[发明专利]安装到变压器的温度井中的传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请是要求2011年3月31日提出的美国专利申请No.13/077,082的优先权的国际申请，其全部内容通过引用而全部结合在本文中。

技术领域

本发明涉及感测油中的氢。具体来说，其涉及用于感测电功率产生、传输和分配设备用油中的氢的装备。

背景技术

电力设备，特别是中压或高压电力设备，在其构件之间需要高等级的电隔离和热隔离。因此，众所周知地，将电力设备的构件(例如变压器的线圈)封装在容纳容器中且对容纳容器填充流体。流体促进构件产生的热的消散，并且流体可通过热交换器而循环，以高效地降低构件的运行温度。流体还可以作为构件之间的电隔离物或作为设置在构件周围的其它隔离形式(例如纤维素纸或其它隔离材料)的补充。任何具有需要的电性质和热性质的流体均可被使用。典型地，对电力设备填充油，例如蓖麻油、矿物油、或菜油、或合成“油”，例如氯化二苯或硅酮。

通常，电力设备用于关键任务环境中，其中由于关键系统断电造成的故障的代价可为昂贵的，或者甚至是灾难性的。另外，电力设备的故障通常导致许多对设备本身和周围设备的伤害，因此需要更换昂贵的设备。进一步地，这样的故障由于电击、火灾或爆炸可以对人造成伤害。因此，需要监测电力设备的状况，以通过检测初期故障来预测设备的潜在故障，以及通过修理和更换设备或调节设备的运行状况来进行补救行为。但是，填充了流体的电力设备的运行和性能固有地会随时间退化。故障和初期故障应该与正常的和可接受的退化区别开。

已知的监测填充了流体的电力设备的方法是监测流体的多种参数。例如，知道流体温度和流体中的可燃气体总量(TCG)表示填充了流体的电力设备的操作状态。因此，监测这些流体参数用于使变压器保持长寿命。例如，已经发现一氧化碳和二氧化碳的浓度随着电力设备中的纤维素隔离物的热老化和退化而升高。由于循环电流引起的热点和电介质击穿(例如电晕放电和飞弧)的原因，氢和多种碳氢化合物(以及其衍生物，例如乙炔和乙烯)的浓度会升高。氧和氮的浓度表示大型设备(例如变压器)中的气体增压系统的质量。因此，“溶解气体分析”(DGA)已经成为广泛接受的方法，用于识别填充了流体的电力设备中的初期故障，以使设备保持长寿命。

在传统的DGA方法中，一定量的流体通过排出阀从设备的容纳容器中移除。然后在实验室中或通过现场的设备对移除的流体进行溶解气体测试。该测试方法在这里称为“离线”DGA。因为气体是由多种已知故障(例如设备中的电力部件的隔离材料或其它部分的退化、线圈的圈间短路、过载、不良连接等等)产生的，所以已经发展了各种诊断理论，用于将流体中的各种气体的量与装有该流体的电力设备中的特定故障相关联。但是，因为传统的离线DGA方法需要从电力设备中移除流体，所以这些方法不能：1)产生与设备的任何故障相关的定位位置信息，2)解决设备中的气体的空间差异，以及3)提供与故障相关的实时数据。如果不在现场进行分析，则可能需要若干小时才能获得结果，在这样的时段里，设备的初期故障可能会发展成故障。

变压器的油中的氢气的测量引起兴趣是因为它表明变压器内过热和/或飞弧造成的油的击穿。变压器油冷却变压器并起到电介质作用。随着变压器油老化，油的电介质效果变得越来越差。变压器油中溶解的氢量的增加是变压器即将有故障的一种指示。

对于大型变压器，存在氢传感器，它们使用气相色谱法或光-声波谱法来确定变压器油内的氢气量。这种装置非常昂贵，对于较小的变压器，这样的花费被证明是不合理的。如果有做此事的低成本的方法可用，则可监测许多较旧的小型的变压器。

通用电气公司(General Electric Company)制造的低成本气体监测器Hydran^TMM2已经投入使用。然而，该气体监测器仅感测可燃气体，然后使用公式来估计气体中通常多少为氢，以及其它气体有多少。

Tim Cargol在2005年圣安东尼奥举行的第四届Weidmann-ACTI技术年会上发表了文章“Overview of Online Oil Monitoring Technologies”(油的在线监测技术综述)，该文章提出了油的气体测量技术的讨论，包括氢的测量。