安裝到變壓器的溫度井中的傳感器的制造方法
【專利摘要】一種傳感器組件用于通過溫度井測量隔離流體中的氫濃度，溫度井具有管狀部分，管狀部分延伸到設備中，并且在其端部處具有可動閥。管狀部分包括凸緣和附連到凸緣上的管狀殼體部件，管狀殼體部件的一端適于可伸縮地接收在溫度井中。管狀部分包括殼體，殼體的一端連接到管狀殼體部件上，并且具有基本一致的橫截面，其中，至少一個電線接收開口延伸通過殼體本體。蓋封閉殼體本體的端部。密封件設置在管狀殼體部件和溫度井的管狀部分之間。管狀殼體部件足夠長，使得當完全延伸到溫度井中時，管狀殼體使可動閥打開。
【專利說明】安裝到變壓器的溫度井中的傳感器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請是要求2011年3月31日提出的美國專利申請N0.13/077，082的優(yōu)先權的國際申請，其全部內(nèi)容通過引用而全部結合在本文中。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及感測油中的氫。具體來說，其涉及用于感測電功率產(chǎn)生、傳輸和分配設備用油中的氫的裝備。
【背景技術】
[0004]電力設備，特別是中壓或高壓電力設備，在其構件之間需要高等級的電隔離和熱隔離。因此，眾所周知地，將電力設備的構件(例如變壓器的線圈)封裝在容納容器中且對容納容器填充流體。流體促進構件產(chǎn)生的熱的消散，并且流體可通過熱交換器而循環(huán)，以高效地降低構件的運行溫度。流體還可以作為構件之間的電隔離物或作為設置在構件周圍的其它隔離形式(例如纖維素紙或其它隔離材料)的補充。任何具有需要的電性質(zhì)和熱性質(zhì)的流體均可被使用。典型地，對電力設備填充油，例如蓖麻油、礦物油、或菜油、或合成“油”，例如氯化二苯或硅酮。
[0005]通常，電力設備用于關鍵任務環(huán)境中，其中由于關鍵系統(tǒng)斷電造成的故障的代價可為昂貴的，或者甚至是災難性的。另外，電力設備的故障通常導致許多對設備本身和周圍設備的傷害，因此需要更換昂貴的設備。進一步地，這樣的故障由于電擊、火災或爆炸可以對人造成傷害。因此，需要監(jiān)測電力設備的狀況，以通過檢測初期故障來預測設備的潛在故障，以及通過修理和更換設備或調(diào)節(jié)設備的運行狀況來進行補救行為。但是，填充了流體的電力設備的運行和性能固有地會隨時間退化。故障和初期故障應該與正常的和可接受的退化區(qū)別開。
[0006]已知的監(jiān)測填充了流體的電力設備的方法是監(jiān)測流體的多種參數(shù)。例如，知道流體溫度和流體中的可燃氣體總量(TCG)表示填充了流體的電力設備的操作狀態(tài)。因此，監(jiān)測這些流體參數(shù)用于使變壓器保持長壽命。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一氧化碳和二氧化碳的濃度隨著電力設備中的纖維素隔離物的熱老化和退化而升高。由于循環(huán)電流弓I起的熱點和電介質(zhì)擊穿(例如電暈放電和飛弧)的原因，氫和多種碳氫化合物(以及其衍生物，例如乙炔和乙烯)的濃度會升高。氧和氮的濃度表示大型設備(例如變壓器)中的氣體增壓系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，“溶解氣體分析”(DGA)已經(jīng)成為廣泛接受的方法，用于識別填充了流體的電力設備中的初期故障，以使設備保持長壽命。
[0007]在傳統(tǒng)的DGA方法中，一定量的流體通過排出閥從設備的容納容器中移除。然后在實驗室中或通過現(xiàn)場的設備對移除的流體進行溶解氣體測試。該測試方法在這里稱為“離線”DGA。因為氣體是由多種已知故障(例如設備中的電力部件的隔離材料或其它部分的退化、線圈的圈間短路、過載、不良連接等等)產(chǎn)生的，所以已經(jīng)發(fā)展了各種診斷理論，用于將流體中的各種氣體的量與裝有該流體的電力設備中的特定故障相關聯(lián)。但是，因為傳統(tǒng)的離線DGA方法需要從電力設備中移除流體，所以這些方法不能:1)產(chǎn)生與設備的任何故障相關的定位位置信息，2)解決設備中的氣體的空間差異，以及3)提供與故障相關的實時數(shù)據(jù)。如果不在現(xiàn)場進行分析，則可能需要若干小時才能獲得結果，在這樣的時段里，設備的初期故障可能會發(fā)展成故障。
[0008]變壓器的油中的氫氣的測量引起興趣是因為它表明變壓器內(nèi)過熱和/或飛弧造成的油的擊穿。變壓器油冷卻變壓器并起到電介質(zhì)作用。隨著變壓器油老化，油的電介質(zhì)效果變得越來越差。變壓器油中溶解的氫量的增加是變壓器即將有故障的一種指示。
[0009]對于大型變壓器，存在氫傳感器，它們使用氣相色譜法或光-聲波譜法來確定變壓器油內(nèi)的氫氣量。這種裝置非常昂貴，對于較小的變壓器，這樣的花費被證明是不合理的。如果有做此事的低成本的方法可用，則可監(jiān)測許多較舊的小型的變壓器。
[0010]通用電氣公司(General Electric Company)制造的低成本氣體監(jiān)測器Hydran?M2已經(jīng)投入使用。然而，該氣體監(jiān)測器僅感測可燃氣體，然后使用公式來估計氣體中通常多少為氫，以及其它氣體有多少。
[0011]Tim Cargol在2005年圣安東尼奧舉行的第四屆Weidmann-ACTI技術年會上發(fā)表了文章“Overview of Online Oil Monitoring Technologies”(油的在線監(jiān)測技術綜述),該文章提出了油的氣體測量技術的討論，包括氫的測量。
[0012]刊物“Gases and Technology(氣體和技術)”在2006年的7月/8月期的文章“Palladium Nanoparticle Hydrogen Sensor (鈕納米顆粒氫傳感器)”中第 18-21 頁公開了鈀氫傳感器。鈀傳感器還公開在美國專利公開中=Visel等人的US2007/0125153、Pavlovsky 的 US2007/0068493 和 Ng 等人的 US2004/0261500。美國專利申請N0.2010/007828公開了用于變壓器的氫傳感器。
[0013]需要有一種確定油(例如電功率產(chǎn)生、傳輸和分配設備特別是變壓器中的油)中氫氣含量的低成本的方法。特別需要一種方法和裝備以將氫傳感器安裝到電功率產(chǎn)生、傳輸和分配設備上，其不需要使設備停機，并且優(yōu)選地使用設備中的現(xiàn)有的配件或端口，而不需要在設備的殼體中開新的開口。特別有益的將是提供一種方法和裝備，以使用用于壓力傳感器(特別是壓力快速升高傳感器)的端口將氫傳感器附連到變壓器等上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明提供了一種用于傳感器的傳感器組件，其具有半導體元件，半導體元件用于測量具有溫度井的電功率產(chǎn)生、傳輸和分配設備中的隔離流體中的氫濃度，溫度井具有延伸到設備中的管狀部分，從而提供通往設備的內(nèi)部的通路，溫度井在管狀部分的端部處具有可動閥。管狀部分包括第一凸緣和附連到第一凸緣上的管狀殼體部件，管狀殼體部件的一端適合于可伸縮地接收在溫度井中。該管狀部分進一步包括殼體本體,殼體本體的一端連接到管狀殼體部件上，并且具有從管狀殼體部件延伸的基本一致的橫截面，其中至少一個電線接收開口延伸通過殼體本體。管狀部分還包括封閉殼體本體的在所述一端的遠側的端部的蓋，以及第一密封件，第一密封件設置在管狀殼體部件和溫度井的管狀部分之間，以阻擋殼體部件和溫度井之間的空間中的隔離流體流，其中所述管狀殼體部件足夠長，使得當完全延伸到溫度井中時，管狀殼體使可動閥打開?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]附圖1是變壓器的視圖，其表示用于附連傳感器的可能位置。
[0016]附圖2是傳感器和其安裝件的分解視圖。
[0017]附圖3是安裝在變壓器上的傳感器的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明提供了許多優(yōu)于現(xiàn)有裝備的優(yōu)點。本發(fā)明比其它氫感測裝置體積小、易安裝和成本低。該裝置精確并可容易地改裝到現(xiàn)有的變壓器或發(fā)動機上。該裝置提供非常精確的氫傳感器，其具有實時結果，因為不需要移除流體。該裝置允許更換傳感器，而無需為油離開容器而提供大的開口。本發(fā)明的傳感器利用眾所周知且可購買得到的儀器控制器。上述和其它的優(yōu)點將從以下描述中得以呈現(xiàn)。
[0019]本發(fā)明使得容易將氫傳感器改裝到變壓器上，因為變壓器殼體中已經(jīng)存在開口。并且與需要在變壓器上安裝新的入口的情況下相比，其成本較低。進一步地，本發(fā)明的裝置需要低維護，并且將在較高溫度(例如120°C )下工作。
[0020]圖1中示出變壓器10。變壓器10設有釋壓裝置14和16。變壓器10被部分剖開，以顯示線圈18。變壓器10具有溫度計24。溫度計26測量變壓器的油溫。管道終端28連接到從釋壓裝置14引出的溢出管道上。光纖入口 32提供了線圈溫度的直接讀數(shù)。當需要時，冷卻塔34用于通過使用風扇36進行冷卻來調(diào)整變壓器中的油溫。排出閥38用于排出油進行更換或保護測試樣品。機電式溫度計42感測變壓器的油溫。IED智能電子裝置44控制感測裝置，并且提供感測到的信息的讀數(shù)。當需要時，它可進一步控制反應器的冷卻。還在變壓器上提供快速升壓繼電器46。可以在位置48處提供流量計(未示出)。多種溫度和壓力傳感器、釋壓裝置、排出管和流量計可以提供氫傳感器的安裝區(qū)域。
[0021]圖2和圖3顯示了本發(fā)明的傳感器組件60，以優(yōu)選形式，其具有測量電功率產(chǎn)生、傳輸和分配設備中的隔離流體中的氫濃度的半導體元件。設備104具有溫度井，溫度井具有管狀部分62，管狀部分62延伸到電力設備104中，從而通過孔口 106提供通往設備的內(nèi)部的通路。溫度井在管狀部分62的端部處具有可動閥76。使用術語溫度井作為優(yōu)選裝置，其在溫度傳感器的位置上。然而，本發(fā)明的傳感器裝備60可以放置在變壓器上的存在通過延伸到變壓器流體中的管狀部分的通路的任何位置。傳感器組件的溫度井70包括第一凸緣64和附連到第一凸緣上的管狀殼體部件68，管狀殼體部件的一端77適合于可伸縮地接收在溫度井70中。殼體本體72的一端連接到管狀殼體部件68上，并且具有從殼體本體72延伸的基本一致的橫截面73。存在開口 74，以便至少一個電線從傳感器組件60延伸。在管狀部分62的遠端上存在蓋76。蓋76位于在變壓器或其它電力裝置內(nèi)。當殼體本體72從變壓器移除時，蓋76防止泄漏。第一密封件78設置在管狀殼體部件溫度井70和溫度井70的管狀部分62之間，以在管狀部分77插入管狀部分62中時，阻擋殼體部件72和溫度井70之間的空間中的隔離流體流。殼體部件72的管狀部分77足夠長，使得當完全延伸到溫度井中時，管狀殼體使可動閥76打開。殼體77具有帶螺紋部分84，這允許其旋入溫度井70的部分106中。殼體77的帶螺紋部分84也包含至少一個密封件88。
[0022]當管狀殼體部件77完全延伸到溫度井70中時，密封部件78定位成與管狀部件77和帶螺紋部分84兩者接合。如附圖3所示，當完全延伸到溫度井中時，管狀部件77突出超過管狀延伸部62的端部，并且打開蓋76。傳感器組件設計成使得當其完全延伸到溫度井中時，管狀部件突出到使得它不會與設備的帶電部件相互作用的點。管狀部分77和管狀殼體62都具有大體圓形的橫截面。溫度井70設有排泄閥92，其延伸到存在流體的區(qū)域96中。排泄閥包括帽94和本體98。其旋入孔102中，并且在需要時可用于對流體采樣，以進行測量。
[0023]傳感器組件可以從溫度井上移除而在抽出該組件時沒有嚴重的泄漏。雖然使用了術語溫度井，但是其意味著管狀殼體可以用于不同傳感器。這應當包括用于溫度、壓力、氫、二氧化碳和其它可能存在于電力設備的冷卻油中的材料的傳感器。該裝備如公開的那樣將允許使用同一孔進入變壓器中，以通過改變傳感裝備的類型來感測不同東西。例如，氫傳感器可以用于感測電力設備油中氫的量，并且然后壓力測量探頭可以放入同一孔中以測量壓力，以計算氫的精確含量。氫探頭還與其它傳感器結合是可行的。在一個優(yōu)選實施例中，氫探頭還與溫度傳感器結合，以便用一個探頭測量溫度和氫。
[0024]本發(fā)明的傳感器組件可以用于變壓器或其它電力裝置的存在通過壁的孔口的任何部分中。這樣的位置在存在機電溫度計和存在釋壓閥處包括快速升壓繼電器、載荷抽頭變換器、排出閥。優(yōu)選位置是放置溫度傳感器的地方，因為它們?nèi)绫疚氖境龅哪菢颖话惭b在管狀井中。
[0025]含有鈀的氫傳感器和用于傳感器的控制器都是本領域公知的。這樣的傳感器公開在如下的美國專利申請公開中=Visel等人的US2007/0125153和Pavlovsky的US2007/0240491，它們都以引用的方式結合在本文中?？铩癎ases and Technology (氣體和技術)”的2006年7月/8月的期中于出了 1.Pavlovsky的文章“Pal ladium NanoparticleHydrogen Sensor (鈕納米顆粒氫傳感器)”,該文也含有關于氫傳感器和它們的使用方法和裝備的描述。本發(fā)明的這些優(yōu)選傳感器中所用的鈀納米顆粒固有地對氫敏感，并且基于鈀納米顆粒網(wǎng)絡的傳感器在存在有其它氣體時不會產(chǎn)生錯誤報警。這使得它們特別適于用于本發(fā)明的裝置中，因為在感測氫時，可能存在其它的氣體。其它的氫傳感器和它們的控制器公開在如下的美國專利公開中:Pavlovsky的US2007/0068493和Pavlovsky等人的US2007/0240491，這兩個專利公開也通過引用而結合在本文中。本發(fā)明的優(yōu)選的氫傳感器是基于半導體鈀的氫傳感器，因為其給出精確讀數(shù)，并且能經(jīng)得起變壓器的環(huán)境。
[0026]本發(fā)明特別參考當前優(yōu)選的實施例進行詳細描述，但是將理解，可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實現(xiàn)變型和修改。目前公開的實施例因此在所有方面都被認為是說明性的而非限定性的。本發(fā)明的范圍由所附的權利要求指示，并且落在其等效方案的含義和范圍內(nèi)的所有變化都包含在其中。
【權利要求】
1.一種用于傳感器的傳感器組件，其具有半導體元件，所述半導體元件用于測量具有溫度井的電功率產(chǎn)生、傳輸和分配設備中的隔離流體中的氫濃度，所述溫度井具有管狀部分，所述管狀部分延伸到所述設備中，從而提供通往所述設備的內(nèi)部的通路，所述溫度井在其管狀部分的端部處具有可動閥，所述傳感器組件包括: (a)第一凸緣； (b)附連到所述第一凸緣上的管狀殼體部件，其一端適于可伸縮地接收在所述溫度井中； (c)殼體本體，其一端連接到所述管狀殼體部件上，并且具有從所述管狀殼體部件延伸的基本一致的橫截面； 至少一個電線接收開口延伸通過所述殼體本體； (d)封閉所述殼體本體在所述一端遠側的端部的蓋； (e)設置在所述管狀殼體部件和所述溫度井的管狀部分之間的第一密封件，其用于阻擋所述殼體部件和所述溫度井之間的空間中的隔離流體流； 所述管狀殼體部件足夠長，使得當完全延伸到所述溫度井中時，所述管狀殼體使所述可動閥打開。
2.根據(jù)權利要求1的傳感器組件，其特征在于，在所述管狀殼體部件完全延伸到所述溫度井中的情況下，所述密封部件定位成與所述管狀部件和管狀延伸部兩者接合。
3.根據(jù)權利要求1的傳感器組件，其特征在于，在所述管狀殼體部件完全延伸到所述溫度井中的情況下，所述管狀部件突出超過所述管狀延伸部的端部。
4.根據(jù)權利要求3的傳感器組件，其特征在于，在所述管狀殼體部件完全延伸到所述溫度井中的情況下，所述管狀部件突出到使得它不會與所述設備的帶電構件相互作用的點。
5.根據(jù)權利要求3的傳感器組件，其特征在于，所述管狀部分和所述管狀殼體部件各自具有大體圓形的橫截面。
6.根據(jù)權利要求1的傳感器組件，其中，所述溫度井設有采樣和排泄閥。
【文檔編號】H01F27/12GK103562686SQ201280010143
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月23日 優(yōu)先權日:2011年3月31日
【發(fā)明者】J·J·赫斯 申請人:品質(zhì)控制有限責任公司