組合式氫與壓力傳感器組件的制作方法
【專利摘要】一種具有半導(dǎo)體元件的外殼傳感器，用于測量設(shè)備中絕緣流體中的氫濃度，所述設(shè)備具有安裝凸緣，安裝凸緣具有第一模式的多個螺栓接收開口。傳感器包括具有一個或多個開口和外周的第一凸緣。傳感器還包括具有接收在開口中的一個中的一端的管狀外殼支承構(gòu)件、和以與第一模式對應(yīng)的模式布置在第一凸緣的外周內(nèi)的多個螺栓接收孔。傳感器還包括延伸穿過外殼主體的至少一個電線接收開口、閉合外殼主體的遠(yuǎn)離一端的端部的罩、配置在第一凸緣與管狀外殼支承構(gòu)件之間的第一密封件、以及配置在第一凸緣上用于接合安裝凸緣的第二密封件。
【專利說明】組合式氫與壓力傳感器組件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是國際申請，要求2011年3月31日提交的美國專利申請N0.13 / 076,617的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用明確并入。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及對油中的氫的感測。特別涉及對發(fā)電、輸電和配電設(shè)備油中的氫的感測。
【背景技術(shù)】
[0004]電氣設(shè)備，特別是中壓或高壓電氣設(shè)備在其部件之間需要具有高度的電絕緣和熱絕緣。因此眾所周知，將電氣設(shè)備的部件例如變壓器線圈封裝在密閉殼中，并對密閉殼填充流體。該流體便于消散部件所產(chǎn)生的熱，并且可以循環(huán)通過熱交換器，以高效地降低部件的工作溫度。該流體還用作部件之間的電絕緣，或?qū)ε渲迷诓考車钠渌问降慕^緣件進行補充，例如纖維素紙或其它絕緣材料。可以采用任何具有期望的電性能和熱性能的流體。通常，對電氣設(shè)備填充油，例如蓖麻油、礦物油、或者植物油、或者合成“油”，例如氯化二苯、硅酮或者六氟化硫。
[0005]通常，電氣設(shè)備用在關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中，在該環(huán)境中由于關(guān)鍵系統(tǒng)的電力損失而導(dǎo)致的故障可能是非常昂貴的，或者甚至是災(zāi)難性的。此外，電氣設(shè)備的故障通常導(dǎo)致對設(shè)備本身及周圍設(shè)備的大量損壞，因此需要更換昂貴的設(shè)備。而且，由于電擊、火災(zāi)或者爆炸，這種故障可能對人員引起傷害。因此，期望監(jiān)測電氣設(shè)備的狀態(tài)，以通過檢測隱患來預(yù)測設(shè)備的潛在故障，并且通過對設(shè)備的維修、更換或者調(diào)節(jié)設(shè)節(jié)的工作條件來采取補救行動。但是，充滿流體的電氣設(shè)備的性能和特性會隨時間推移而固有地退化。應(yīng)當(dāng)將故障和隱患與正常退化和可接受的退化區(qū)分開。
[0006]一種監(jiān)測充滿流體的電氣設(shè)備的狀態(tài)的已知方法是監(jiān)測流體的各參數(shù)。例如，流體溫度和流體中的可燃?xì)怏w總量(TCG)已知表示充滿流體的電氣設(shè)備的工作狀態(tài)。因此，對流體的這些參數(shù)進行監(jiān)測可以提供對設(shè)備中的任何隱患的指示。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在電氣設(shè)備中隨著纖維素絕緣件的熱老化和退化，一氧化碳和二氧化碳的濃度增加。由于環(huán)狀電流和例如電暈和電弧放電等介質(zhì)擊穿而引起的熱點，使得氫以及各種烴(及其衍生物，例如乙炔和乙烯)的濃度增加。氧和氮的濃度表示在大型設(shè)備例如變壓器中采用的氣體加壓系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，“溶解氣體分析”(DGA)成為了一種識別充滿流體的電氣設(shè)備中的隱患的廣泛接受的方法。
[0007]在常規(guī)的DGA方法中，通過排放閥從設(shè)備的密閉殼中取出一定量的流體。然后，在實驗室中或利用現(xiàn)場的設(shè)備對取出的流體進行溶解氣體測試。在本文中將該測試方法被稱為“離線”DGA。由于各種已知的缺陷而產(chǎn)生氣體，例如絕緣材料或設(shè)備中電氣部件的其它部分的退化、線圈中的匝間短路、過載、松動連接等，因此，發(fā)展了各種診斷理論，用于將流體中各種氣體的量與容納有流體的電氣設(shè)備的具體缺陷相互關(guān)聯(lián)。但是，由于常規(guī)的離線DGA方法需要從電氣設(shè)備中取出流體，所以這些方法不能I)產(chǎn)生與設(shè)備中的任何缺陷相關(guān)的定位位置信息，2)解釋設(shè)備中氣體的空間變化，以及3)提供與缺陷相關(guān)的實時數(shù)據(jù)。如果遠(yuǎn)離現(xiàn)場進行分析，則可能數(shù)小時也得不到結(jié)果。在這段時間內(nèi)，隱患有可能發(fā)展成為設(shè)備的故障。
[0008]關(guān)注對電力變壓器的油中氫氣的測量，因為其表示由變壓器內(nèi)部過熱和/或電弧導(dǎo)致的油的擊穿。變壓器油對變壓器進行冷卻并且用作介質(zhì)。隨著變壓器油老化，變壓器油變成不太有效的介質(zhì)。變壓器油中溶解的氫的增加是變壓器即將發(fā)生故障的指示。
[0009]對于大型變壓器，具有氫傳感器，其使用氣體色譜法或光聲光譜法來確定變壓器油內(nèi)氫氣的量。這種裝置非常昂貴，并且花費對于較小的變壓器不合理。如果這樣做的成本低的方法是可利用的，那么就能夠監(jiān)測許多較舊的小型變壓器。
[0010]General Electric Company生產(chǎn)的成本較低的氣體監(jiān)測器Hydran? M2—直在使用。但是，該氣體監(jiān)測器僅感測可燃?xì)怏w，并且然后使用公式來估算氣體中通常有多少是氫氣以及有多少是其它氣體。
[0011]Tim Cargol在2005年圣安東尼奧的Weidmann-ACTI第四屆技術(shù)年會(FourthAnnual Weidmann-ACTI Technical Conference)上的文章 “Overview of Online OilMonitoring Technologie”提供了對油中氣體測量技術(shù)的探討,包括氫的測量。
[0012]在2006年7月/ 8月的《氣體及技術(shù)》(Gases and Technology)的第18-21頁的文章“Palladium Nanoparticle Hydrogen Sensor”中公開了一種IE氫傳感器。在 Visel 等人的美國專利公開文獻2007 / 0125153、Pavlovsky的美國專利公開文獻2007 / 0068493、以及Ng等人的美國專利公開文獻2004 / 0261500中也公開了鈀傳感器。美國專利申請N0.2010 / 007828公開了一種用于電力變壓器的氫傳感器。
[0013]需要一種確定例如發(fā)電、輸電和配電設(shè)備特別是變壓器中的油中的氫氣含量的成本低的方法。特別需要一種將氫傳感器安裝到發(fā)電、輸電和配電設(shè)備上的方法和裝置，不需要將設(shè)備停機，并且優(yōu)選使用設(shè)備中已有的配件或端口而無需在設(shè)備外殼中形成新的開口。特別有利的是，提供一種利用用于壓力傳感器特別是快速增壓傳感器的端口將氫傳感器附接到變壓器等上的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明提供一種具有半導(dǎo)體元件的傳感器外殼，用于測量發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中絕緣流體中的氫濃度，在所述設(shè)備上具有使得能夠進入設(shè)備內(nèi)部的安裝凸緣，在安裝凸緣上以第一模式設(shè)置有多個螺栓接收開口，該安裝凸緣包括具有至少一個或多個開口和外周的第一凸緣。本發(fā)明包括具有接收在開口中的一個中的一端的管狀外殼支承構(gòu)件、和以與第一模式對應(yīng)的模式布置在第一凸緣的外周內(nèi)的多個螺栓接收孔。本發(fā)明還包括外殼主體，其一端連接到管狀外殼支承構(gòu)件，并且外殼主體配置在螺栓接收孔之間，并且與螺栓接收孔間隔開足夠的距離，以允許到達(dá)配置在開口中的螺栓，用于將螺栓插入開口和從開口移除，并且該外殼主體具有容納在第一凸緣的外周內(nèi)的外周，并且還具有從管狀外殼支承構(gòu)件延伸的大體均勻的截面、延伸穿過外殼主體的至少一個電線接收開口、閉合外殼主體的遠(yuǎn)離一端的端部的罩、配置在第一凸緣與管狀外殼支承構(gòu)件之間的第一密封件，配置在第一凸緣上的用于接合安裝凸緣的第二密封件、以及延伸穿過第一凸緣并與設(shè)備內(nèi)部連通的取樣放泄閥，該閥定向為使得當(dāng)打開時殘留氣體將離開該閥。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是變壓器的視圖，指示了用于附接傳感器的可能位置。
[0016]圖2是變壓器的視圖，指示了傳感器的位置。
[0017]圖3和圖4是安裝位于圖2中的傳感器的俯視圖和側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明相對于現(xiàn)有裝置提供許多優(yōu)點。與其它氫感測設(shè)備相比，本發(fā)明更小、容易安裝且成本更低。該設(shè)備是精確的，并且能夠容易地改裝到已有的變壓器或發(fā)動機上。該設(shè)備由于不需要取出流體，所以提供具有實時結(jié)果的非常精確的氫傳感器。該設(shè)備允許更換傳感器，而無需設(shè)置用于使油流出容器的明顯的開口。本發(fā)明的傳感器采用眾所周知的且可利用的儀器控制技術(shù)。這些優(yōu)點及其它優(yōu)點通過下文的描述將是顯然的。
[0019]當(dāng)在變壓器外殼中已經(jīng)存在開口時，本發(fā)明能夠容易地將氫傳感器改裝到變壓器上。與需要安裝到變壓器的新入口相比，這樣做還可以降低成本。而且，本發(fā)明的安裝是低維護的，并且在較高溫度例如120°C下將仍然工作。
[0020]在圖1中不出了變壓器10。變壓器10設(shè)置有減壓設(shè)備14和16。變壓器10被部分切開以示出線圈18。變壓器10具有溫度表24。溫度表24測量變壓器的油溫。管端子28連接到從減壓設(shè)備14引出的溢流管。光纖入口 32允許直接讀取繞組溫度。利用冷卻塔34通過冷卻來調(diào)節(jié)變壓器中的油溫，當(dāng)需要時使用風(fēng)扇36。利用排出閥38將油排出以更換測試樣品，或獲得測試樣品。電動機械型溫度計42感測變壓器中的油溫。智能電子設(shè)備IED44控制感測設(shè)備并且提供感測到的信息的讀取。根據(jù)需要其還可以控制反應(yīng)器的冷卻。在變壓器上還設(shè)置有快速增壓繼電器46。在位置48處可以設(shè)置未示出的流量計。各種溫度和壓力傳感器、降壓設(shè)備、排出口以及流量計可以提供用于氫傳感器的安裝區(qū)域。
[0021]圖2示出了變壓器10，在變壓器的頂部具有降壓設(shè)備14。
[0022]圖3和圖4是示出了在減壓設(shè)備14下方安裝傳感器的剖視圖。圖3中示出了氫傳感器的外殼54。該外殼具有電線76，用于提供電力和從傳感器讀取信息。降壓設(shè)備14具有連接到降壓設(shè)備14的管28，溢出的油將通過管28從減壓閥流出。設(shè)置有接收孔78，來允許降壓設(shè)備14和凸緣65支承將要安裝在變壓器10上的氫傳感器50和取樣放泄閥72。
[0023]在圖4中更詳細(xì)地不出了氫傳感器50。外殼54是用于半導(dǎo)體兀件55的外殼。傳感器具有用于容納氫傳感器的管狀支承件64。外殼54的蓋52具有密封件56。外殼54具有下部密封件58。傳感器密封件62提供第一凸緣65與管狀支承構(gòu)件64之間的第一密封。密封件62包括錐形螺紋密封件。安裝凸緣66使得能夠進入變壓器的內(nèi)部。第一凸緣65在其外周具有開口，用于安裝氫傳感器50和取樣放泄閥72。第一凸緣65還具有用于使保持凸緣的螺栓穿過的孔。在第一凸緣65與安裝凸緣66之間的墊圈67上具有密封劑。螺栓接收孔78以與所述模式對應(yīng)的模式布置在第一凸緣的外周內(nèi)，并且用于將減壓設(shè)備以及承載氫傳感器的凸緣保持就位。
[0024]從附圖中可以清楚，通過在安裝凸緣66與減壓設(shè)備13之間放置第一凸緣65，從而允許無需在變壓器中形成附加孔就可以放置氧傳感器。在一些情況下，降壓設(shè)備14位于變壓器的頂部可以允許對冷卻液上方的開放空間中的氣態(tài)氫進行取樣。其它位置會將氫傳感器放置在冷卻液中。已知用于感測液體和氣體中的氫的傳感器，并且根據(jù)所采用的變壓器類型以及變壓器油位選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鲗⒃诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員的范圍內(nèi)。需要注意的是，為了準(zhǔn)確地感測氣體中的氫含量，還需要感測氣體的壓力。這可以利用減壓設(shè)備13或變壓器中油上方的氣體中的其它壓力計(未示出)來完成。
[0025]取樣閥72延伸穿過第一凸緣65的邊緣，并與凸緣的和外殼主體相對的表面連通，且通過安裝凸緣66與露出到變壓器設(shè)備內(nèi)部的開口連通。
[0026]在本領(lǐng)域中已知含鈀氫傳感器和用于傳感器的控制器。這樣的傳感器在Visel等人的美國專利公開文獻N0.2007 / 0125153以及Pavlovsky的美國專利公開文獻N0.2007 / 0240491中公開，由此通過引用并入。1.Pavlovsky在2006年7月/ 8月的《氣體及技術(shù)》(Gases and Technology)中的文章“Palladium Nanoparticle Hydrogen Sensor”還包含對氫傳感器以及它們的使用方法和裝置的描述。在本發(fā)明的這些優(yōu)選傳感器中使用的鈀納米顆粒本質(zhì)上對氫敏感，并且在存在其它氣體的情況下，基于鈀納米顆粒網(wǎng)絡(luò)的傳感器不會產(chǎn)生虛假警報。這使得特別期望將這些傳感器用于本發(fā)明的設(shè)備中，因為當(dāng)感測到氫時可能存在其它氣體。其它的氫傳感器及其控制器在Pavlovsky的美國專利公開文獻N0.2007 / 0068493以及Pavlovsky等人的美國專利公開文獻N0.2007 / 0240491中公開，同樣通過弓I用并入本文。用于本發(fā)明的優(yōu)選氫傳感器準(zhǔn)確來說是半導(dǎo)體鈀基氫型傳感器。
[0027]雖然附圖示出了氫感測設(shè)備附接于變壓器和降壓設(shè)備之間的凸緣空間，但是該安裝方法可以用在變壓器的具有凸緣開口和用于氫傳感器的空間的其它位置?？煽紤]的其它位置可以是有載抽頭變換器22上、排出閥38上以及快速增壓繼電器46上。當(dāng)位于油的下方并且具有隔離閥時，快速增壓繼電器46提供用于安裝氫傳感器的良好的替代位置。
[0028]氫傳感器延伸穿過凸緣65的邊緣，并且可以延伸超過凸緣65的表面。密封件62圍繞傳感器64延伸并且緊密地裝配在凸緣65內(nèi)。
[0029]雖然具體參考當(dāng)前優(yōu)選實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但將要理解的是在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進行變化和變更。因此，當(dāng)前公開的實施例在各個方面都認(rèn)為是例示性而非限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求指示，并且落在其等同物的含義和范圍內(nèi)的所有改變都旨在包含在其中。
【權(quán)利要求】
1.一種具有半導(dǎo)體元件的傳感器，用于測量發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中的絕緣流體中的氫濃度，在所述設(shè)備上具有使得能夠進入所述設(shè)備的內(nèi)部的安裝凸緣，在所述安裝凸緣上以第一模式布置有多個螺栓接收開口，所述傳感器包括: (a)具有至少一個或多個開口和外周的第一凸緣； (b)具有接收在所述開口中的一個中的一端的管狀外殼支承構(gòu)件； (C)以與所述第一模式對應(yīng)的模式布置在所述第一凸緣的外周內(nèi)的多個螺栓接收孔； (d)外殼主體，其一端連接到所述管狀外殼支承構(gòu)件，并且配置在所述螺栓接收孔之間，并且與所述螺栓接收孔間隔開足夠的距離，以允許到達(dá)配置在所述開口中的螺栓，用于將螺栓插入所述開口和從所述開口移除，所述外殼主體具有容納在所述第一凸緣的外周內(nèi)的外周，并且還具有從所述管狀外殼支承構(gòu)件延伸的大體均勻的截面； (e)延伸穿過所述外殼主體的至少一個電線接收開口； (f)閉合所述外殼主體的遠(yuǎn)離所述一端的端部的罩； (g)配置在所述第一凸緣與所述管狀外殼支承構(gòu)件之間的第一密封件； (h)配置在所述第一凸緣上用于接合所述安裝凸緣的第二密封件；以及 (i)取樣放泄閥，延伸穿過所述第一凸緣并與所述設(shè)備的內(nèi)部連通，并且定向為使得當(dāng)打開時殘留氣體將離開該閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一密封件包括錐形螺紋密封件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述取樣閥延伸穿過所述凸緣的邊緣，并且與所述凸緣的和所述外殼主體相對的表面連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器組件，其中所述取樣閥與露出到所述設(shè)備的內(nèi)部的開口連通。
5.一種具有半導(dǎo)體元件的傳感器，用于測量設(shè)備中的絕緣流體中的氫濃度，在所述設(shè)備上具有使得能夠進入所述設(shè)備的內(nèi)部的安裝凸緣，在所述安裝凸緣上以第一模式布置有多個螺栓接收開口，所述傳感器包括: (a)具有至少一個或多個開口和外周的第一凸緣； (b)具有接收在所述開口中的一個中的一端的管狀外殼支承構(gòu)件； (C)以與所述第一模式對應(yīng)的模式布置在所述第一凸緣的外周內(nèi)的多個螺栓接收孔； (d)外殼主體，其一端連接到所述管狀外殼支承構(gòu)件，并且配置在所述螺栓接收孔之間，并且與所述螺栓接收孔間隔開足夠的距離，以允許到達(dá)配置在所述開口中的螺栓，用于將螺栓插入所述開口和從所述開口移除，所述外殼主體具有容納在所述第一凸緣的外周內(nèi)的外周，并且還具有從所述管狀外殼支承構(gòu)件延伸的大體均勻的截面； (e)延伸穿過所述外殼主體的至少一個電線接收開口； (f)閉合所述外殼主體的遠(yuǎn)離所述一端的端部的罩； (g)配置在所述第一凸緣與所述管狀外殼支承構(gòu)件之間的第一密封件； (h)配置在所述第一凸緣上用于接合所述安裝凸緣的第二密封件；以及 (i)取樣放泄閥，延伸穿過所述第一凸緣并與所述設(shè)備的內(nèi)部連通，并且定向為使得當(dāng)打開時殘留氣體將離開該閥。
【文檔編號】G01N33/26GK103748438SQ201280016173
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】J·J·赫斯, D·比林斯 申請人:品質(zhì)控制有限責(zé)任公司