用于檢測具有氣囊或薄膜的儲油器內(nèi)的水或油泄漏的光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)感測密封儲油罐內(nèi)出現(xiàn)的液體。該傳感器結(jié)構(gòu)包括具有帶第一和第二相對末端的主體的傳感器頭，通過主體并且在第一和第二末端之間間隔開來的多個穿孔，以及設(shè)置在第二末端處的鏡面。穿孔被構(gòu)造和布置為接收液體并將液體保持在其中。傳感器頭被構(gòu)造并布置為位于氣囊表面。傳感器結(jié)構(gòu)包括光源、光源和主體的第一末端之間的第一光纖線纜、光檢測器、以及光檢測器和主體的第一末端之間的第二光纖線纜。當液體而非氣體處于主體中的至少一些穿孔之中時，光檢測器所接收到的光的數(shù)量有所減少。
【專利說明】用于檢測具有氣囊或薄膜的儲油器內(nèi)的水或油泄漏的光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓器，尤其涉及具有帶氣囊或薄膜的儲油器油保存系統(tǒng)(COPS)的變壓器，其中在氣囊上提供傳感器以檢測氣囊頂端的水分和/或氣囊的故障。
【背景技術(shù)】
[0002]在油保存型系統(tǒng)中，合成橡膠氣囊被鋪在儲油罐中的油表面上以使得絕緣油與外界空氣完全隔離。氣囊形狀根據(jù)油的膨脹和收縮而變化，將氣囊中的壓力保持在大氣壓力。由于氣囊使得油與大氣完全隔離，所以在氣囊沒有故障的情況下，氧氣或水分不可能滲入油中。儲油罐中的水的積聚會污染油或者甚至?xí)谡J為氣囊正確操作的情況下導(dǎo)致有關(guān)油面指示的混亂。
[0003]由于儲油罐被密封，所以難以訪問罐體內(nèi)部以確保氣囊正確工作而使得油與空氣隔離。因此，需要提供與氣囊相關(guān)聯(lián)的傳感器來檢測儲油罐內(nèi)的氣囊頂端出現(xiàn)的任何水分或油。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目標是滿足以上所提到的需求。依據(jù)本發(fā)明的原則，該目標通過提供一種用于感測密封儲油罐中出現(xiàn)的液體的光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)。該罐包括將油與空氣隔離的氣囊。該氣囊具有暴露于空氣的第一表面以及暴露于油的相對的第二表面。傳感器結(jié)構(gòu)包括具有帶第一和第二相對末端的主體的傳感器頭，通過主體并且在第一和第二末端之間間隔開來的多個穿孔，以及設(shè)置在第二末端處的鏡面。穿孔被構(gòu)造和布置為接收液體并將其保持在其中。傳感器頭被構(gòu)造并布置為位于氣囊表面。傳感器結(jié)構(gòu)包括光源、光源和主體的第一末端之間的第一光纖線纜、光檢測器以及光檢測器和主體的第一末端之間的第二光纖線纜。其中，當光源通過第一光纖線纜并且向穿孔主體提供光時，光從鏡面反射并且被第二光纖線纜和光檢測器所接收。當液體而非氣體處于主體中的至少一些穿孔之中時，光檢測器所接收到的光數(shù)量有所減少。
[0005]依據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種方法檢測設(shè)置在用于變壓器的油保存型系統(tǒng)的儲油罐中的氣囊的空氣一側(cè)上出現(xiàn)的液體。氣囊將油與空氣隔離并且具有暴露于空氣的第一表面以及暴露于油的相對的第二表面。該方法將光學(xué)傳感器頭置于氣囊的第一表面上。向傳感器頭提供光源。通過檢測到離開傳感器頭的光的一定數(shù)量而確定沒有液體與傳感器頭相接觸的正常條件。通過檢測到離開傳感器頭的光的數(shù)量少于所述光的一定數(shù)量而確定液體與傳感器頭相接觸的故障條件。
[0006]在參考全部形成此說明書的一部分的附圖而考慮以下詳細描述和所附權(quán)利要求時，本發(fā)明的其它目標、特征和特性以及該結(jié)構(gòu)的相關(guān)部件的操作方法和功能，部件組合和制造品的經(jīng)濟性將變得更清楚?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]本發(fā)明將通過結(jié)合附圖而對其優(yōu)選實施例的以下詳細描述而被更好地理解，圖中同樣的附圖標記指示同樣的部件，其中:
[0008]圖1是依據(jù)本發(fā)明的與變壓器罐流體耦合的儲油罐的示意圖，其中在儲油罐中的氣囊上提供光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)。
[0009]圖2是圖1的傳感器結(jié)構(gòu)的放大視圖。
【具體實施方式】
[0010]參考圖1，變壓器油保存型系統(tǒng)包括變壓器罐10，其填充以絕緣油14以使得其中的諸如分接頭轉(zhuǎn)換開關(guān)(未示出)之類的內(nèi)部組件絕緣。儲油罐結(jié)構(gòu)總體以15所指示，其包括經(jīng)由管線18與變壓器罐10流體連接的儲油罐16。巴克霍爾茨(Buchholz)繼電器20以常規(guī)方式提供在管線18之中。充氣氣囊22被鋪在儲油罐16中的油14的表面上以使得絕緣油與外界的干燥空氣24完全隔離。因此，氣囊20具有暴露于干燥空氣24的第一表面26以及與油14相接觸或處于其上方的相對的第二表面28。如這里所使用的，“氣囊”可以是空氣室、薄膜、橡膠袋或者能夠包含空氣并改變形狀的任意其它結(jié)構(gòu)。以常規(guī)方式，氣囊20的形狀根據(jù)油14的膨脹和收縮而變化，將氣囊20中的壓力保持在大氣壓力。
[0011]依據(jù)該實施例，為了檢測由于故障、撕裂、破裂、滲透等而出現(xiàn)已經(jīng)通過氣囊20泄漏的水和/或油，在氣囊的第一或上表面26上提供通常以30指示的光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)。
[0012]如圖2所最佳示出的，當沒有會阻擋光束的自由行程的水分或絕緣油時，傳感器結(jié)構(gòu)30檢測從傳感器頭32所反射的光。傳感器結(jié)構(gòu)30包括作為光源的簡單發(fā)光二極管(LED)34，其優(yōu)選地在變壓器控制柜而位于罐體16之外。LED34發(fā)射通過總體上以34指示的光纖行進的光，該光纖處于密封儲油罐16內(nèi)部并且連接至傳感器頭32的第一末端35。光纖34優(yōu)選地為由玻璃或塑料所制成的輸入光纖線纜34’。輕量級的傳感器頭32包括優(yōu)選為塑料的主體33，其具有第一和第二相對末端35、36。通過主體33提供多個穿孔37并且它們在末端35、36之間間隔開來。穿孔37能夠接收如以上所討論的、可能已經(jīng)由于氣囊故障或滲透而泄漏到氣囊20的上表面26上方的油或水并使其得以保持(通過浸沒或表面張力)。
[0013]因此，進入至少一些穿孔37的所泄漏的油或水阻擋或大幅減少了設(shè)置在傳感器頭32的第二末端36的扁平鏡面38處的光線反射。該光減少的結(jié)果是因為水和油具有比空氣(當沒有水和/或油出現(xiàn)時，其處于穿孔37之中)更大的折射率。有所減少的反射光被連接至光檢測器40的光纖34 (比如輸出光纖線纜34”)所捕捉，該光檢測器40優(yōu)選為光電二極管或任意其它光電檢測器的形式。光檢測器40在有光處于檢測器40的表面上任何時候都提供電氣模擬輸出(電壓信號)。如果光檢測器40沒有接收到光或接收到有所減少的光，則光檢測器40輸出低電壓電平，這指示傳感器頭32中的穿孔37包含液體(水/油)并且因此氣囊20可能存在故障。在傳感器頭32中的穿孔37內(nèi)沒有任何液體的情況下，LED34所發(fā)射的光線從鏡面38的表面反射回并且被光纖線纜34’’所捕捉并因此被光檢測器40所捕捉。正常電壓輸出指示傳感器頭中的穿孔內(nèi)僅有空氣(氣囊20沒有故障的正常操作條件)。
[0014]提供光學(xué)絕緣42以使得LED34與光檢測器40光學(xué)隔離來避免干擾和傳感器誤差。例如，LED34和光檢測器40優(yōu)選地位于變壓器控制柜中的自足式傳感器盒體(其定義了光學(xué)絕緣)中，其中將能夠使用對傳感器結(jié)構(gòu)30進行供電的最少量的電子器件(被轉(zhuǎn)換至5V DC或12V DC電源的任意DC電源)。因此，光纖線纜34’、34’’遠程是細長的以將光源34和光檢測器40從傳感器頭32間隔開來。
[0015]因此，使用光纖34的非常輕量級的傳感器結(jié)構(gòu)30提供了一種成本有效且高效的方式來檢測儲油罐16的氣囊20的上表面26上是否有水和/或油出現(xiàn)。傳感器結(jié)構(gòu)20并不會對任何電力變壓器操作參數(shù)有電氣(罐16中無需電流)、化學(xué)或機械(傳感器頭32的重量并不會影響氣囊20的功能)上的干擾。傳感器結(jié)構(gòu)30能夠被安裝在新的儲油罐中的氣囊20的上表面26上，或者能夠在運行中斷期間放在現(xiàn)有儲油罐16中的氣囊20的上表面26上。
[0016]以上已經(jīng)出于說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能原理、以及說明采用優(yōu)選實施例的方法的目的而示出并描述了優(yōu)選實施例，并且其在不背離這樣的原理的情況下能夠進行改變。因此,本發(fā)明包括涵蓋于以下權(quán)利要求的精神之內(nèi)的所有修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于感測密封儲油罐中出現(xiàn)的液體的光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)，所述罐包括將油與空氣隔離的氣囊，所述氣囊具有暴露于空氣的第一表面以及暴露于油的相對的第二表面，所述傳感器結(jié)構(gòu)包括: 傳感器頭，包括具有相對的第一末端和第二末端的主體、通過所述主體并且在所述第一末端和所述第二末端之間間隔開來的多個穿孔、以及設(shè)置在所述第二末端處的鏡面，所述穿孔被構(gòu)造和布置為接收液體并將液體保持在其中，所述傳感器頭被構(gòu)造并布置為位于所述氣囊的所述第一表面； 光源； 在所述光源和所述主體的所述第一末端之間的第一光纖線纜； 光檢測器；以及 在所述光檢測器和所述主體的所述第一末端之間的第二光纖線纜； 其中，當所述光源通過所述第一光纖線纜并且向穿孔的所述主體提供光時，所述光從所述鏡面反射并且被所述第二光纖線纜和所述光檢測器所接收，并且其中當液體而非氣體處于所述主體中的所述穿孔中的至少一些穿孔之中時，所述光檢測器所接收到的光的數(shù)量有所減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述光纖線纜是細長線纜，以便使得所述光源和所述光檢測器能夠遠離所述傳感器頭進行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述光源是發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述光檢測器是光電二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，進一步包括光學(xué)絕緣，以使得所述光源與所述光檢測器光學(xué)隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述液體是水和/或油。
7.一種用于變壓器油保存型系統(tǒng)的儲油罐結(jié)構(gòu)，所述儲油罐結(jié)構(gòu)包括: 儲油te ； 所述儲油罐中的氣囊，所述氣囊被構(gòu)造并布置為使得所述罐中的油與空氣隔離，所述氣囊具有暴露于空氣的第一表面以及暴露于油的相對的第二表面；以及光學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)，包括: 傳感器頭，處于所述罐內(nèi)部并且位于所述氣囊的所述第一表面上，所述傳感器頭包括具有相對的第一末端和第二末端的主體、通過所述主體并且在所述第一末端和所述第二末端之間間隔開來的多個穿孔、以及設(shè)置在所述第二末端處的鏡面，所述穿孔被構(gòu)造和布置為接收液體并將液體保持在其中； 設(shè)置在所述罐外部的光源； 在所述光源和所述主體的所述第一末端之間的第一光纖線纜； 設(shè)置在所述罐外部的光檢測器；以及 在所述光檢測器和所述主體的所述第一末端之間的第二光纖線纜； 其中，當所述光源通過所述第一光纖線纜并且向穿孔的所述主體提供光時，所述光從所述鏡面反射并且被所述第二光纖線纜和所述光檢測器所接收，并且其中當液體而非氣體處于所述主體中的所述穿孔中的至少一些穿孔之中時，所述光檢測器所接收到的光的數(shù)量有所減少。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的罐結(jié)構(gòu)，其中所述光源是發(fā)光二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的罐結(jié)構(gòu)，其中所述光檢測器是光電二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的罐結(jié)構(gòu)，進一步包括光學(xué)絕緣，以使得所述光源與所述光檢測器光學(xué)隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的罐結(jié)構(gòu)，其與所述液體相結(jié)合并且其中所述液體是水和/或油。
12.—種檢測儲油罐中所設(shè)置的氣囊的空氣一側(cè)上出現(xiàn)的液體的方法，所述儲油罐用于變壓器油保存型系統(tǒng)，所述氣囊將油與空氣隔離并且具有暴露于所述空氣的第一表面以及暴露于所述油的相對的第二表面，所述方法包括步驟: 將光學(xué)傳感器頭置于所述氣囊的所述第一表面上； 向所述傳感器頭提供光源； 通過檢測到離開所述傳感器頭的一定光量而確定沒有液體與所述傳感器頭相接觸的正常狀況；以及 通過檢測到離開傳感器頭的光量少于所述一定光量而確定液體與所述傳感器頭相接觸的故障狀況。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所 述的方法，其中所述傳感器頭包括具有相對的第一末端和第二末端的主體、通過所述主體并且在所述第一末端和所述第二末端之間間隔開來的多個穿孔、以及設(shè)置在所述第二末端處的鏡面，所述穿孔被構(gòu)造和布置為接收液體并將液體保持在其中，并且其中當所述穿孔中僅存在空氣時確定所述正常狀況，并且當所述穿孔中的至少一些穿孔中存在液體時確定所述故障狀況。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述液體是水和/或油。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述提供光源的步驟提供設(shè)置在所述罐外部并且經(jīng)由光纖線纜光學(xué)連接至所述傳感器頭的發(fā)光二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述檢測光的步驟包括使用設(shè)置在所述罐外部并且經(jīng)由光纖線纜光學(xué)連接至所述傳感器頭的光檢測器。
【文檔編號】G01M3/38GK103649710SQ201280034331
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月11日
【發(fā)明者】L·A·V·切伊姆 申請人:Abb技術(shù)有限公司