valve element 7 are connected via a cable Temperature sensor 11 and a pressure sensor 13 installed outside for detecting the atmospheric pressure are connected.
  • the cylinder jacket 2 can, for. B. have a diameter of 40 mm.
  • the volume of the gas space 4 behind the membrane insert 5 can be 20 ml and the separation space 3 can be 50 ml.
  • the membrane material can e.g. B. 25 ⁇ m PTFE film.
  • the measuring device 1 is screwed via the connecting piece 16 into a gas collecting piece 15, which can represent a T-connection flange adapter, until it is sealed on the web 18.
  • the adapter is located in the riser 14 from the boiler to the expansion tank of the transformer.
  • valve element 7 Via the valve element 7, the separating space below the membrane insert 5 is completely filled with oil from the riser 14.
  • the temperature in the separating chamber 3 is continuously detected via the sensor 11 in order to register the load state of the transformer, which is important for diagnoses.
  • the control and evaluation unit 12 continuously forms a quotient from the measuring pressure sensor 9 and the pressure sensor 13 and displays it as the degree of gas saturation of the oil. This allows prophylactic detection of gas as a result of oversaturation or the cause to be shown after it has occurred.
  • the hydrogen dissolved in the oil is continuously measured. It is only when undissolved gases accumulate below the membrane insert 5 that the physical balance, which is then more important, is carried out analogously to the procedure with the thermal conductivity detector. If the undissolved gases have dissolved again or a venting has taken place via the valve element 7, the hydrogen dissolved in the oil is measured again, which, by means of comparisons with limit values, permits condition monitoring outside the occurrence of undissolved gases.
  • the sensor display 10 must be temperature normalized using the temperature display 11.
  • the ongoing measurement of the hydrogen dissolved in the oil allows the rate of increase of the hydrogen to be determined, which, in conjunction with the degree of gas saturation, permits forecasts to be made of undissolved gases as a result of a fault in the active part of the transformer.
  • the sensor 10 can also represent a differential measurement of the thermal conductivity with limited sample gas consumption. Since only the carbon dioxide of the fault gas components of interest has a lower thermal conductivity than air, a separation, e.g. B. chemically, a concentration-proportional thermal conductivity for the remaining universal proportion of fault gas and thus practically suitable for diagnosis according to the hydrogen. If the frequencies and gas volumes of the carbon dioxide separations the membrane permeability can be adapted, a practically usable measuring cycle can be obtained.
  • the differential signal of thermal conductivity which is proportional to carbon dioxide, can also be used to diagnose solid insulation. If the transformers have a gas collecting relay, the measuring device 1 described with the gas collecting nozzle 15 can in principle be located in the riser in front of the gas collecting relay. After undissolved gases have filled measuring device 1, the other undissolved gases enter the gas collection relay. In practice, this should be taken into account in that the signal setting value of the gas collection relay is reduced by the volume of the measuring device 1. A disadvantage is that the undissolved gases which trigger the signaling in the gas collecting relay itself are not used for determining the origin.
  • the measuring device 1 described in embodiment 1 is detachably mounted on the gas collecting relay 19 via its connecting piece 16 instead of the cover.
  • the signal line 21 is additionally routed to the control and evaluation unit 12.
  • the signal setting value of the gas collection relay should be reduced by the volume of the measuring device 1.
  • the measuring device 1 operates analogously to that described in exemplary embodiment 1.
  • the undissolved gases reach the measuring device 1 via the gas collecting relay 19.
  • the upper float 20 of the gas collecting relay 19 reaches the signal value, this is registered in the control and evaluation unit 12 via the signal line 21.
  • the rapid mixing of the undissolved gases between the measuring device 1 and the gas space in the gas collecting relay 19, which together represent the relay gas, ensures that the time course of the sensor functions includes the determination of the origin of the relay gas in the diagnosis. All other variants are analogous to embodiment 1.
  • the periodically operating measuring device 22 consists essentially of a cylindrical separating chamber 23, which is connected to a gas chamber 24 located above, which also represents a cylinder, and an oil collection vessel 25.
  • a gas chamber 24 located above, which also represents a cylinder, and an oil collection vessel 25.
  • an oil line 26 leads to the upper part
  • the switching valve 27 is equipped and has a diameter such that undissolved gases can also be transported vertically downwards by means of oil, and in the lower part via an switching valve 28 an oil line 29.
  • Both the separating space 23 has a nozzle bottom 36 below the oil line 29 and the gas space 24 has the nozzle bottom 37 below the oil line 38 running to the oil collecting vessel 25, which has a switching valve 39.
  • the gas space 24 has an oil level sensor 40 above the entry point of the oil line 38 in the cylinder wall.
  • the same sensors 41, 42 are located offset in height in the oil collecting vessel 25, from the bottom of which a connecting line 43 with an oil pump 44 leads to the expansion vessel 45 of the transformer, sensor 42 projecting above the oil level sensor 40 in terms of height.
  • the oil line 26 represents the inlet from the transformer and attaches to the gas collecting nozzle 46 located in the riser to the expansion vessel with a connecting nozzle 47 via a valve element 48.
  • a sensor for the pressure 49 and a sensor for the thermal conductivity 50 are screwably inserted into the head of the gas space 24, both of which are secured by splash guards located underneath.
  • a temperature sensor 51 is inserted in the center of the cylinder wall of the separating space 23.
  • a further switching valve 52 is installed in the connecting line 31 at the level of the switching valve 30. All switching valves and sensors are connected via lines to the control and evaluation unit 53, to which a pressure sensor 54 is connected from the surroundings of the transformer.
  • the measuring device 1 which is located in a housing, is installed at a suitable point on the transformer.
  • the oil line 26 leads up to the gas collecting nozzle 46, which is located in the riser, in the presence of a gas collecting relay in front of it, and is screwed into it by means of a connecting nozzle 47.
  • the measuring device 22 must be filled before starting.
  • the valve element 48 is opened once by hand.
  • the "fill" key is pressed in the control and evaluation unit 53, as a result of which all the switching valves are opened.
  • the oil entering the separating chamber 23 from the oil line 26 fills it slowly as well as the lines 29, 31 and 38 up to the level of the oil level sensor 40 in the gas chamber 24, upon reaching which all the switching valves close, with the exception of the switching valve 30, which is somewhat used for post-ventilation closes with a time delay.
  • the oil change time for the separation chamber 23 the duration of an exchange process and the number of exchange processes until the result of the formation of gases dissolved in the oil must be entered. This information must be determined once according to the design features of the measuring device 22 and its installation. Furthermore, the cycle of the result formation of gases dissolved in the oil must be specified. Once this information has been entered, it starts.
  • the switching valves 27 and 28 open until the oil change time, which allows at least a double oil change in the separation chamber 23, has expired. Then the switching valve 28 closes, the switching valve 27 closes a little later with a time delay.
  • the first exchange process then begins when the switching valve 30 opens and the pressure sensor 49 is checked. If the display remains unchanged, the switching valves 34 and 32 also open and the gas pump 33 switches on. The air in the gas space 24 and in the connecting line 31 is now moved by the oil from atmospheric pressure via the nozzle bases 36 and 37. During the specified duration of the exchange process, an isothermal partial pressure equilibrium is established with the gases dissolved in the oil, which changes the initial contents in the oil and in the gas space.
  • the gas pump 33 switches off and, after a settling time, the switching valves.
  • the sensor values for pressure and thermal conductivity are registered in relation to time.
  • the other exchange processes are repeated analogously, the respective partial pressure equilibrium constantly approaching that of the gases dissolved in the oil of the transformer.
  • the partial pressure equilibrium is practically reached and all sensor displays are registered and the results of gases dissolved in the oil are displayed.
  • the oil level sensor 40 checks the oil level, which is readjusted automatically if necessary by opening the switching valve 39 via the oil line 38.
  • 35 gas samples can be taken through the septum nozzle.
  • the switching valves 27 and 52 open, which creates a slight excess pressure.
  • the gas samples can be taken manually or automatically.
  • Pressure increase via sensor 49 the amount of the increase allows the volume to be determined.
  • the accumulation rate results from the passage of time on the basis of further exchange processes.
  • the switching valves 28, 32 and 39 open until the oil level has reached the oil level sensor 40. Then the switching valves close again. Then a new cycle of the formation of results of gases dissolved in the oil begins analogously. If the upper oil level sensor 41 is reached in the oil collecting vessel 25, switches automatically the oil pump 44 and pumps the oil until the lower oil level sensor 42 is reached via the oil line 43 into the expansion vessel 45 of the transformer.
  • the variation of the sensors and the evaluation options are possible analogously to embodiment 1. If the transformers have a gas collecting relay, the measuring device 22 described can in principle be mounted via its connecting piece 47 instead of the cover onto the gas collecting relay analogously to exemplary embodiment 2.
  • the arrangement of a sensor 56 for checking for undissolved gases in the gas collecting nozzle 46 means that after signaling by the sensor 56, the measuring cycle can also be initiated operatively.

Abstract

The invention relates to a method for detecting and determining the origin of undissolved gases in liquid-filled high voltage systems and to devices for carrying out this method. The novel method is characterised in that the liquid flows in a set sequence from a gas collecting part (15) which is situated in the area of the rising pipeline (14) to the expansion vessel of the high voltage system, and which is filled with liquid during normal operation, into a measuring device (1), where a reversible equilibrium gas phase is formed in relation to the gases that are dissolved in the liquid. This equilibrium gas phase is monitored by sensors. Those gases which remain undissolved partially or completely displace the liquid in the gas collection part (15) and enter the same measuring device (1), where they characteristically alter the partial pressures of the equilibrium gas phase. The latter are detected and represented in the form of time functions of sensors in a control and evaluation unit (12), in such a way that the time functions of sensors (9) for the pressure and for selected gases, individually or together, in addition to the monitoring of gases dissolved in the liquid, enable the undissolved gases to be identified with approximative representation of volume and rate and allow their origin to be determined. The invention also relates to a measuring device (1) with a gas-permeable, liquid-resistant membrane (5) and another measuring device with an equilibrium gas obtained by a gaseous exchange with the liquid.

Description

Verfahren zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen und Vorrichtungen zur Durchführung des VerfahrensMethod for determining and determining the origin of undissolved gases in high-voltage systems filled with liquid and devices for carrying out the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung von ungelösten Gasen vor Ansprechen des Gassammeirelais in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen sowie zur Herkunftsbestimmung des jeweils angesammelten Gasvolumens, welches insbesondere der Fehlerfrüherkennung und der Vermeidung von Folgefehlern dient. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining undissolved gases before the gas collection relay responds in high-voltage systems filled with liquid, and for determining the origin of the gas volume accumulated in each case, which serves in particular for early error detection and avoidance of consequential errors. The invention also relates to a device for performing the method.
Gassammeirelais haben in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen, insbesondere bei mineralölgefüllten Transformatoren, die Aufgabe, aufsteigendes, ungelöstes Gas zu sammeln und das Erreichen eines einstellbaren Grenzwertes zu signalisieren. Freies Gas ist einerseits eine Gefahr für die Durchschlagfestigkeit des Isolationssystems sowie andererseits ein Informationsträger zur Ursache seiner Entstehung. Nach der Signalisation des Relaisgases ist für die Verfügbarkeit der Hochspannungsanlagen wichtig, schnell durch eine Gasanalyse zu ermitteln, ob durch anormale Belastung des Isolationssystems Fehlergase entstanden sind oder Luft in die Hochspannungsanlage eingedrungen ist. Wegen der Seltenheit solcher Ereignisse erfolgt die Analysendurchführung in der Praxis manuell. Die Bewertung der Analyse erfolgt nach IEC 599 " Mineral Oil-impregnated electrical equipment in service-interpretation of dissolved and free gases analysis" durch das Gleichgewichts-Kriterium, welches den Vergleich mit einer Analyse der im Öl gelösten Gase einer gleichzeitig entnommenen Ölprobe fordert. Die Gehalte der im Öl gelösten Fehlergase werden auf die Zusammensetzung eines fiktiven Gleichgewichtsgases umgerechnet und mit der Relaisgaszusammensetzung verglichen. Es ist naturgesetzmäßig, daß höhere Fehlergasgehalte im Relaisgas dessen Herkunft von einer Fehlerstelle im mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsgerät beweisen. Als Nachteile dieser auf Laborvollanalysen basierenden Verfahrensweise sind zu nennen:In high-voltage systems filled with liquid, especially in the case of transformers filled with mineral oil, gas collection relays have the task of collecting rising, undissolved gas and signaling that an adjustable limit value has been reached. Free gas is on the one hand a danger to the dielectric strength of the insulation system and on the other hand it is an information carrier about the cause of its formation. After signaling the relay gas, it is important for the availability of the high-voltage systems to quickly determine by means of a gas analysis whether faulty gases have arisen due to abnormal loading of the insulation system or whether air has entered the high-voltage system. Because of the rarity of such events, in practice the analysis is carried out manually. The analysis is evaluated according to IEC 599 "Mineral Oil-impregnated electrical equipment in service-interpretation of dissolved and free gases analysis" by the equilibrium criterion, which requires comparison with an analysis of the gases dissolved in the oil from an oil sample taken at the same time. The contents of the fault gases dissolved in the oil are converted to the composition of a fictitious equilibrium gas and compared with the relay gas composition. It is natural law that higher fault gas contents in the relay gas prove its origin from a fault point in the high-voltage device filled with liquid. Disadvantages of this procedure based on full laboratory analyzes are:
Hoher Analysen- und Zeitaufwand. - Das fiktive Gleichgewichtsgas unterliegt analytisch dem Fehler der für die Gasextraktion aus dem Öl benutzten Vorrichtung sowie dem der Gaslöslichkeitskoeffizienten und deren Temperaturabhängigkeit für die Berechnung. Unabhängig von dieser unbefriedigenden Situation fordern die Betreiber von Großtransformatoren neben der Online- Analyse im Öl gelöster Gase, daß das Auftreten ungelöster Gase empfindlicher als durch das Gassammeirelais angezeigt und möglichst automatisch eine Analyse erfolgen soll (DVG-Empfehlungen der Verbunduntemehmen für Monitoringsysteme an Großtransformatoren, Heidelberg, März 1998).High analysis and time expenditure. - The fictitious equilibrium gas is analytically subject to the error of the device used for gas extraction from the oil as well as the gas solubility coefficient and its temperature dependence for the calculation. Regardless of this unsatisfactory situation, the operators of large transformers, in addition to the online analysis of gases dissolved in the oil, require that the presence of undissolved gases be more sensitive than indicated by the gas relay and that an analysis should be carried out as automatically as possible (DVG recommendations of the network companies for monitoring systems on large transformers, Heidelberg , March 1998).
Bekannt sind Lösungen, die die Forderungen teilweise erfüllen können. Nach DE 4136639 AI können ungelöste Gasvolumen ab 0,1 ml detektiert werden. Der Zeitverlauf der weiteren Gasansammlung kann ermittelt und das Gas periodisch einem Analysator zugeführt werden. Dazu wird dem mechanischen Buchholz-Relais (Gassammelrelais) ein Gassammeigefäß mit Kapazitätsdetektor nachgeschaltet bzw. dieses dadurch ersetzt. Die Nachteile dieser Lösung sind:Solutions are known which can partially meet the requirements. According to DE 4136639 AI, undissolved gas volumes from 0.1 ml can be detected. The time course of the further gas accumulation can be determined and the gas periodically fed to an analyzer. For this purpose, the mechanical Buchholz relay (gas collection relay) is followed by a gas collection vessel with a capacity detector or replaced by it. The disadvantages of this solution are:
Die Gasanalyse erfolgt getrennt von der Gasfeststellung.The gas analysis is carried out separately from the gas detection.
Damit besteht das Problem der Gaszuleitung, wodurch Empfindlichkeits- und Zuverlässigkeitsverluste eintreten. Weiterhin entsteht ein Aufwand für einen Analysator, der nur selten zum Einsatz kommt. - Für die physikalisch begründete Bewertung des Relaisgases nach dem Gleichgewichtskriterium sind Analysen der im Öl gelösten Gase erforderlich. Da diese durch separate Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden müssen, besteht analog der Fehlereinfluß der schon beschriebenen Laborverfahrensweise.There is therefore the problem of the gas supply line, which leads to loss of sensitivity and reliability. There is also an expense for an analyzer that is rarely used. - For the physically based evaluation of the relay gas according to the equilibrium criterion, analyzes of the gases dissolved in the oil are required. Since these have to be provided by separate devices, there is an analogous influence of errors in the laboratory procedure already described.
Für Online-Analysen im Öl gelöster Gase sind Vorrichtungen bekannt, die die zur Ölprobe- nahme vorgesehenen Stutzen nutzen. An diese werden entweder membranbedeckte Sensoren direkt befestigt oder Leitungen zu Vakuumextraktionsvorrichtungen, die mit Analysatoren gekoppelt sind, geführt. Im praktischen Einsatz sind Lösungen, die über Membranmaterialien Gas aus dem Öl in einen Gasspeicherraum, der mit Sensoren bestückt ist, übertreten lassen (DD 238116 AI, DE 4413197 AI, US 3866460, US 4058373). Davon abweichend ist eine Lösung beschrieben, bei der durch periodische Kontaktierung zwischen Gas und Öl eine Gleichgewichtsgasphase zur Analyse entsteht (DD 226651 AI).For online analyzes of gases dissolved in oil, devices are known which use the nozzles provided for oil sampling. Either membrane-covered sensors are attached directly to these or lines are led to vacuum extraction devices that are coupled to analyzers. In practice, solutions are used that allow gas to pass from the oil into a gas storage space equipped with sensors via membrane materials (DD 238116 AI, DE 4413197 AI, US 3866460, US 4058373). Deviating from this, a solution is described in which an equilibrium gas phase is created for analysis by periodic contact between gas and oil (DD 226651 AI).
Weiterhin sind Lösungen bekannt die nur die Ansammlung des Relaisgases mittels Heißleiter (DE 2455252 AI) sowie nur die Analyse das signalisierten Relaisgases (H. Schliesing; Ein neues Verfahren zur schnellen Analyse von Buchholzgasen aus Transformatoren; Elektrizitätswirtschaft 77, 1978, H 19, S. 676-8) ermöglichen.Furthermore, solutions are known that only the accumulation of the relay gas by means of a thermistor (DE 2455252 AI) and only the analysis of the signaled relay gas (H. Schliesing; Ein new method for rapid analysis of Buchholz gases from transformers; Elektrizitätswirtschaft 77, 1978, H 19, S. 676-8) enable.
Aufgabe der Erfindung ist es, an die mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsgeräte eine Meßeinrichtung so zu installieren und zu betreiben, daß dieselbe auf der Grundlage der Überwachung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen die Feststellung ungelöster Gase mit der direkten meßtechnischen Prüfung des physikalischen Gleichgewichts zwischen gelösten und ungelösten Gasen zur Herkunftsbestimmung der ungelösten Gase verbindet und bekannte, technische Lösungen, die bisher getrennt die Überwachung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen, die Feststellung ungelöster Gase und die Analyse ungelöster Gase ermöglichen, ersetzt.The object of the invention is to install and operate a measuring device on the liquid-filled high-voltage devices in such a way that, on the basis of the monitoring of gases dissolved in the liquid, the detection of undissolved gases with the direct metrological test of the physical balance between dissolved and undissolved Gases for determining the origin of the undissolved gases connects and replaces known, technical solutions that previously allow separate monitoring of gases dissolved in the liquid, the detection of undissolved gases and the analysis of undissolved gases.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention the object is solved by the features of claims 1, 4 and 8. Advantageous refinements result from the subclaims.
Für die erfolgreiche Realisierung der Erfindung ist von Bedeutung, daß in ein und derselben Meßeinrichtung die Änderungen der Meßgröße Druck und der Meßgröße Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen einer Gleichgewichtsgasphase der in der Flüssigkeit gelösten Gase durch eindringende ungelöste Gase angezeigt wird sowie aus deren charakterischen Zeitverläufen die Feststellung und Herkunftsbestimmung der ungelösten Gase erfolgt. Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei wird der Konzentrationssensor für ein Gas oder für mehrere ausgewählte Gase zusammen vorzugsweise meßgasverbrauchsfrei gewählt, z. B. sind die Wärmeleitfähigkeitsmessung und die Wasserstoffmessung mittels Palladiummembran (durch Druck- oder Wär- meleitfähigkeitsdetektion) geeignet. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in:For the successful implementation of the invention it is important that in one and the same measuring device the changes in the measured variable pressure and the measured variable concentration of a gas or several selected gases are displayed together with an equilibrium gas phase of the gases dissolved in the liquid by penetrating undissolved gases and from their characteristic The development and determination of the origin of the undissolved gases takes place over time. The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. The concentration sensor for one gas or for several selected gases is preferably selected together without measuring gas consumption, e.g. B. Thermal conductivity measurement and hydrogen measurement using a palladium membrane (by pressure or thermal conductivity detection) are suitable. The associated drawings show in:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Meßeinrichtung als kontinuierlich arbeitende Variante amFig. 1, the measuring device according to the invention as a continuously working variant on
Gassammeistutzen angeschlossen, Fig. 2 die Meßeinrichtung als kontinuierlich arbeitende Variante als Teil des Deckels einesGas collecting nozzle connected, Fig. 2, the measuring device as a continuously working variant as part of the cover of a
Gassammeirelais, Fig. 3 die Meßeinrichtung als periodisch arbeitende Variante am Gassammeistutzen angeschlossen. Ausführungsbeispiel 1 anhand Fig. 13, the measuring device is connected to the gas collecting nozzle as a periodically operating variant. Embodiment 1 with reference to FIG. 1
Im wesentlichen besteht die kontinuierlich arbeitende Meßeinrichtung 1 aus einem metallischen Zylindermantel 2 der unten schraubbar einen Verbindungsstutzen 16, der zum Zylindermantel 2 mit einem Steg 17 abdichtet, und oben einen schraubbaren Sensorblock 8 besitzt. Etwa mittig ist aus dem Zylindermantel 2 ein Ventilelement 7 geführt, oberhalb dessen Bohrung direkt die höchste Stelle eines in den Zylindermantel 2 geneigt eingebauten, besonders gestützten, auswechselbaren, ölbeständigen und nur gasdruchlässigen Membraneinsatzes 5 ist. Der Membraneinsatz 5 sitzt auf den Steg der dickeren Wandung des Separierraumes 3 auf und wird von oben mit einer schraubbaren Ringscheibe 6 öldicht gehaltert. Damit ist ein GasraumEssentially, the continuously operating measuring device 1 consists of a metallic cylinder jacket 2, which can be screwed at the bottom, a connecting piece 16, which seals to the cylinder jacket 2 with a web 17, and has a screwable sensor block 8 at the top. A valve element 7 is guided approximately in the middle from the cylinder jacket 2, above the bore of which is the highest point of a specially supported, replaceable, oil-resistant and only gas-permeable membrane insert 5 which is inclined in the cylinder jacket 2. The membrane insert 5 sits on the web of the thicker wall of the separating space 3 and is held in an oil-tight manner from above with a screwable washer 6. This is a gas room
4 geschaffen zwischen Zylindermantel 2, dem Sensorblock 8 und der Membran 5, wobei über letztere beidseitig Gas hindurchtreten kann. Der Sensorblock 8 enthält dem Gasraum 4 zugewandte Kontaktflächen der Sensoren für Druck 9 und die Wärmeleitfähigkeit 10. Zur Meßeinrichtung 1 gehört noch eine Steuer- und Auswerteeinheit 12, an die über ein Kabel der Sensorblock 8 sowie ein in den Zylindermantel 2 unterhalb des Ventilelements 7 eingesetzter Temperatursensor 11 und ein außerhalb installierter Drucksensor 13 zur Erfassung des Atmosphärendrucks angeschlossen sind.4 created between the cylinder jacket 2, the sensor block 8 and the membrane 5, gas being able to pass through the latter on both sides. The sensor block 8 contains the contact areas of the sensors for pressure 9 and the thermal conductivity 10 facing the gas space 4. The measuring device 1 also includes a control and evaluation unit 12 to which the sensor block 8 as well as one inserted into the cylinder jacket 2 below the valve element 7 are connected via a cable Temperature sensor 11 and a pressure sensor 13 installed outside for detecting the atmospheric pressure are connected.
Der Zylindermantel 2 kann z. B. einen Durchmesser von 40 mm haben. Das Volumen des Gasraumes 4 hinter dem Membraneinsatz 5 kann 20 ml und der Separierraum 3 kann 50 ml betragen. Das Membranmaterial kann z. B. 25 μm PTFE-Folie sein.The cylinder jacket 2 can, for. B. have a diameter of 40 mm. The volume of the gas space 4 behind the membrane insert 5 can be 20 ml and the separation space 3 can be 50 ml. The membrane material can e.g. B. 25 μm PTFE film.
Für den Einsatz in einen Öltransformator wird die Meßeinrichtung 1 über den Verbindungsstutzen 16 in einen Gassammeistutzen 15, der einen T- Anschlußflanschadapter darstellen kann, bis zum Abdichten am Steg 18 geschraubt. Der Adapter befindet sich in der Steigleitung 14 vom Kessel zum Ausdehnungsgefäß des Transformators.For use in an oil transformer, the measuring device 1 is screwed via the connecting piece 16 into a gas collecting piece 15, which can represent a T-connection flange adapter, until it is sealed on the web 18. The adapter is located in the riser 14 from the boiler to the expansion tank of the transformer.
Über das Ventilelement 7 wird der Separierraum unterhalb des Membraneinsatzes 5 vollständig mit Öl aus der Steigleitung 14 gefüllt. Danach wird das Ventilelement 7, das wie üblich eine Kapillarbohrung besitzt, geschlossen. Über die Steuer- und Auswerteeinheit 12, die über eine entsprechend lange Kabelverbindung an geeigneter Stelle des Transformators installiert werden kann, erfolgt die Einschaltung aller Sensoren. Das Öl unterhalb des MembraneinsatzesVia the valve element 7, the separating space below the membrane insert 5 is completely filled with oil from the riser 14. The valve element 7, which has a capillary bore as usual, is then closed. All sensors are switched on via the control and evaluation unit 12, which can be installed at a suitable point on the transformer via a correspondingly long cable connection. The oil below the membrane insert
5 ist konvektiv über die Steigleitung am Austausch mit dem Kesselöl beteiligt. Es ist eine überraschende Erkenntnis, daß näherungsweise die Gasgehalte im Kesselöl mit denen im Öl der Steigleitung 14 übereinstimmen. Deshalb zeigen die Sensoren in der Meßeinrichtung 1 nach kurzer Anpassungszeit folgenden Zustand an: - Drucksensor 95 is convectively involved in the exchange with the boiler oil via the riser. It is a surprising finding that the gas contents in the boiler oil approximately match those in the oil in the riser 14. Therefore, the sensors in the measuring device 1 indicate the following state after a short adaptation time: - pressure sensor 9
Summe der Gleichgewichtspartialdrücke der im Öl gelösten Gase bei der Temperatur TSum of the equilibrium partial pressures of the gases dissolved in the oil at the temperature T
- Wärmeleitfähigkeitsdetektor 10- Thermal conductivity detector 10
Wärmeleitfähigkeit des Gleichgewichtszustandes im Gasraum 4Thermal conductivity of the equilibrium state in the gas space 4
- Temperatursensor 11 Temperatur T im Separierraum 3- Temperature sensor 11 temperature T in the separation room 3
Treten ungelöste Gase im Kesselöl auf, gelangen diese über die Steigleitung 14 ungehindert in die Meßeinrichtung 1 und sammeln sich im Separierraum 3 an. An der höchsten Stelle nahe der Kapillarbohrung des Ventilelements 7 beginnen die ungelösten Gase unterhalb der Membran das Öl teilweise, vollständig oder darüber hinaus bis in den Gassammeistutzen 15 hinein zu verdrängen. Die Geschwindigkeit kann in weiten Grenzen schwanken. Die Ansammlung kann sowohl bei fehlender oder unterbrochener Nachlieferung von ungelösten Gasen stagnieren als auch rückläufig bis zur vollständigen Auflösung verlaufen. Diese visuell wahrnehmbaren Zeitverläufe des akkumulierten Gasvolumens im Öl unterhalb der Membran werden bestimmt durch den komponentenspezifischen Gasaustausch zwischen den ungelösten, den im Öl gelösten und den im Gasraum 4 befindlichen Gasen.If undissolved gases occur in the boiler oil, they reach the measuring device 1 unhindered via the riser 14 and accumulate in the separation chamber 3. At the highest point near the capillary bore of the valve element 7, the undissolved gases below the membrane begin to partially, completely or beyond to displace the oil into the gas collecting nozzle 15. The speed can fluctuate within wide limits. The accumulation can either stagnate in the event of missing or interrupted subsequent deliveries of undissolved gases or decrease until it is completely dissolved. These visually perceptible time profiles of the accumulated gas volume in the oil below the membrane are determined by the component-specific gas exchange between the undissolved, the dissolved in the oil and the gases in the gas space 4.
Sind die Sensorfunktionen Druck 9 und Wärmeleitfähigkeit 10 im Gasraum 4 vor der Ansammlung ungelöster Gase Gleichgewichtsanzeigen für im Öl gelöste Gase, treten mit der beginnenden Ansammlung ungelöster Gase charakteristische Änderungen auf. Die Zeitverläufe werden in der Steuer- und Auswerteeinheit 12 erfaßt und gespeichert. Ihre Werte sind hauptsächlich beeinflußt von:If the sensor functions pressure 9 and thermal conductivity 10 in the gas space 4 before the accumulation of undissolved gases are equilibrium indicators for gases dissolved in the oil, characteristic changes occur with the beginning accumulation of undissolved gases. The time profiles are recorded and stored in the control and evaluation unit 12. Their values are mainly influenced by:
- Eintrittsrate ungelöster Gase in die Steigleitung 14, Zusammensetzung der ungelösten Gase, Gasgehalt und Konvektionsintensität des Öles.- Entry rate of undissolved gases into the riser 14, composition of the undissolved gases, gas content and convection intensity of the oil.
Durch optimale Gestaltung der Meßeinrichtungsparameter (Membranmaterial und -dicke, Geometrie Gasraum 4 und Separierraum 3 kann eine maximale Analyse der Zeitverläufe erreicht werden. Folgende Beziehungen werden benutzt: Feststellung ungelöster Gase:By optimally designing the measuring device parameters (membrane material and thickness, geometry gas space 4 and separation space 3), a maximum analysis of the time profiles can be achieved. The following relationships are used: Detection of undissolved gases:
- Druckanstieg über Sensor 9, Maximum des Anstiegs und der Zeitverlauf lassen das Volumen und die Akkumulationsrate ermitteln.- Pressure rise via sensor 9, maximum of the rise and the time course allow the volume and the accumulation rate to be determined.
Herkunftsbestimmung bei Wärmeleitfähigkeitsmessung:Origin determination for thermal conductivity measurement:
- Aufzeichnung des Zeitverlaufs bis zum Überschreiten des Maximums, liegt das Maximum höher als bei den im Öl gelösten Gasen, lautet die Herkunft „Fehlergas", sonst „Lufteintrag".- Recording the time course until the maximum is exceeded, if the maximum is higher than for the gases dissolved in the oil, the origin is "fault gas", otherwise "air entry".
Über den Sensor 11 wird laufend die Temperatur im Separierraum 3 erfaßt, um damit den Belastungszustand des Transformators zu registrieren, was für Diagnosen wichtig ist. In der Steuer- und Auswerteeinheit 12 wird laufend eine Quotientenbildung aus dem messenden Drucksensor 9 und dem Drucksensor 13 ausgeführt und als Gassättigungsgrad des Öles angezeigt. Damit kann prophylaktisch eine Gasabscheidung infolge einer Übersättigung erkannt bzw. nach deren Auftreten die Ursache dargestellt werden.The temperature in the separating chamber 3 is continuously detected via the sensor 11 in order to register the load state of the transformer, which is important for diagnoses. The control and evaluation unit 12 continuously forms a quotient from the measuring pressure sensor 9 and the pressure sensor 13 and displays it as the degree of gas saturation of the oil. This allows prophylactic detection of gas as a result of oversaturation or the cause to be shown after it has occurred.
Wird als Sensor 10 ein selektiv Wasserstoff messender Sensor, gewählt, erfolgt die kontinuierliche Messung des im Öl gelösten Wasserstoffs. Erst wenn ungelöste Gase sich unterhalb des Membraneinsatzes 5 akkumulieren, erfolgt die dann wichtigere Prüfung des physikalischen Gleichgewichts analog der Verfahrensweise mit dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor. Haben sich die ungelösten Gase wieder aufgelöst bzw. ist eine Entlüftung über das Ventilelement 7 erfolgt, wird wieder der im Öl gelöste Wasserstoff gemessen, der über Vergleiche mit Grenzwerten die Zustandsüberwachung außerhalb des Auftretens ungelöster Gase gestattet. Dazu muß die Sensoranzeige 10 mit Hilfe der Temperaturanzeige 11 temperaturnormiert werden.If a selectively hydrogen-measuring sensor is selected as sensor 10, the hydrogen dissolved in the oil is continuously measured. It is only when undissolved gases accumulate below the membrane insert 5 that the physical balance, which is then more important, is carried out analogously to the procedure with the thermal conductivity detector. If the undissolved gases have dissolved again or a venting has taken place via the valve element 7, the hydrogen dissolved in the oil is measured again, which, by means of comparisons with limit values, permits condition monitoring outside the occurrence of undissolved gases. For this purpose, the sensor display 10 must be temperature normalized using the temperature display 11.
Weiterhin gestattet die laufende Messung des im Öl gelösten Wasserstoffs die Anstiegsratenbestimmung des Wasserstoffs, was in Verbindung mit dem Gassättigungsgrad Prognosen zur Bildung ungelöster Gase infolge eines Fehlers im Aktivteil des Transformators gestattet. Der Sensor 10 kann auch eine Differenzmessung der Wärmeleitfähigkeit mit begrenztem Meßgasverbrauch darstellen. Da von den interessierenden Fehlergaskomponenten nur Kohlendioxid eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzt, kann eine Abtrennung, z. B. chemisch, eine konzentrationsproportionale Wärmeleitfähigkeit für den verbleibenden universellen Fehlergasanteil erbringen und damit praktisch dem Wasserstoff entsprechend diagnosegeeignet sein. Wenn die Häufigkeiten und die Gasvolumina der Kohlendioxidabtrennungen der Membrandurchlässigkeit angepaßt werden, kann ein praktisch verwertbarer Meßzyklus erhalten werden. Das kohlendioxidproportionale Differenzsignal der Wärmeleitfähigkeit kann damit zusätzlich der Diagnose der Festisolation nutzbar gemacht werden. Haben die Transformatoren ein Gassammeirelais, kann sich grundsätzlich die beschriebene Meßeinrichtung 1 mit dem Gassammeistutzen 15 vor dem Gassammeirelais in der Steigleitung befinden. Nachdem ungelöste Gase die Meßeinrichtung 1 gefüllt haben, gelangen die weiteren ungelösten Gase in das Gassammelrelais. In der Praxis sollte dies dadurch Berücksichtigung finden, daß der Signaleinstellwert des Gassammelrelais um das Volumen der Meßeinrichtung 1 reduziert wird. Ein Nachteil ist, daß die die Signalisation auslösenden ungelösten Gase im Gassammelrelais selbst nicht zur Herkunftsbestimmung herangezogen werden.Furthermore, the ongoing measurement of the hydrogen dissolved in the oil allows the rate of increase of the hydrogen to be determined, which, in conjunction with the degree of gas saturation, permits forecasts to be made of undissolved gases as a result of a fault in the active part of the transformer. The sensor 10 can also represent a differential measurement of the thermal conductivity with limited sample gas consumption. Since only the carbon dioxide of the fault gas components of interest has a lower thermal conductivity than air, a separation, e.g. B. chemically, a concentration-proportional thermal conductivity for the remaining universal proportion of fault gas and thus practically suitable for diagnosis according to the hydrogen. If the frequencies and gas volumes of the carbon dioxide separations the membrane permeability can be adapted, a practically usable measuring cycle can be obtained. The differential signal of thermal conductivity, which is proportional to carbon dioxide, can also be used to diagnose solid insulation. If the transformers have a gas collecting relay, the measuring device 1 described with the gas collecting nozzle 15 can in principle be located in the riser in front of the gas collecting relay. After undissolved gases have filled measuring device 1, the other undissolved gases enter the gas collection relay. In practice, this should be taken into account in that the signal setting value of the gas collection relay is reduced by the volume of the measuring device 1. A disadvantage is that the undissolved gases which trigger the signaling in the gas collecting relay itself are not used for determining the origin.
Dieser Nachteil kann dadurch beseitigt werden, daß die Meßeinrichtung 1 direkt mit dem Gassammelrelais gekoppelt wird.This disadvantage can be eliminated by coupling the measuring device 1 directly to the gas collection relay.
Ausführungsbeispiel 2 anhand Fig. 2Embodiment 2 with reference to FIG. 2
Die im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Meßeinrichtung 1 wird über ihren Verbindungsstutzen 16 anstelle des Deckels auf das Gassammelrelais 19 lösbar montiert. Als einzige Ergänzung zur Meßeinrichtung 1 wird die Signalleitung 21 zusätzlich auf die Steuer- und Auswerteeinheit 12 geführt. Auch hier sollte der Signaleinstellwert des Gassammelrelais um das Volumen der Meßeinrichtung 1 reduziert werden.The measuring device 1 described in embodiment 1 is detachably mounted on the gas collecting relay 19 via its connecting piece 16 instead of the cover. As the only addition to the measuring device 1, the signal line 21 is additionally routed to the control and evaluation unit 12. Here too, the signal setting value of the gas collection relay should be reduced by the volume of the measuring device 1.
In dieser Kombination arbeitet die Meßeinrichtung 1 analog wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. Die ungelösten Gase erreichen über das Gassammelrelais 19 die Meßeinrichtung 1. Beim Erreichen des Signalwertes durch den oberen Schwimmer 20 des Gassammelrelais 19 wird dies über die Signalleitung 21 in der Steuer- und Auswerteeinheit 12 registriert. Durch die schnelle Vermischung der ungelösten Gase zwischen der Meßeinrichtung 1 und dem Gasraum im Gassammelrelais 19, welche zusammen das Relaisgas darstellen, ist gesichert, daß der Zeitverlauf der Sensorfunktionen die Herkunftsbestimmung des Relaisgases in die Diagnose einschließt. Alle weiteren Varianten sind analog Ausführungsbeispiel 1. Ausführungsbeispiel 3 anhand Fig. 3In this combination, the measuring device 1 operates analogously to that described in exemplary embodiment 1. The undissolved gases reach the measuring device 1 via the gas collecting relay 19. When the upper float 20 of the gas collecting relay 19 reaches the signal value, this is registered in the control and evaluation unit 12 via the signal line 21. The rapid mixing of the undissolved gases between the measuring device 1 and the gas space in the gas collecting relay 19, which together represent the relay gas, ensures that the time course of the sensor functions includes the determination of the origin of the relay gas in the diagnosis. All other variants are analogous to embodiment 1. Embodiment 3 with reference to FIG. 3
Die periodisch arbeitende Meßeinrichtung 22 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Separierraum 23, der mit einem darüber befindlichen Gasraum 24, der auch einen Zylinder darstellt, verbunden ist und einem Ölsammelgefäß 25. In den Separierraum 23 führt im oberen Teil eine Ölleitung 26, die mit einem Schaltventil 27 ausgerüstet ist und einen solchen Durchmesser besitzt, daß auch vertikal nach unten ungelöste Gase mittels Öl transportiert werden können sowie im unteren Teil über ein Schaltventil 28 eine Ölleitung 29. Separierraum 23 und Gasraum 24 sind weithalsig über ein Schaltventil 30 verbunden. Vom Kopf des Gasraumes 24 führt eine Verbindungsleitung 31, in die an der höchsten Stelle ein Schaltventil 32 eingebaut ist, mit einer Gaspumpe 33, einem Schaltventil 34, einem Septumstutzen 35, unter dem die Leitung einen bestimmten Abschnitt erweitert ist, unten in den Separierraum 23. Sowohl der Separierraum 23 besitzt unterhalb der Ölleitung 29 einen Düsenboden 36 als auch der Gasraum 24 unterhalb der zum Ölsammelgefäß 25 laufenden Ölleitung 38, die ein Schaltventil 39 besitzt, den Düsenboden 37. Der Gasraum 24 besitzt oberhalb der Eintrittsstelle der Ölleitung 38 einen Ölstandssensor 40 in der Zylinderwandung. Gleiche Sensoren 41, 42 befinden sich höhenversetzt im Ölsammelgefäß 25, von dessen Boden eine Verbindungsleitung 43 mit einer Ölpumpe 44 zum Ausdehnungsgefäß 45 des Transformators führt, wobei Sensor 42 höhenmäßig den Ölstandssensor 40 überragt. Die Ölleitung 26 stellt den Zulauf aus dem Transformator dar und setzt an dem in der Steigleitung zum Ausdehnungsgefäß befindlichen Gassammeistutzen 46 mit einem Verbindungsstutzen 47 über ein Ventilelement 48 an. In den Kopf des Gasraumes 24 sind schraubbar ein Sensor für den Druck 49 und ein Sensor für die Wärmeleitfähigkeit 50 eingesetzt, die beide durch darunter befindliche Spritzschutzböden gesichert sind. Ein Temperatursensor 51 ist mittig in die Zylinderwandung des Separierraumes 23 eingesetzt.The periodically operating measuring device 22 consists essentially of a cylindrical separating chamber 23, which is connected to a gas chamber 24 located above, which also represents a cylinder, and an oil collection vessel 25. In the separating chamber 23, an oil line 26 leads to the upper part The switching valve 27 is equipped and has a diameter such that undissolved gases can also be transported vertically downwards by means of oil, and in the lower part via an switching valve 28 an oil line 29. From the head of the gas space 24, a connecting line 31, into which a switching valve 32 is installed at the highest point, with a gas pump 33, a switching valve 34, and a septum stub 35, under which the line is expanded a certain section, leads down into the separating space 23 Both the separating space 23 has a nozzle bottom 36 below the oil line 29 and the gas space 24 has the nozzle bottom 37 below the oil line 38 running to the oil collecting vessel 25, which has a switching valve 39. The gas space 24 has an oil level sensor 40 above the entry point of the oil line 38 in the cylinder wall. The same sensors 41, 42 are located offset in height in the oil collecting vessel 25, from the bottom of which a connecting line 43 with an oil pump 44 leads to the expansion vessel 45 of the transformer, sensor 42 projecting above the oil level sensor 40 in terms of height. The oil line 26 represents the inlet from the transformer and attaches to the gas collecting nozzle 46 located in the riser to the expansion vessel with a connecting nozzle 47 via a valve element 48. A sensor for the pressure 49 and a sensor for the thermal conductivity 50 are screwably inserted into the head of the gas space 24, both of which are secured by splash guards located underneath. A temperature sensor 51 is inserted in the center of the cylinder wall of the separating space 23.
In die Verbindungsleitung 31 ist auf Höhe des Schaltventils 30 ein weiteres Schaltventil 52 eingebaut. Alle Schaltventile und Sensoren sind über Leitungen mit der Steuer- und Auswerteeinheit 53, zu der aus der Umgebung des Transformators ein Drucksensor 54 geschaltet ist, verbunden. Für den Einsatz an einem Öltransformator wird die Meßeinrichtung 1, die sich in einem Gehäuse befindet, an einer geeigneten Stelle des Transformators installiert. Die Ölleitung 26 führt hoch zum Gassammeistutzen 46, der sich in der Steigleitung, bei Vorhandensein eines Gassammelrelais vor diesem, befindet und in diesen mittels Verbindungsstutzen 47 eingeschraubt ist. Die Meßeinrichtung 22 muß vor dem Start gefüllt werden. Dazu wird per Hand das Ventilelement 48 einmalig geöffnet. In der Steuer- und Auswerteeinheit 53 wird die Taste "Füllen" gedrückt, wodurch alle Schaltventile geöffnet werden. Das aus der Ölleitung 26 in den Separierraum 23 eintretende Öl füllt diesen langsam sowie auch die Leitungen 29, 31 und 38 bis in Höhe des Ölstandssensors 40 im Gasraum 24, bei dessen Erreichen alle Schaltventile schließen, mit Ausnahme des Schaltventils 30, das zur Nachentlüftung etwas zeitverzögert schließt. Bevor die Taste "Start" gedrückt wird, sind die Ölwechselzeit für den Separierraum 23, die Dauer eines Austauschvorgangs und die Anzahl von Austauschvorgängen bis zur Ergebnisbildung von im Öl gelösten Gasen einzugeben. Diese Angaben müssen entsprechend den Konstruktionsmerkmalen der Meßeinrichtung 22 sowie ihrer Installation einmalig ermittelt werden. Weiterhin ist der Zyklus der Ergebnisbildung von im Öl gelösten Gasen vorzugeben. Sind diese Angaben eingegeben, erfolgt der Start. Es öffnen die Schaltventile 27 und 28 solange bis die Ölwechselzeit, die mindestens einen zweifachen Ölwechsel im Separierraum 23 gestattet, abgelaufen ist. Dann schließt das Schaltventil 28, das Schaltventil 27 schließt zeitverzögert etwas später. Danach beginnt der 1. Austauschvorgang indem Schaltventil 30 öffnet und eine Kontrolle des Drucksensors 49 erfolgt. Bleibt die Anzeige unverändert, öffnen auch die Schaltventile 34, sowie 32 und die Gaspumpe 33 schaltet ein. Jetzt wird die im Gasraum 24 und in der Verbindungsleitung 31 befindliche Luft von Atmosphärendruck über die Düsenböden 36 und 37 durch das Öl bewegt. Während der vorgegebenen Dauer des Austauschvorgangs stellt sich ein isothermes Partialdruckgleichgewicht zu den im Öl gelösten Gasen ein, welches die Ausgangsgehalte im Öl und im Gasraum verändert. Nach Ablauf der Zeit schaltet die Gaspumpe 33 ab und nach einer Beruhigungszeit auch die Schaltventile. Die Sensorwerte für Druck und Wärmeleitfähigkeit werden zeitbezogen registriert. Analog wiederholen sich die weiteren Austauschvorgänge, wobei sich das jeweilige Partialdruckgleichgewicht dem der im Öl des Transformators gelösten Gase ständig nähert. Nach Erreichung der vorgegebenen Anzahl von Austauschvorgängen ist das Partialdruckgleichgewicht praktisch erreicht und es erfolgt die Registrierung aller Sensoranzeigen sowie die Ergebnisdarstellung von im Öl gelösten Gasen. Für alle nächsten Zyklen der Ergebnisbildung von im Öl gelösten Gasen ist die Anzahl der Austauschvorgänge geringer als nach Druck der Starttaste, da im Gasraum sich nicht atmosphärische Luft befindet, sondern das jeweils letzte Gleichgewichtsgas. Bevor ein neuer Zyklus beginnt, kontrolliert der Ölstandssensor 40 den Ölstand, der erforderlichenfalls automatisch durch Öffnen des Schaltventil 39 über die Ölleitung 38 nachreguliert wird.A further switching valve 52 is installed in the connecting line 31 at the level of the switching valve 30. All switching valves and sensors are connected via lines to the control and evaluation unit 53, to which a pressure sensor 54 is connected from the surroundings of the transformer. For use on an oil transformer, the measuring device 1, which is located in a housing, is installed at a suitable point on the transformer. The oil line 26 leads up to the gas collecting nozzle 46, which is located in the riser, in the presence of a gas collecting relay in front of it, and is screwed into it by means of a connecting nozzle 47. The measuring device 22 must be filled before starting. For this purpose, the valve element 48 is opened once by hand. The "fill" key is pressed in the control and evaluation unit 53, as a result of which all the switching valves are opened. The oil entering the separating chamber 23 from the oil line 26 fills it slowly as well as the lines 29, 31 and 38 up to the level of the oil level sensor 40 in the gas chamber 24, upon reaching which all the switching valves close, with the exception of the switching valve 30, which is somewhat used for post-ventilation closes with a time delay. Before the "Start" button is pressed, the oil change time for the separation chamber 23, the duration of an exchange process and the number of exchange processes until the result of the formation of gases dissolved in the oil must be entered. This information must be determined once according to the design features of the measuring device 22 and its installation. Furthermore, the cycle of the result formation of gases dissolved in the oil must be specified. Once this information has been entered, it starts. The switching valves 27 and 28 open until the oil change time, which allows at least a double oil change in the separation chamber 23, has expired. Then the switching valve 28 closes, the switching valve 27 closes a little later with a time delay. The first exchange process then begins when the switching valve 30 opens and the pressure sensor 49 is checked. If the display remains unchanged, the switching valves 34 and 32 also open and the gas pump 33 switches on. The air in the gas space 24 and in the connecting line 31 is now moved by the oil from atmospheric pressure via the nozzle bases 36 and 37. During the specified duration of the exchange process, an isothermal partial pressure equilibrium is established with the gases dissolved in the oil, which changes the initial contents in the oil and in the gas space. After the time has elapsed, the gas pump 33 switches off and, after a settling time, the switching valves. The sensor values for pressure and thermal conductivity are registered in relation to time. The other exchange processes are repeated analogously, the respective partial pressure equilibrium constantly approaching that of the gases dissolved in the oil of the transformer. After the specified number of exchange processes has been reached, the partial pressure equilibrium is practically reached and all sensor displays are registered and the results of gases dissolved in the oil are displayed. For all next cycles of the formation of results of gases dissolved in the oil, the number of exchange processes is lower than after pressing the start button, since the gas chamber does not contain atmospheric air, but the last equilibrium gas. Before a new cycle begins, the oil level sensor 40 checks the oil level, which is readjusted automatically if necessary by opening the switching valve 39 via the oil line 38.
Nach jedem Zyklus können über den Septumstutzen 35 Gasproben genommen werden. Dazu öffnen die Schaltventile 27 und 52, wodurch ein leichter Überdruck entsteht. Die Gasproben können manuell oder automatisch entnommen werden.After each cycle, 35 gas samples can be taken through the septum nozzle. For this purpose, the switching valves 27 and 52 open, which creates a slight excess pressure. The gas samples can be taken manually or automatically.
Gelangen ungelöste Gase in die Steigleitung, sammeln sich diese im Verbindungsstutzen 47, bei größeren Mengen verdrängen sie auch das Öl aus dem Gassammeistutzen 46. Beim nächsten Ölwechsel im Separierraum 23 werden die ungelösten Gase über die Ölleitung 26 in diesen überführt. Dazu öffnen und schließen die Schaltventile 27 und 28, wobei Schaltventil 27 zeitverzögert etwas später schließt, womit sich bei den ungelösten Gasen im Separierraum 23 ein Überdruck aufbaut, der dem statischen Druck der Ölsäule zwischen Ölsammelgefäß 25 und Ölspiegel Ausdehnungsgefäß 45 des Transformators entspricht. Nun öffnet Schaltventil 30 und über die Kontrolle des Drucksensors 49 wird ein Druckanstieg registriert. Gleichzeitig wird der Sensor für die Wärmeleitfähigkeit 50 bis zur Erreichung des Maximalwertes registriert. Aus diesen und aus den gespeicherten Druck- und Wärmeleitfähigkeitswerten von im Öl gelösten Gasen wird die Feststellung und die Herkunftsbestimmung ungelöster Gase vorgenommen.If undissolved gases get into the riser, they collect in the connecting piece 47; with larger quantities, they also displace the oil from the gas collecting pipe 46. The next time the oil is changed in the separation chamber 23, the undissolved gases are transferred to the oil pipe 26 in the latter. For this purpose, the switching valves 27 and 28 open and switch valve 27 closes a little later with a time delay, which creates an overpressure in the undissolved gases in the separating chamber 23, which corresponds to the static pressure of the oil column between the oil collecting tank 25 and the oil level expansion tank 45 of the transformer. The switching valve 30 now opens and a pressure rise is registered via the control of the pressure sensor 49. At the same time, the sensor for thermal conductivity 50 is registered until the maximum value is reached. These and the stored pressure and thermal conductivity values of gases dissolved in the oil are used to determine and determine the origin of undissolved gases.
Feststellung:Statement:
Druckanstieg über Sensor 49, Höhe des Anstiegs läßt das Volumen ermitteln. Die Akkumulationsrate ergibt sich aus dem Zeitverlauf auf Grundlage weiterer Austauschvorgänge.Pressure increase via sensor 49, the amount of the increase allows the volume to be determined. The accumulation rate results from the passage of time on the basis of further exchange processes.
Herkunftsbestimmung bei Wärmeleitfähigkeitsmessung:Origin determination for thermal conductivity measurement:
- Aufzeichnung des Zeitverlaufs bis zum Überschreiten des Maximums, liegt das Maximum höher als beim letzten Austauschvorgang, lautet die Herkunft „Fehlergas", sonst- Recording the time course until the maximum is exceeded, if the maximum is higher than in the last exchange process, the origin is "fault gas", otherwise
„Lufteintrag"."Air entry".
Nach dem Überschreiten des Maximums der Wärmeleitfähigkeit öffnen die Schaltventile 28, 32 und 39 solange bis der Ölspiegel den Ölstandssensor 40 erreicht hat. Danach schließen die Schaltventile wieder. Sodann beginnt ein neuer Zyklus der Ergebnisbildung von im Öl gelösten Gasen analog. Wird im Ölsammelgefäß 25 der obere Ölstandssensor 41 erreicht, schaltet sich automatisch die Ölpumpe 44 ein und pumpt das Öl bis zum Erreichen des unteren Ölstandssensors 42 über die Ölleitung 43 in das Ausdehnungsgefäß 45 des Transformators. Die Variation der Sensoren sowie die Auswertungsmöglichkeiten sind analog Ausführungsbeispiel 1 möglich. Haben die Transformatoren ein Gassammelrelais, kann grundsätzlich die beschriebene Meßeinrichtung 22 über ihren Verbindungsstutzen 47 anstelle des Deckels auf das Gassammelrelais analog Ausführungsbeispiel 2 montiert werden.After the maximum thermal conductivity has been exceeded, the switching valves 28, 32 and 39 open until the oil level has reached the oil level sensor 40. Then the switching valves close again. Then a new cycle of the formation of results of gases dissolved in the oil begins analogously. If the upper oil level sensor 41 is reached in the oil collecting vessel 25, switches automatically the oil pump 44 and pumps the oil until the lower oil level sensor 42 is reached via the oil line 43 into the expansion vessel 45 of the transformer. The variation of the sensors and the evaluation options are possible analogously to embodiment 1. If the transformers have a gas collecting relay, the measuring device 22 described can in principle be mounted via its connecting piece 47 instead of the cover onto the gas collecting relay analogously to exemplary embodiment 2.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann durch die Anordnung eines Sensors 56 zur Kontrolle auf ungelöste Gase im Gassammeistutzen 46 erreicht werden, daß nach Signalisation durch den Sensor 56 der Meßzyklus auch operativ einleitbar ist. In a further embodiment of the invention, the arrangement of a sensor 56 for checking for undissolved gases in the gas collecting nozzle 46 means that after signaling by the sensor 56, the measuring cycle can also be initiated operatively.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen mit einer Steigleitung und einem Ausdehnungsgefäß auf der Grundlage der Überwachung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem in dem Bereich der Steigleitung (14) zum Ausdehnungsgefäß der Hochspannungsanlage angeordneten, im Normalbetrieb flüssigkeitsgefüllten Gassammeistutzen (15, 46) die Flüssigkeit in bestimmter Folge in eine Meßeinrichtung (1, 22) gelangt, wo sich eine reversible Gleichgewichtsgasphase zu den in der Flüssigkeit gelösten Gasen ausbildet und diese durch Sensoren (9, 10, 49, 50) für den Druck sowie für die Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen überwacht wird, daß ungelöste Gase die Flüssigkeit im Gassammeistutzen (15, 46) teilweise oder vollständig verdrängen, diese in die Meßeinrichtung (1, 22) gelangen, dort die Partialdrücke der Gleichgewichtsgasphase charakteristisch ändern und Zeitfunktionen der Sensormeßwerte von einer Steuer- und Auswerteeinheit (12, 53) erfaßt, auswertet und dargestellt werden und daß die Zeitfunktionen der Sensoren zusätzlich eine näherungsweise Volumen- und Ratendarstellung ungelöster Gase gestatten.1. A method for determining and determining the origin of undissolved gases in liquid-filled high-voltage systems with a riser and an expansion vessel based on the monitoring of gases dissolved in the liquid, characterized in that from one in the area of the riser (14) to the expansion vessel of the high-voltage system arranged, in normal operation liquid-filled gas collecting nozzle (15, 46), the liquid flows in a certain sequence into a measuring device (1, 22), where a reversible equilibrium gas phase forms with the gases dissolved in the liquid and these are measured by sensors (9, 10, 49, 50) for the pressure and for the concentration of a gas or a plurality of selected gases is monitored together, that undissolved gases partially or completely displace the liquid in the gas collecting nozzle (15, 46), these get into the measuring device (1, 22), where the partial pressures the equilibrium gas phase chara change cteristically and time functions of the sensor measured values are recorded, evaluated and displayed by a control and evaluation unit (12, 53) and that the time functions of the sensors additionally permit an approximate volume and rate display of undissolved gases.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Zeitfunktion eines Temperatursensors (11, 51) in der Meßeinrichtung (1, 22) sowohl die Ergebnisnormierung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen als auch eine Ermittlung des Belastungszustandes der Hochspannungsanlage erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that via the time function of a temperature sensor (11, 51) in the measuring device (1, 22) both the result normalization of gases dissolved in the liquid and a determination of the load condition of the high-voltage system.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über das Verhältnis der Zeitfunktionen des Drucksensors (9, 49) in der Gleichgewichtsgasphase und eines in der Nähe der Hochspannungsanlage messenden Drucksensors (13, 54) der Gassättigungsgrad der Flüssigkeit ermittelt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the gas saturation level of the liquid is determined via the ratio of the time functions of the pressure sensor (9, 49) in the equilibrium gas phase and a pressure sensor (13, 54) measuring in the vicinity of the high-voltage system.
4. Vorrichtung zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen mit einer Steigleitung und einem Ausdehnungsgefäß zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einem im Bereich der Steigleitung zum Ausdehnungsgefäß der Hochspannungsanlage angeordneten Gassammeistutzen (15) verbundene Meßeinrichtung (1), die aus einem mit dem Gassammeistutzen (15) in Verbindung stehenden Separierraum (3), in dem sich ein Temperatursensor (11) befindet, einem dem Separierraum (3) nachgeschalteten Gasraum (4), in dem sich Sensoren (9, 10) für Druck und für die Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen befinden und einem zwischen den beiden genannten Räumen geneigt eingebauten flüssigkeitsbeständigen und gasdurchlässigen Membraneinsatz (5) besteht und daß die Meßeinrichtung (1) mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (12) verbunden ist, zu der auch ein Drucksensor (13) aus der Umgebung der Hochspannungsanlage geschaltet ist.4.Device for determining and determining the origin of undissolved gases in liquid-filled high-voltage systems with a riser and an expansion vessel for continuously carrying out the method according to claim 1, characterized by a measuring device (15) connected to a gas collecting nozzle (15) arranged in the region of the riser to the expansion vessel of the high-voltage system ( 1) that from a separating space (3) in connection with the gas collecting nozzle (15), in which there is a temperature sensor (11), a gas space (4) downstream of the separating space (3), in which there are sensors (9, 10) for pressure and for the concentration of a gas or several selected gases and there is a liquid-resistant and gas-permeable membrane insert (5) installed at an incline between the two spaces mentioned and that the measuring device (1) is connected to a control and evaluation unit (12), to which also a pressure sensor (13) from the surroundings of the high-voltage system is connected.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) für die Konzentration ein Wärmeleitfähigkeitssensor ist und daß mit ihm eine Differenzmessung der Wärmeleitfähigkeit vor und nach einer Kohlendioxidabtrennung durchführbar ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the sensor (10) for the concentration is a thermal conductivity sensor and that a differential measurement of the thermal conductivity before and after a carbon dioxide separation can be carried out with it.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) einen Zylindermantel (2) aufweist, der unten schraubbar einen zylindrischen Verbindungsstutzen (16) und oben einen schraubbaren Sensorblock (8) besitzt und etwa mittig ein Ventilelement (7) enthält, oberhalb dessen Bohrung sich die höchste Stelle eines in den Zylindermantel (2) geneigt eingebauten, besonders gestützten, auwechselbaren, flüssigkeitsbeständigen und nur gasdurchlässigen Membraneinsatzes (5) befindet, der nach unten von einem Steg der nach innen stehenden dickeren Innenwandung des unteren Zylindermantelteils und nach oben von einer schraubbaren Ringscheibe (6) flüssigkeitsdicht gehalten ist.6. The device according to claim 4, characterized in that the measuring device (1) has a cylinder jacket (2) which has a cylindrical connecting piece (16) screwable below and a screwable sensor block (8) above and contains a valve element (7) approximately in the middle , above the bore of which is the highest point of a specially supported, exchangeable, liquid-resistant and only gas-permeable membrane insert (5) built into the cylinder jacket (2), which is inclined downward from a web of the thicker inner wall of the lower cylinder jacket part, which faces inwards, and towards is held liquid-tight at the top by a screwable washer (6).
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) mit einem mechanischen Gassammelrelais (19) in der Weise gekoppelt ist, daß der Verbindungsstutzen (16) der Meßeinrichtung (1) den Deckel des Gassammelrelais (19) bildet, dessen Signalleitung (21) zusätzlich auf die Steuer- und Auswerteeinheit (12) geschaltet ist. 7. The device according to claim 4, characterized in that the measuring device (1) is coupled to a mechanical gas collecting relay (19) in such a way that the connecting piece (16) of the measuring device (1) forms the cover of the gas collecting relay (19), the Signal line (21) is also connected to the control and evaluation unit (12).
8. Vorrichtung zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen mit einer Steigleitung und einem Ausdehnungsgefäß zur periodischen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einem im Bereich der Steigleitung zum Ausdehnungsgefäß der Hochspannungsanlage angeordneten Gassammeistutzen (46) verbundene Meßeinrichtung (22), die aus einem mit dem Gassammeistutzen (46) in Verbindung stehenden Separierraum (23), in dem sich ein Temperatursensor (51) befindet, einem dem Separierraum (23) nachgeschalteten Gasraum (24), in dem sich Sensoren (49, 50) für Druck und für die Konzentation eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen befinden, Einrichtungen (25, 29, 38) zur Gewährleistung einer zyklischen Flüssigkeitserneuerung bis zur Erreichung des Par- tialdruckgleichgewichtes und Einrichtungen zur Schaffung eines Gaskreislaufes vom Gasraum (24) zum Separierraum (23) besteht und daß die Meßeinrichtung (22) mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (53) verbunden ist, zu der auch ein Drucksensor (54) aus der Umgebung der Hochspannungsanlage geschaltet ist.8.Device for determining and determining the origin of undissolved gases in liquid-filled high-voltage systems with a riser and an expansion vessel for periodically carrying out the method according to claim 1, characterized by a measuring device (46) connected to a gas collecting nozzle (46) arranged in the region of the riser to the expansion vessel of the high-voltage system ( 22), which consists of a separating space (23) connected to the gas collecting nozzle (46), in which there is a temperature sensor (51), a gas space (24) downstream of the separating space (23), in which there are sensors (49, 50 ) for pressure and for the concentration of a gas or several selected gases, devices (25, 29, 38) to ensure cyclical liquid renewal until the partial pressure equilibrium is reached and devices for creating a gas cycle from the gas space (24) to the separation space ( 23) exists and that the Me ßeinrichtung (22) is connected to a control and evaluation unit (53), to which a pressure sensor (54) from the environment of the high-voltage system is connected.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (50) für die Konzentration ein Wärmeleitfähigkeitssensor ist und daß mit ihm eine Differenzmessung der Wärmeleitfähigkeit vor und nach einer Kohlendioxidabtrennung durchführbar ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the sensor (50) for the concentration is a thermal conductivity sensor and that with it a differential measurement of the thermal conductivity before and after a carbon dioxide separation can be carried out.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (22) mit einem mechanischen Gassammelrelais direkt in der Weise gekoppelt ist, daß der Verbindungsstutzen (47) den Deckel des Gassammelrelais bildet, dessen Signalleitung zusätzlich auf die Steuer- und Auswerteeinheit (53) geschaltet ist. 10. The device according to claim 8, characterized in that the measuring device (22) is coupled to a mechanical gas collection relay directly in such a way that the connecting piece (47) forms the cover of the gas collection relay, the signal line additionally to the control and evaluation unit (53 ) is switched.
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