CN109211309A - 充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，包括氢气‑微水集成传感器、压力传感器、基座、适配器、信号调理单元及主控单元；适配器底部设置氢气‑微水集成传感器，且与充油设备取油孔密封连接；适配器设置出油孔，出油孔与取油孔连通；适配器顶部与基座密封连接；基座内设置储油腔，基座底部设置压力引油孔；压力引油孔一端与出油孔连通，另一端与储油腔连通；基座设置压力传感器；传感器依次连接信号调理单元、主控单元。本发明实现充油设备的氢气、微水及油压的在线监测，通过在线监测数据诊断充油设备的绝缘状态；与传统监测手段相比，本发明在线监测装置具有不需停电、监测信息丰富、实时监测诊断等优势。

Description

充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置

技术领域

本发明属于电力充油设备监测技术领域，尤其涉及一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置。

背景技术

电力充油设备如变压器套管、油浸式电流互感器、电压互感器、少油式断路器等是电力系统的主要设备之一，在电力系统中起着举足轻重的作用。充油设备故障或损坏不仅会造成停电事故，甚至会引起变电站设备爆炸甚至酿成火灾，进一步扩大事故范围。充油设备的安全、稳定运行直接影响着整个电网的稳定，对充油设备绝缘状态的诊断与评估意义重大。

对于充油设备的绝缘状态诊断，传统的高压电气测试如介损、电容量测试，其手段较为单一，且测试数据易受测试条件影响、反映绝缘信息较少，同时需要停电、试验周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，以解决上述存在的技术问题。本发明可实现变压器套管、油浸式电流互感器、电压互感器、少油式断路器等充油设备的氢气、微水及油压的在线监测，通过在线监测数据诊断充油设备的绝缘状态。与传统离线监测手段相比，本发明在线监测装置具有不需停电、监测信息丰富、实时监测诊断等优势。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，包括氢气-微水集成传感器、压力传感器、基座、适配器和信号调理单元；

适配器底部设置有氢气-微水集成传感器，且与充油设备取油孔密封连接；适配器内设置出油孔，出油孔与充油设备取油孔连通；适配器顶部与基座底部密封连接；基座内设置有储油腔，基座底部设置有压力引油孔；压力引油孔一端与出油孔连通，另一端与储油腔连通；基座上安装有用于监测储油腔压力的压力传感器；

氢气-微水集成传感器包括氢气传感器、微水传感器和信号传输线；氢气-微水集成传感器、压力传感器均连接信号调理单元。

进一步的，基座上还包括泄油阀、泄油引流孔；泄油引流孔设置在基座底部；泄油引流孔通过泄油阀与基座内储油腔连通。

进一步的，适配器通过螺纹固定在充油设备取油孔上。

进一步的，压力传感器一端密封、另一端与基座内储油腔连通；压力传感器的膜片采用不锈钢波纹膜片，采用316L不锈钢制作。

进一步的，氢气传感器采用固态钯合金薄膜氢气传感器，氢气传感器上集成有恒温控制芯片；微水传感器采用电容薄膜型微水传感器。

进一步的，适配器内的出油孔为圆柱孔，内径2-3mm。

进一步的，适配器底部与充油设备取油孔连接部位设置有密封圈，密封圈采用O型密封圈。

进一步的，氢气-微水集成传感器与信号调理单元之间采用RS232或RS485型信号线连接；压力传感器与信号调理单元之间采用RS232或RS485型信号线连接。

进一步的，泄油阀采用球阀或自封阀门，泄油阀油密封压力容许度大于或等于0.55MPa，泄油阀的内径为3.0-5.0mm。

进一步的，还包括主控单元；信号调理单元和主控单元之间采用RS485型信号传输线、RS232信号传输线或光纤连接；信号调理单元用于对氢气-微水集成传感器和油压传感器氢气-微水集成传感器和压力传感器采集到的信号进行放大、滤波、抗干扰处理，转换成统一的电信号，传输至主控单元；主控单元实现对氢气、微水和油压信号的显示和与设定阈值比较进行告警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，采用设置氢气-微水集成、压力传感器实现了电力充油设备油中氢气、微水及油压的在线监测，通过在线监测数据诊断充油设备的绝缘状态；本发明测量精度高、体积小、成本低，监测过程中不需停电、监测信息丰富，还具有实时监测诊断的特点；

进一步的，基座上设置泄油阀和泄油引流孔；充油设备中油经出油孔、压力引油孔和泄油引流孔形成密闭U型油路，通过控制泄油阀，充油设备中油可经U型油路从泄油引流孔中流出，便于现场油样获取；

进一步的，氢气传感器采用固态钯金薄膜氢气传感器，解决了现有技术中基于燃料电池等电化学型单氢监测仪测量不准确，维护和更换频率高的问题；该传感器无需油气分离装置，测试过程无氢气消耗，与市场上现有的多数氢气测量装置相比，对一氧化碳、乙炔、乙烯不敏感，氢气响应专一性好，测量精度高。

附图说明

图1是本发明的一种充油设备油中溶解氢气、微水、油压综合在线监测装置结构示意图；

图2是一种变压器套管中油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置的应用示意图。

其中：1氢气-微水集成传感器，1-1氢气传感器芯片，1-2微水传感器芯片，1-3信号传输线，2压力传感器，3泄油阀，4基座，4-1压力引油孔，4-2泄油引流孔，5适配器，5-1出油孔，5-2安装对接口，6密封圈，7信号调理单元，8-1A相高压套管，8-2B相高压套管8-3C相高压套管，9在线监测装置，10主控单元，11变压器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。

参考附图1-2所示，本发明提供了一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置9，包括氢气-微水传感器1、压力传感器2、泄油阀3、基座4、适配器5、信号调理单元7及主控单元10。

适配器5的底部设有安装对接口5-2，安装对接口5-2与充油设备箱壳上的取油孔相适应，适配器5通过安装对接口5-2与充油设备箱壳上的取油孔连接；安装对接口5-2与充油设备取油孔之间设有密封圈6，密封圈6采用耐高温、耐腐蚀的橡胶材质制作，避免因外界换将温度过高和长期的油腐蚀造成的密封性能下降，密封圈6采用O型密封圈。

适配器5上设置有出油孔5-1，出油孔5-1与充油设备取油孔连通；出油孔5-1为圆柱状结构，内径为2-3mm，以满足充油设备内油在各种环境温度下顺利流通。

适配器5的底部还设置有氢气-微水集成传感器1，氢气-微水传感器1包括氢气传感器1-1、微水传感器1-2及电路板，氢气传感器1-1和微水传感器1-2分别焊接在电路板上；电路板通过信号传输线1-3与信号调理单元7连接，通过信号传输线1-3将氢气-微水传感器1测得的信号值传输至信号调理单元7进行处理。电路板用于氢气传感器1-1和微水传感器1-2的输出信号采集、电平变换，是氢气传感器1-1和微水传感器1-2与信号传输线1-3连接的载体。

氢气传感器1-1采用钯镍合金膜固态传感器，氢气测量范围可达25-5000ppm，测量精度可达25ppm，其工作温度可达-20-+55℃，对于一氧化碳、乙烯、乙炔等交叉气体敏感度小于2％；氢气传感器1-1上还集成有恒温控制芯片，确保油温波动时氢气测量的稳定性和可靠性。

微水传感器1-2采用电容薄膜型微水传感器，电容薄膜型微水传感器可以在内部高分子膜吸收水分时进行容性改变，其微水测量范围可达0—500ppm，测量精度可达10ppm。

信号传输线7采用RS232或RS485信号线传输，氢气传感器1-1、微水传感器1-2供电线路采用RS232或RS485信号线。

适配器5顶部与基座4底部密封连接；基座4采用中空结构，基座4内设置有储油腔；基座4底部设置压力引油孔4-1、泄油引出孔4-2；压力引油孔4-1一端与适配器5上的出油孔5-1连通，压力引油孔4-1另一端与基座4内的储油腔连通，泄油引出孔4-2与储油腔连通。

基座4一端设置压力传感器2；压力传感器2一端密封，另一端与基座4内的储油腔连通；

压力传感器2采用压阻式压力敏感元件，具有压力的零点修正和温度补偿功能；压力传感器2宽温度补偿范围可达-20℃～+80℃，避免了由于温度变化引起的压力测量误差；压力传感器2设有隔离式结构，将油路和电气回路隔离开，适用于多种流体介质；压力传感器2电气连接采用镀金柯伐管脚；压力传感器2的膜片为不锈钢波纹膜片，不锈钢波纹膜片采用316L不锈钢制作，具有防腐性能强的优点；压力传感器量程为0～1.0MPa，精度为0.25级，压力分别率低至0.1kPa。

基座4另一端设置泄油阀3，泄油阀3设置在泄油引流孔4-2与基座4内的储油腔之间，泄油阀3采用球阀或自封阀门，泄油阀3油密封压力容许度不小于0.55MPa，以满足现场油压测试要求；泄油阀3内径为3.0-5.0mm。

充油设备中油经出油孔5-1、压力引油孔4-1、基座4内的储油腔及泄油引流孔4-2形成密闭的U型油路，调节泄油阀3，充油设备中油可经U型油路从泄油引流孔4-2流出，便于现场油样获取。

信号调理单元7设置在基座4的顶部，基座4与信号调理单元7之间设置有密闭隔离，防止充油设备中油渗入信号调理单元7内。

信号调理单元7的输出端通过信号数据线分别与电源及主控单元10连接；信号调理单元7和主控单元10之间的信号数据线为RS485型信号数据线、RS232型信号数据线或光纤；信号调理单元7和主控单元10之间的信号传输线为双层屏蔽绞线，射频电磁场辐射抗扰度为三级以上。

信号调理单元7对氢气-微水集成传感器和油压传感器采集到的信号进行放大、滤波、抗干扰处理，转换成统一的电信号，传输至主控单元10。主控单元10实现对氢气、微水和油压信号的显示和告警功能。在线监测装置9实现在线监测功能，主控单元10通过对三个传感器上传的数据与设定阈值比较，实现诊断功能。现有技术没有对套管等少油设备实现氢气、微水、油压等状态参量的在线监测与诊断功能，套管等少油设备的监测诊断均是通过停电后取油样后离线监测的。

在线监测装置采用防水防尘处理，其防护等级不低于IP55级。

发明原理：

当充油设备的绝缘状态发生改变，如内部发生局部放电故障时，会产生大量特征气体，如氢气、乙炔、一氧化碳等，油压也会发生变化，通过监测油中溶解气体含量和油压能迅速准确诊断充油设备的绝缘状态；同时，当充油设备运行时间较长时，由于外部潮气进入，导致油中微水含量上升，通过微水含量的变化监测充油设备的绝缘状态。

下面为实际应用实施例：

在实际应用中，参考图2，将三个本发明所述的在线监测装置9分别安装在变压器11的A相高压套管8-1、B相高压套管8-2、C相高压套管8-3法兰取油孔处，监测信号可同时传输至地面的主控单元10，进行数据的分析处理、告警和绝缘状态诊断工作。与现有监测手段相比，本发明采用氢气、微水、油压三合一复合传感器，可实现少油设备油中溶解氢气、微水、油压的综合实时监测。与现有装置相比，系统测量时不需停电，监测数据丰富，精度高，外形结构紧凑，便于安装，价格低廉。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，包括氢气-微水集成传感器(1)、压力传感器(2)、基座(4)、适配器(5)和信号调理单元(7)；

适配器(5)底部设置有氢气-微水集成传感器(1)，且与充油设备取油孔密封连接；适配器(5)内设置出油孔(5-1)，出油孔(5-1)与充油设备取油孔连通；适配器(5)顶部与基座(4)底部密封连接；基座(4)内设置有储油腔，基座(4)底部设置有压力引油孔(4-1)；压力引油孔(4-1)一端与出油孔(5-1)连通，另一端与储油腔连通；基座(4)上安装有用于监测储油腔压力的压力传感器(2)；

氢气-微水集成传感器(1)包括氢气传感器(1-1)、微水传感器(1-2)和信号传输线(1-3)；氢气-微水集成传感器(1)、压力传感器(2)均连接信号调理单元(7)。

2.根据权利要求1所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，基座(4)上还包括泄油阀(3)、泄油引流孔(4-2)；泄油引流孔(4-2)设置在基座(4)底部；泄油引流孔(4-2)通过泄油阀(3)与基座(4)内储油腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，压力传感器(2)一端密封、另一端与基座(4)内储油腔连通；压力传感器(2)的膜片采用不锈钢波纹膜片，采用316L不锈钢制作。

4.根据权利要求1所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，氢气传感器(1-1)采用固态钯合金薄膜氢气传感器，氢气传感器(1-1)上集成有恒温控制芯片；微水传感器(1-2)采用电容薄膜型微水传感器。

5.根据权利要求1所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，适配器(5)内的出油孔(5-1)为圆柱孔，内径2-3mm。

6.根据权利要求1所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，适配器(5)底部与充油设备取油孔连接部位设置有密封圈(6)，密封圈(6)采用O型密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，氢气-微水集成传感器(1)与信号调理单元(7)之间采用RS232或RS485型信号线连接；压力传感器(2)与信号调理单元(7)之间采用RS232或RS485型信号线连接。

8.根据权利要求2所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，泄油阀(3)采用球阀或自封阀门，泄油阀(3)油密封压力容许度大于或等于0.55MPa，泄油阀(3)的内径为3.0-5.0mm。

9.根据权利要求8所述的一种充油设备油中溶解氢气、微水及油压综合在线监测装置，其特征在于，还包括主控单元(10)；信号调理单元(7)和主控单元(10)之间采用RS485型信号传输线、RS232信号传输线或光纤连接；信号调理单元(7)用于对氢气-微水集成传感器和油压传感器氢气-微水集成传感器(1)和压力传感器(2)采集到的信号进行放大、滤波、抗干扰处理，转换成统一的电信号，传输至主控单元(10)；主控单元(10)实现对氢气、微水和油压信号的显示和与设定阈值比较进行告警。