[发明专利]一种高压输变电变压器绝缘油质量监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测液体状态的传感器和传感器系统。本发明监测的液体包括变压器绝缘油、发动机润滑油、变速器润滑油、液压传动油、和食用油。特别地，本发明也可以应用于将监测系统的数据以有线或无线的方式传输到数据控制中心，也可以应用于智能电网的主动预防性维护。

背景技术

输变电变压器由于高压导致的电弧和火花使变压器绝缘油的分子产生裂解，生成气体、有机酸和水。水和酸是油继续被氧化的催化剂，水和酸的形成也导致油的电导率的上升，从而不能起到绝缘的作用。

目前，有很多种变压器绝缘油质量的监测方法，但是，这些监测方法所使用的监测技术并不可靠。因为现有的这些监测方法所使用的监测技术多数是对绝缘油中溶解气体的检测，要实现对绝缘油中溶解气体的检测，就必须周期性地将现场油样采集到实验室进行分析和检测。而且，每次检测都必须经过油样现场采集一油样运输-油气分离-色谱分析这样一个过程。在油样现场采集过程中和长距离运输到实验室的过程中，无法避免使溶解在油样中的微量气体逸出到油样外界的空气中，或者无法避免使油样现场采集过程中油样外界空气中的气体或杂质进入到被采集的油样中。这样一来，就会降低实验室检测数据或结果的可靠性，使最终检测结果存在较大误差，增加了故障漏报或误报的可能性，对判断充油设备内部的故障类型及其严重程度造成很大影响，给维护工作造成了极大的盲目性，加大了不必要的维护成本，从而也使贵重，高价值的变压器和输变电系统处于不确定的危险之中。还有，上述的这些监测方法不能用于变压器绝缘油质量变化的在线监测和数据传输。上述这些问题和难题一直困扰着我国输变电行业，成为当今我国输变电行业变压器绝缘油质量监测的难点，尤其成为我国输变电网运行和智能电网建设的难点和技术瓶颈，而且，至今为止，该领域仍然未能提出很好的解决方案。

发明内容

为了克服上述监测方法所使用的监测技术所存在的不足，本发明提供了一种输变电变压器绝缘油质量的监测系统。本发明提出使用更简单，灵敏，可靠的传感器和传感器系统结构。本发明不仅仅使用对气体的监测，本发明更主要是使用传感器对各种条件下裂变的油样的物理、化学参数的综合效应进行监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在本发明中，传感器所针对的不仅仅是气体的检测，更多的是对酸、水以及为了提高对酸和水检测灵敏度而添加的物质的检测。这些被添加的物质可以是在传感器表面或者传感器监测的范围内。这些被添加的物质可以是遇到酸，水后产生各种物理、化学、生化标志/标记性的有机或者无机物质。这些物质包括金属，氧化物，光敏物质，易氧化物质，亲水物质。这些物质遇到水或酸后会产生物理和化学的变化。比如物理形状和体积的膨胀、表面的侵蚀、颜色的变化、介电常数的变化。

本发明中，传感器监测系统可以包括以下所提到的一种或多种传感器技术，也可以包括一些改进的气体传感器。

电场强度监测传感器

高压变压器会产生很强的电场强度及电场强度梯度的变化，特别是产生放电电弧和火花的时候。这是导致变压器内部绝缘油裂解的重要原因之一。对这些参数的监测有利于预防性地保护变压器或者更换绝缘油。

监测电场强度及电场强度梯度的传感器有很多种。见图1和图2。图1中反映电场强度及电场强度梯度变化的电波信号或电场信号被光电晶体和介质镜接收，产生的相位差或相移，就是含有电场强度变化的信息。图2是图1的信号处理电路。

它可以是光电晶体型传感器，也可以是金属-氧化物-半导体场效应管型，也可以是光电子效应传感器。

以下列出几种此类传感器。

石英晶体电子监测质量的仪器

这类传感器对微小质量的变化很敏感，甚至可以监测癌症单一细胞。在变压器绝缘油的监测中，我们采用一个电极是对于氧化极端敏感的材料。当油中出现酸和水的时候，电极表面会产生反应，从而使电极质量增大(氧化物附着于电极表面)或者减少(侵蚀，氧化物脱离电极表面)，见图3。图3中测量侧的电极，特别是电极的表面，根据应用需要，可以是金属、半导体、绝缘体、有机物质或生物物质。电极表面在这个应用中可以是Zn，Fe，Ni，Cr金属。图4是图3传感器的等效电路。

粘滞度传感器

当变压器中的绝缘油裂变时，产生的酸、水和气体会导致粘滞度的变化。粘滞度传感器可以使用电子式，或者机械式。该传感器所测量的参数包括粘滞度、温度、介电常数和密度。此方法需要温度传感器补偿，或者需要下面所提到的传感器参考室方法的补偿。

光学颜色传感器