CN103748438A - 组合式氢与压力传感器组件 - Google Patents
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Abstract
一种具有半导体元件的外壳传感器，用于测量设备中绝缘流体中的氢浓度，所述设备具有安装凸缘，安装凸缘具有第一模式的多个螺栓接收开口。传感器包括具有一个或多个开口和外周的第一凸缘。传感器还包括具有接收在开口中的一个中的一端的管状外壳支承构件、和以与第一模式对应的模式布置在第一凸缘的外周内的多个螺栓接收孔。传感器还包括延伸穿过外壳主体的至少一个电线接收开口、闭合外壳主体的远离一端的端部的罩、配置在第一凸缘与管状外壳支承构件之间的第一密封件、以及配置在第一凸缘上用于接合安装凸缘的第二密封件。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是国际申请，要求2011年3月31日提交的美国专利申请No.13／076,617的优先权，其全部公开内容通过引用明确并入。
技术领域
本发明涉及对油中的氢的感测。特别涉及对发电、输电和配电设备油中的氢的感测。
背景技术
电气设备，特别是中压或高压电气设备在其部件之间需要具有高度的电绝缘和热绝缘。因此众所周知，将电气设备的部件例如变压器线圈封装在密闭壳中，并对密闭壳填充流体。该流体便于消散部件所产生的热，并且可以循环通过热交换器，以高效地降低部件的工作温度。该流体还用作部件之间的电绝缘，或对配置在部件周围的其它形式的绝缘件进行补充，例如纤维素纸或其它绝缘材料。可以采用任何具有期望的电性能和热性能的流体。通常，对电气设备填充油，例如蓖麻油、矿物油、或者植物油、或者合成“油”，例如氯化二苯、硅酮或者六氟化硫。
通常，电气设备用在关键任务环境中，在该环境中由于关键***的电力损失而导致的故障可能是非常昂贵的，或者甚至是灾难性的。此外，电气设备的故障通常导致对设备本身及周围设备的大量损坏，因此需要更换昂贵的设备。而且，由于电击、火灾或者***，这种故障可能对人员引起伤害。因此，期望监测电气设备的状态，以通过检测隐患来预测设备的潜在故障，并且通过对设备的维修、更换或者调节设节的工作条件来采取补救行动。但是，充满流体的电气设备的性能和特性会随时间推移而固有地退化。应当将故障和隐患与正常退化和可接受的退化区分开。
一种监测充满流体的电气设备的状态的已知方法是监测流体的各参数。例如，流体温度和流体中的可燃气体总量(TCG)已知表示充满流体的电气设备的工作状态。因此，对流体的这些参数进行监测可以提供对设备中的任何隐患的指示。例如，已经发现在电气设备中随着纤维素绝缘件的热老化和退化，一氧化碳和二氧化碳的浓度增加。由于环状电流和例如电晕和电弧放电等介质击穿而引起的热点，使得氢以及各种烃(及其衍生物，例如乙炔和乙烯)的浓度增加。氧和氮的浓度表示在大型设备例如变压器中采用的气体加压***的质量。因此，“溶解气体分析”(DGA)成为了一种识别充满流体的电气设备中的隐患的广泛接受的方法。
在常规的DGA方法中，通过排放阀从设备的密闭壳中取出一定量的流体。然后，在实验室中或利用现场的设备对取出的流体进行溶解气体测试。在本文中将该测试方法被称为“离线”DGA。由于各种已知的缺陷而产生气体，例如绝缘材料或设备中电气部件的其它部分的退化、线圈中的匝间短路、过载、松动连接等，因此，发展了各种诊断理论，用于将流体中各种气体的量与容纳有流体的电气设备的具体缺陷相互关联。但是，由于常规的离线DGA方法需要从电气设备中取出流体，所以这些方法不能1)产生与设备中的任何缺陷相关的定位位置信息，2)解释设备中气体的空间变化，以及3)提供与缺陷相关的实时数据。如果远离现场进行分析，则可能数小时也得不到结果。在这段时间内，隐患有可能发展成为设备的故障。
关注对电力变压器的油中氢气的测量，因为其表示由变压器内部过热和／或电弧导致的油的击穿。变压器油对变压器进行冷却并且用作介质。随着变压器油老化，变压器油变成不太有效的介质。变压器油中溶解的氢的增加是变压器即将发生故障的指示。
对于大型变压器，具有氢传感器，其使用气体色谱法或光声光谱法来确定变压器油内氢气的量。这种装置非常昂贵，并且花费对于较小的变压器不合理。如果这样做的成本低的方法是可利用的，那么就能够监测许多较旧的小型变压器。
General Electric Company生产的成本较低的气体监测器HydranTM M2一直在使用。但是，该气体监测器仅感测可燃气体，并且然后使用公式来估算气体中通常有多少是氢气以及有多少是其它气体。
Tim Cargol在2005年圣安东尼奥的Weidmann-ACTI第四届技术年会(Fourth Annual Weidmann-ACTI Technical Conference)上的文章“Overview ofOnline Oil Monitoring Technologie”提供了对油中气体测量技术的探讨，包括氢的测量。
在2006年7月／8月的《气体及技术》(Gases and Technology)的第18-21页的文章“Palladium Nanoparticle Hydrogen Sensor”中公开了一种钯氢传感器。在Visel等人的美国专利公开文献2007／0125153、Pavlovsky的美国专利公开文献2007／0068493、以及Ng等人的美国专利公开文献2004／0261500中也公开了钯传感器。美国专利申请No.2010／007828公开了一种用于电力变压器的氢传感器。
需要一种确定例如发电、输电和配电设备特别是变压器中的油中的氢气含量的成本低的方法。特别需要一种将氢传感器安装到发电、输电和配电设备上的方法和装置，不需要将设备停机，并且优选使用设备中已有的配件或端口而无需在设备外壳中形成新的开口。特别有利的是，提供一种利用用于压力传感器特别是快速增压传感器的端口将氢传感器附接到变压器等上的方法和装置。
发明内容
本发明提供一种具有半导体元件的传感器外壳，用于测量发电、输电和配电设备中绝缘流体中的氢浓度，在所述设备上具有使得能够进入设备内部的安装凸缘，在安装凸缘上以第一模式设置有多个螺栓接收开口，该安装凸缘包括具有至少一个或多个开口和外周的第一凸缘。本发明包括具有接收在开口中的一个中的一端的管状外壳支承构件、和以与第一模式对应的模式布置在第一凸缘的外周内的多个螺栓接收孔。本发明还包括外壳主体，其一端连接到管状外壳支承构件，并且外壳主体配置在螺栓接收孔之间，并且与螺栓接收孔间隔开足够的距离，以允许到达配置在开口中的螺栓，用于将螺栓***开口和从开口移除，并且该外壳主体具有容纳在第一凸缘的外周内的外周，并且还具有从管状外壳支承构件延伸的大体均匀的截面、延伸穿过外壳主体的至少一个电线接收开口、闭合外壳主体的远离一端的端部的罩、配置在第一凸缘与管状外壳支承构件之间的第一密封件，配置在第一凸缘上的用于接合安装凸缘的第二密封件、以及延伸穿过第一凸缘并与设备内部连通的取样放泄阀，该阀定向为使得当打开时残留气体将离开该阀。
附图说明
图1是变压器的视图，指示了用于附接传感器的可能位置。
图2是变压器的视图，指示了传感器的位置。
图3和图4是安装位于图2中的传感器的俯视图和侧视图。
具体实施方式
本发明相对于现有装置提供许多优点。与其它氢感测设备相比，本发明更小、容易安装且成本更低。该设备是精确的，并且能够容易地改装到已有的变压器或发动机上。该设备由于不需要取出流体，所以提供具有实时结果的非常精确的氢传感器。该设备允许更换传感器，而无需设置用于使油流出容器的明显的开口。本发明的传感器采用众所周知的且可利用的仪器控制技术。这些优点及其它优点通过下文的描述将是显然的。
当在变压器外壳中已经存在开口时，本发明能够容易地将氢传感器改装到变压器上。与需要安装到变压器的新入口相比，这样做还可以降低成本。而且，本发明的安装是低维护的，并且在较高温度例如120℃下将仍然工作。
在图1中示出了变压器10。变压器10设置有减压设备14和16。变压器10被部分切开以示出线圈18。变压器10具有温度表24。温度表24测量变压器的油温。管端子28连接到从减压设备14引出的溢流管。光纤入口32允许直接读取绕组温度。利用冷却塔34通过冷却来调节变压器中的油温，当需要时使用风扇36。利用排出阀38将油排出以更换测试样品，或获得测试样品。电动机械型温度计42感测变压器中的油温。智能电子设备IED44控制感测设备并且提供感测到的信息的读取。根据需要其还可以控制反应器的冷却。在变压器上还设置有快速增压继电器46。在位置48处可以设置未示出的流量计。各种温度和压力传感器、降压设备、排出口以及流量计可以提供用于氢传感器的安装区域。
图2示出了变压器10，在变压器的顶部具有降压设备14。
图3和图4是示出了在减压设备14下方安装传感器的剖视图。图3中示出了氢传感器的外壳54。该外壳具有电线76，用于提供电力和从传感器读取信息。降压设备14具有连接到降压设备14的管28，溢出的油将通过管28从减压阀流出。设置有接收孔78，来允许降压设备14和凸缘65支承将要安装在变压器10上的氢传感器50和取样放泄阀72。
在图4中更详细地示出了氢传感器50。外壳54是用于半导体元件55的外壳。传感器具有用于容纳氢传感器的管状支承件64。外壳54的盖52具有密封件56。外壳54具有下部密封件58。传感器密封件62提供第一凸缘65与管状支承构件64之间的第一密封。密封件62包括锥形螺纹密封件。安装凸缘66使得能够进入变压器的内部。第一凸缘65在其外周具有开口，用于安装氢传感器50和取样放泄阀72。第一凸缘65还具有用于使保持凸缘的螺栓穿过的孔。在第一凸缘65与安装凸缘66之间的垫圈67上具有密封剂。螺栓接收孔78以与所述模式对应的模式布置在第一凸缘的外周内，并且用于将减压设备以及承载氢传感器的凸缘保持就位。
从附图中可以清楚，通过在安装凸缘66与减压设备13之间放置第一凸缘65，从而允许无需在变压器中形成附加孔就可以放置氧传感器。在一些情况下，降压设备14位于变压器的顶部可以允许对冷却液上方的开放空间中的气态氢进行取样。其它位置会将氢传感器放置在冷却液中。已知用于感测液体和气体中的氢的传感器，并且根据所采用的变压器类型以及变压器油位选择适当的传感器将在本领域技术人员的范围内。需要注意的是，为了准确地感测气体中的氢含量，还需要感测气体的压力。这可以利用减压设备13或变压器中油上方的气体中的其它压力计(未示出)来完成。
取样阀72延伸穿过第一凸缘65的边缘，并与凸缘的和外壳主体相对的表面连通，且通过安装凸缘66与露出到变压器设备内部的开口连通。
在本领域中已知含钯氢传感器和用于传感器的控制器。这样的传感器在Visel等人的美国专利公开文献No.2007／0125153以及Pavlovsky的美国专利公开文献No.2007／0240491中公开，由此通过引用并入。I.Pavlovsky在2006年7月／8月的《气体及技术》(Gases and Technology)中的文章“Palladium NanoparticleHydrogen Sensor”还包含对氢传感器以及它们的使用方法和装置的描述。在本发明的这些优选传感器中使用的钯纳米颗粒本质上对氢敏感，并且在存在其它气体的情况下，基于钯纳米颗粒网络的传感器不会产生虚假警报。这使得特别期望将这些传感器用于本发明的设备中，因为当感测到氢时可能存在其它气体。其它的氢传感器及其控制器在Pavlovsky的美国专利公开文献No.2007／0068493以及Pavlovsky等人的美国专利公开文献No.2007／0240491中公开，同样通过引用并入本文。用于本发明的优选氢传感器准确来说是半导体钯基氢型传感器。
虽然附图示出了氢感测设备附接于变压器和降压设备之间的凸缘空间，但是该安装方法可以用在变压器的具有凸缘开口和用于氢传感器的空间的其它位置。可考虑的其它位置可以是有载抽头变换器22上、排出阀38上以及快速增压继电器46上。当位于油的下方并且具有隔离阀时，快速增压继电器46提供用于安装氢传感器的良好的替代位置。
氢传感器延伸穿过凸缘65的边缘，并且可以延伸超过凸缘65的表面。密封件62围绕传感器64延伸并且紧密地装配在凸缘65内。
虽然具体参考当前优选实施例详细地描述了本发明，但将要理解的是在本发明的精神和范围内可以进行变化和变更。因此，当前公开的实施例在各个方面都认为是例示性而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，并且落在其等同物的含义和范围内的所有改变都旨在包含在其中。
Claims (5)
1.一种具有半导体元件的传感器，用于测量发电、输电和配电设备中的绝缘流体中的氢浓度，在所述设备上具有使得能够进入所述设备的内部的安装凸缘，在所述安装凸缘上以第一模式布置有多个螺栓接收开口，所述传感器包括：
(a)具有至少一个或多个开口和外周的第一凸缘；
(b)具有接收在所述开口中的一个中的一端的管状外壳支承构件；
(c)以与所述第一模式对应的模式布置在所述第一凸缘的外周内的多个螺栓接收孔；
(d)外壳主体，其一端连接到所述管状外壳支承构件，并且配置在所述螺栓接收孔之间，并且与所述螺栓接收孔间隔开足够的距离，以允许到达配置在所述开口中的螺栓，用于将螺栓***所述开口和从所述开口移除，所述外壳主体具有容纳在所述第一凸缘的外周内的外周，并且还具有从所述管状外壳支承构件延伸的大体均匀的截面；
(e)延伸穿过所述外壳主体的至少一个电线接收开口；
(f)闭合所述外壳主体的远离所述一端的端部的罩；
(g)配置在所述第一凸缘与所述管状外壳支承构件之间的第一密封件；
(h)配置在所述第一凸缘上用于接合所述安装凸缘的第二密封件；以及
(i)取样放泄阀，延伸穿过所述第一凸缘并与所述设备的内部连通，并且定向为使得当打开时残留气体将离开该阀。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一密封件包括锥形螺纹密封件。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述取样阀延伸穿过所述凸缘的边缘，并且与所述凸缘的和所述外壳主体相对的表面连通。
4.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述取样阀与露出到所述设备的内部的开口连通。
5.一种具有半导体元件的传感器，用于测量设备中的绝缘流体中的氢浓度，在所述设备上具有使得能够进入所述设备的内部的安装凸缘，在所述安装凸缘上以第一模式布置有多个螺栓接收开口，所述传感器包括：
(a)具有至少一个或多个开口和外周的第一凸缘；
(b)具有接收在所述开口中的一个中的一端的管状外壳支承构件；
(c)以与所述第一模式对应的模式布置在所述第一凸缘的外周内的多个螺栓接收孔；
(d)外壳主体，其一端连接到所述管状外壳支承构件，并且配置在所述螺栓接收孔之间，并且与所述螺栓接收孔间隔开足够的距离，以允许到达配置在所述开口中的螺栓，用于将螺栓***所述开口和从所述开口移除，所述外壳主体具有容纳在所述第一凸缘的外周内的外周，并且还具有从所述管状外壳支承构件延伸的大体均匀的截面；
(e)延伸穿过所述外壳主体的至少一个电线接收开口；
(f)闭合所述外壳主体的远离所述一端的端部的罩；
(g)配置在所述第一凸缘与所述管状外壳支承构件之间的第一密封件；
(h)配置在所述第一凸缘上用于接合所述安装凸缘的第二密封件；以及
(i)取样放泄阀，延伸穿过所述第一凸缘并与所述设备的内部连通，并且定向为使得当打开时残留气体将离开该阀。
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