專利名稱：一種監(jiān)測變壓器絕緣油質量的傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳感器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有多個傳感器，分別檢測不同的物理、化學參數(shù)，尤其涉及一種監(jiān)測變壓器絕緣油質量的傳感器系統(tǒng)。
背景技術：
所述絕緣油通常由深度精制的潤滑油作為基礎油，然后再加入抗氧劑調制而成，其主要用作電器設備的電介質，電器絕緣油的主要性能是低溫性能、氧化安定性和介質損失。低溫性能是指在低溫條件下，油在電器設備中能自動對流，導出熱量和瞬間切斷電弧電流所必需的流動性，一般均要求電器絕緣油傾點低和低溫時粘度較小；但是在電器設備中，當油長時間地受到電場作用下的熱和氧的作用而容易被氧化；介質損失是反映油品在交流 電場下其介質損耗的程度，一般以介質損耗角(S )的正切值(tan δ )表示，通常變壓器油在90°C時測得的介質損失應低于O. 5%。輸變電變壓器由于高壓導致的電弧和火花會使變壓器絕緣油的分子產生裂解，生成氣體、有機酸和水等極性分子，而水和酸又是絕緣油繼續(xù)被氧化的催化劑，因此水和酸的形成導致變壓器絕緣油的電導率上升，從而不能起到絕緣的作用。目前，有很多種變壓器絕緣油質量的監(jiān)測方法，但是，這些監(jiān)測方法所使用的監(jiān)測技術并不可靠，因為現(xiàn)有的這些監(jiān)測方法所使用的監(jiān)測技術多數(shù)是對絕緣油中溶解氣體的檢測，而要實現(xiàn)對絕緣油中溶解氣體的檢測，就必須周期性地將現(xiàn)場油樣采集到實驗室進行分析和檢測，而且，每次檢測都必須經過油樣現(xiàn)場采集一油樣運輸一油氣分離一色譜分析這樣一個過程。而在油樣現(xiàn)場采集過程中和長距離運輸?shù)綄嶒炇业倪^程中，無法避免使溶解在油樣中的微量氣體溢出到油樣外界的空氣中，或者無法避免使油樣現(xiàn)場采集過程中油樣外界空氣中的氣體或雜質進入到被采集的油樣中。這樣一來，就會降低實驗室檢測數(shù)據或結果的可靠性，使最終檢測結果存在較大誤差，增加了故障漏報或誤報的可能性。圖I為現(xiàn)在普遍使用的DGA (dissolved gas analyzer溶解氣體分析)在線監(jiān)測系統(tǒng)應用圖，如圖I所示，在變壓器絕緣油油箱102的底部連接有導油管103，導油管103將油箱102內的油導入DGA監(jiān)測系統(tǒng)101進行檢測，因其是對絕緣油中溶解氣體進行檢測，當所需監(jiān)測的微量氣體生成時，由于氣體的密度遠遠小遠絕緣油的密度，因此生成的微量氣體傾向于向油箱的上部運動，而使微量氣體遠離處于油箱底部的導油管103 (所述導油管安裝在變壓器油箱的下部是避免導油管可能引起的尖端放電等事故)，導致DGA在線監(jiān)測結果出現(xiàn)誤差，對判斷充油設備內部的故障類型及其嚴重程度造成很大影響，給維護工作造成了極大的盲目性，加大了不必要的維護成本，從而也使貴重，高價值的變壓器和輸變電系統(tǒng)處于不確定的危險之中；另外，雖然DGA本身是實驗室設備的小型化，但是體積卻依然龐大，而且需要定期更換氣體以及需要恒溫箱，但是其可靠性卻并不高；目前還存在一些電網在安裝了 DGA在線監(jiān)測系統(tǒng)以后，依然需要定期的人工取樣，拿回實驗室檢測，因此對于取樣過程中的一系列問題還是無法避免。上述這些問題和難題一直困擾著我國輸變電行業(yè)，成為當今我國輸變電行業(yè)變壓器絕緣油質量監(jiān)測的難點，尤其成為我國輸變電網運行和智能電網建設的難點和技術瓶頸，而且，至今為止，該領域仍然未能提出很好的解決方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決上述技術問題，提供了一種監(jiān)測變壓器絕緣油質量的傳感器系統(tǒng)，不僅能直接對絕緣油的各種液體參數(shù)進行監(jiān)測，而且能夠結合監(jiān)測絕緣油存儲空間外部環(huán)境的各種物理參數(shù)，以綜合評估絕緣油的質量和設備的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對變壓器絕緣油質量的監(jiān)測以及對設備的維修狀態(tài)的預測。本發(fā)明為了解決上述技術問題，公開了一種監(jiān)測變壓器絕緣油質量的傳感器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
第一傳感器模塊，用于對變壓器絕緣油的液體狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號；
數(shù)據處理模塊，用于接收傳感器模塊輸出的檢測信號，并將檢測信號轉換為描述狀態(tài)信息的計量數(shù)據，通過數(shù)據傳輸模塊與控制中心進行通信。進一步，所述系統(tǒng)還包括用于減少誤差的隔離箱，所述隔離箱內外分別設置一個相同的第一傳感器模塊。進一步，所述系統(tǒng)還包括第二傳感器模塊，所述第二傳感器模塊用于對變壓器絕緣油液體存儲空間外部的周圍環(huán)境狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號。進一步，所述第一傳感器模塊包括粘滯度傳感器、介電常數(shù)傳感器、腐蝕度傳感器、透明度傳感器、顆粒傳感器、酸傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和化學成分吸附傳感器中的一種或幾種。進一步，所述第二傳感器模塊包括電場強度傳感器、磁場強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和光傳感器中的一種或幾種。進一步，所述酸傳感器是一種電阻式傳感器或電容式傳感器，所述電阻式傳感器的電阻和所述電容式傳感器的電極為一種易被酸和水侵蝕的敏感材料制成。進一步，所述酸傳感器由多個電阻式傳感器和/或多個電容式傳感器串聯(lián)和/或并聯(lián)組成，所述電阻式傳感器和/或電容式傳感器與電路之間采用機械式、物理、化學或電子粘合技術進行連接。進一步，所述易被酸和水侵蝕的敏感材料為金屬、合金、非金屬、導體、半導體或有機材料。進一步，所述每個電阻式傳感器和/或電容式傳感器上形成電極的材料相同或不同。進一步，所述每個電阻式傳感器和/或電容式傳感器上形成電極的材料的厚度相同或不同。進一步，所述每個電阻式傳感器和/或電容式傳感器上形成電極的形狀為長方體形或圓柱形。進一步，所述電阻式傳感器和/或電容式傳感器為雙電極式傳感器。進一步，所述雙電極式傳感器的兩個電極為并列或以交叉手指的形狀排列，或是以共軸的圓柱和圓筒的方式排列。進一步，所述化學成分吸附傳感器為壓電晶體震蕩式傳感器或光學頻譜分析傳感器。
進一步，所述壓電晶體震蕩式傳感器的表面由一種易與液體極性分子結合吸附的敏感材料形成敏感鍍膜。進一步，所述一種易與液體極性分子結合吸附的敏感材料為聚酰亞胺(P0LY頂IDE)、無機物質或是與帶有羥基(C00H和0H)的有機液體物質發(fā)生反應的物質。進一步，所述壓電晶體震蕩式傳感器包括體波器件(BAW BULK ACOUSTIC WAVE)、音叉器件(TUNNING FORK)、一端固定的杠桿器件(CANTILEVER)、表面聲波器件(SURFACEACOUSTIC WAVE )、橫切聲表面波器件(SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE)、板塊聲波器件(ACOUSTIC PLATE MODE)、柔性板塊震動器件(FLEXUAL PLATE MODE)、橫切板塊聲波器件(SHEAR HORIZONTAL ACOUSTIC PLATE MODE)、厚度方向橫切震動器件(THICKNESS SHEAR MODE )、扭曲體震動器件(TORSIONAL MODE)、愛波器件(LOVE WAVE)、泄漏聲表面波器件(LEAKY SURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、虛擬聲表面波器件(PSEUDOSURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、橫切震動波器件(TRANSVERSE MODE)、表面掠波器件(SURFACE-SKIMMING MODE)、表面扭曲震動波器件(SURFACE TRANSVERSE MODE)、和各種諧振波器件(HARMONICS AND OVERTONES)。 進一步，所述光學頻譜分析傳感器包括對顏色敏感的傳感器和能夠顯示敏感物質的光學吸收頻譜曲線的傳感器。進一步，所述電場強度傳感器為光電晶體型傳感器、金屬氧化物半導體場效應管或光電子效應傳感器。采用上述本發(fā)明技術方案的有益效果是本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)體積小、有效使用時間長(無需更換氣體)、更適合野外環(huán)境使用(無需恒溫室)，并具有使用簡單、靈敏、可靠性強等特點；不僅可以通過對變壓器絕緣油進行直接監(jiān)測，以得到絕緣油的液體狀態(tài)信息，包括絕緣油的各種物理、化學以及材料的信息；還可以結合對變壓器絕緣油存儲空間外部的周圍環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)測，以綜合評估絕緣油的質量和設備的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對變壓器絕緣油質量的監(jiān)測以及對設備的維修狀態(tài)的預測。


圖I為目前普遍使用的DGA在線監(jiān)測系統(tǒng)應用 圖2為本發(fā)明實施例的監(jiān)測系統(tǒng)應用 圖3為本發(fā)明所述實施例I的監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結構 圖4為本發(fā)明所述實施例中交叉手指的雙電極形狀 圖5為本發(fā)明所述實施例2的監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。需要說明的是，在本發(fā)明專利中，所述傳感器系統(tǒng)所針對的不是對絕緣油中氣體的檢測，而是對絕緣油的液體狀態(tài)進行檢測，如對絕緣油中的酸、水和其他極性分子進行檢測。圖2為本發(fā)明實施例中的監(jiān)測系統(tǒng)應用圖，如圖2所示，本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)200通過導油管103與絕緣油油箱102的底端相連接，監(jiān)測系統(tǒng)200對導油管103導入的絕緣油的液體狀態(tài)進行監(jiān)測。在本發(fā)明實施例中，因為是對絕緣油液體本身進行檢測，而在絕緣油中所生成的有害成份如水或酸等有害成份的密度要大于油的密度，因此絕緣中生成的有害成分傾向于向油箱102的底部運動，而使絕緣油中的有害成分能夠順暢的通過油箱102底端的導油管103而到達監(jiān)測系統(tǒng)200，使得監(jiān)測系統(tǒng)200能在第一時間監(jiān)測到絕緣油質量狀態(tài)的變化。圖3為本發(fā)明所述實施例I的監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結構圖，如圖3所示所述監(jiān)測系統(tǒng)200包括第一傳感器模塊201以及數(shù)據處理模塊202,其中，所述第一傳感器模塊201用于對變壓器絕緣油的液體狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號；所述數(shù)據處理模塊202用于接收傳感器模塊輸出的檢測信號，并將檢測信號轉換為描述絕緣油液體狀態(tài)信息的計量數(shù)據，通過數(shù)據傳輸模塊203與控制中心204進行通信。在本發(fā)明實施例中，所述變壓器絕緣油的液體狀態(tài)包括反應變壓器絕緣油液體粘滯度、介電常數(shù)、腐蝕度、透明度、顆粒度、水分含量、酸含量以及溫度的參數(shù)。因為變壓器絕緣油除了起到絕緣作用外，還起著散熱的作用，因此，要求絕緣油的粘度適當，當粘度過 小時則設備的工作安全性降低，而粘度過大又影響傳熱，尤其在寒冷地區(qū)或較低溫度下絕緣油的粘度不能過大，只有這樣才能使其具有循環(huán)對流和傳熱能力，使設備正常運行，或停止運行后再啟用時能順利安全啟動；而絕緣油中所含酸性產物會使油的導電性增高，降低油的絕緣性能，在運行溫度較高時(如80度以上)還會使固體纖維質絕緣材料老化和造成腐蝕，縮短設備使用壽命，由于油中酸值可直接反映出油質的老化情況，所以加強酸值的監(jiān)督，對于采取正確的維護措施是很重要的；變壓器絕緣油在氧化初級階段一般易生成低分子有機酸，如甲酸、乙酸等，因為這些酸的水溶性較好，當油中水溶性酸含量增加(即PH值降低)，油中又含有水時，也會使固體絕緣材料和金屬產生腐蝕，并降低電氣設備的絕緣性能，縮短設備的使用壽命；另外，絕緣油中的水分也是影響變壓器設備絕緣老化的重要原因之一，變壓器絕緣油和絕緣材料中含水量的增加，會直接導致其絕緣性能下降并會促使絕緣油老化，影響設備運行的可靠性和使用壽命，對絕緣油中的水分進行嚴格的監(jiān)督，是保證設備安全運行必不可少的一個試驗項目，一般來說溫度在20度時變壓器油溶解水的能力為40 μ L/L左右，通過工業(yè)脫水裝置可使變壓器油的含水量降到10 μ L/L以下，通常電壓越高的電力設備要求油的含水量越低，此外，水分還能促進有機酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用，產生的皂化物會惡化油的介質損耗因數(shù)、增加油的吸潮性、并對油的氧化起催化作用，一般認為受潮的比干燥的油老化速度要增加2至4倍，所以長期以來人們對絕緣油中的水的存在給予極大的關注；同時密度與油品的組成以及水的存在量也存在一定的關系，對于絕緣油來說控制其密度在某種意義上也控制了油品中水的存在量，特別是對于防止在寒冷地區(qū)工作的變壓器在冬季暫停使用期不出現(xiàn)浮冰的現(xiàn)象更有實際意義，如果絕緣油中水分過多在氣溫低時會在電極上形成冰結晶，但當氣溫升高時，粘附在電極上的冰結晶會融化增加導電性，從而會出現(xiàn)放電的危險，為此應控制絕緣油的密度，一般要求溫度在20度時密度不大于895kg/m3，與水的密度保持較大差距。綜合來說，如果已知絕緣油的以上各種參數(shù)就可以直接地得到絕緣油的質量狀態(tài)以及設備的運行狀態(tài)，因此為了提高對絕緣油中酸或水等液態(tài)極性分子的檢測靈敏度，本發(fā)明采用在傳感器上添加一些物質對絕緣油進行檢測以獲取上述，這些被添加的物質可以是遇到酸或水等極性分子后產生各種物理、化學、生化標志/標記性的有機或者無機物質，包括金屬、非金屬、氧化物、光敏物質、易氧化物質、親水物質等等。這些物質遇到水或酸等極性分子后會產生物理和化學的變化，比如物理形狀和體積的膨脹、表面的侵蝕、顏色的變化、介電常數(shù)的變化等等。而這些參數(shù)的變化，會導致傳感器本身電壓值、電流值、電感值、電阻值、電容值、頻率值、顏色、光譜峰值等等的變化。因此，將這些被添加的物質加載到傳感器表面或者是在傳感器監(jiān)測的范圍內，就可以得到能夠檢測出絕緣油液體狀態(tài)參數(shù)的傳感器，如粘滯度傳感器、介電常數(shù)傳感器、腐蝕度傳感器、透明度傳感器、顆粒傳感器、酸傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和化學成分吸附傳感器等。該實施方式中，所述傳感器的敏感位置可以處在絕緣油流通的管道內側，這樣的結構可以使油中的極性分子和雜質盡可能地暴露給傳感器；同時這樣的結構也使得傳感器對導致絕緣油中質量下降的液體物質起到收集的效果，而傳感器本身的參數(shù)會由于被檢測的絕緣油不斷循環(huán)經過傳感器的敏感表面而累積。例如一個傳感器的敏感表面只對它周圍O. 5毫升液體內的雜質有所反應，那么當傳感器敏感表面設置在循環(huán)油路的管道內壁時，不斷循環(huán)的被檢測的絕緣油使得5000毫升、甚至50000毫升的絕緣油中的雜質被傳感器的敏感表面所吸收，因此，事實上傳感器的檢測效果是把局部地區(qū)樣品的雜質濃度提高了 10000-100000倍。所以由于傳感器的敏感表面布置在監(jiān)測系統(tǒng)循環(huán)油路管道的內壁，油的流動導致傳感器測量數(shù)值的偏移，因此這·些傳感器的取值可以設定在閥門關閉或是管道內絕緣油不流動的時候獲取。該實施方式中，采用第一傳感器模塊對絕緣油中的上述參數(shù)進行檢測，在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述第一傳感器模塊包括粘滯度傳感器、介電常數(shù)傳感器、腐蝕度傳感器、透明度傳感器、顆粒傳感器、酸傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和化學成分吸附傳感器；當然，在具體應用過程中，也可以根據實際需要攝取的參數(shù)種類及要求的不同而選取上述傳感器中的一種或幾種作為第一傳感器模塊。在本發(fā)明實施例中，所述化學成分吸附傳感器可以是壓電晶體震蕩式傳感器，此壓電晶體震蕩式傳感器的表面敏感鍍膜由一種容易與液體極性分子結合吸附的敏感材料制成，當表面敏感鍍膜材料吸附液體極性分子以后，此壓電晶體震蕩的頻率值將會發(fā)生變化，可以通過壓電晶體震蕩的頻率值對絕緣油質量進監(jiān)測，因此在變壓器絕緣油監(jiān)測系統(tǒng)中可以采用具有不同敏感鍍膜的此類傳感器。其中，所述容易與液體極性分子結合吸附的敏感材料為聚酰亞胺(POLYIMIDE)、無機物質或是與帶有羥基(COOH和0H)的有機液體物質發(fā)生反應的物質。當絕緣油中微量的含有COOH和OH的有機物質不斷生成時，傳感器表面敏感鍍膜的材料將被酸不斷地侵蝕，從而使頻率值不斷地上升，當水等極性分子出現(xiàn)時，由于傳感器表面敏感物質的吸附，將導致壓電晶體震蕩式傳感器的頻率值降低。通常，具有表面敏感鍍膜的壓電晶體震蕩式傳感器包括體波器件(BAW BULKACOUSTIC WAVE )、音叉器件(TUNNING FORK)、一端固定的杠桿器件(CANTILEVER)、表面聲波器件(SURFACE ACOUSTIC WAVE )、橫切聲表面波器件(SHEAR HORIZONTAL SURFACEACOUSTIC WAVE)、板塊聲波器件(ACOUSTIC PLATE MODE)、柔性板塊震動器件(FLEXUALPLATE MODE)、橫切板塊聲波器件(SHEAR HORIZONTAL ACOUSTIC PLATE MODE)、厚度方向橫切震動器件(THICKNESS SHEAR MODE )、扭曲體震動器件(TORSIONAL MODE)、愛波器件(LOVE WAVE)、泄漏聲表面波器件(LEAKY SURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、虛擬聲表面波器件(PSEUDO SURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、橫切震動波器件(TRANSVERSE MODE)、表面掠波器件(SURFACE-SKIMMING MODE)、表面扭曲震動波器件(SURFACE TRANSVERSE MODE)、和各種諧振波器件(HARMONICS AND OVERTONES)。在本發(fā)明另一實施例中，所述化學成分吸附傳感器還可以是光學頻譜分析傳感器，所述光學頻譜分析傳感器包括對顏色敏感的傳感器和能夠顯示敏感物質的光學吸收頻譜曲線的傳感器。本發(fā)明實施例中，所述顆粒傳感器可以是光學顆粒物質傳感器，其采用一種降低光學散射傳感器噪音的光學黑盒子，其結構類似現(xiàn)在大量使用的光學散射式煙霧警報器，通過反射截面的設計使得當無雜質顆粒和氣泡存在時，相互有一定角度的發(fā)光管(LED)和光電管(PH0T0-DETECT0R)無法產生輸出信號，當檢測到有顆粒物存在時，則會產生輸出信號，以達到對雜質和顆粒物的檢測目的。在本發(fā)明實施例中，上述酸傳感器可以是一種電容式傳感器。由于變壓器絕緣油的監(jiān)測靈敏度要求很高，如果僅監(jiān)測絕緣油的介電常數(shù)變化是無法達到監(jiān)測效果的，因此采用對于酸和水敏感的材料制成的電極形成的電容式傳感器對絕緣油進行監(jiān)測，當絕緣油質量變化的時候，電容式傳感器不僅能夠監(jiān)測絕緣油的節(jié)點常數(shù)變化，而且由于變壓器絕 緣油的電導率很低，微量的酸、水的產生會極大提高電導率的數(shù)值，電容器電極的氧化還會造成電容器電容數(shù)值更大的變化，因此電容式傳感器從整體上提高了檢測的靈敏度。與上述電容式傳感器一樣，所述對于酸和水敏感的材料也可以制作成電阻，形成電阻式傳感器。所述電阻式傳感器可以是一系列(比如100個)微小電阻的串聯(lián)，電阻串聯(lián)的優(yōu)勢是即使絕緣油中產生很少的酸和水、亦或是絕緣油中的酸和水只和其中一個電阻發(fā)生反應或產生侵蝕，也會對整個串聯(lián)電阻等效電阻值產生巨大的變化，也就是說其中任何一個電阻值的變化，都會使得這一系列串聯(lián)電阻產生反應，因此在一定程度上提高了電阻式傳感器監(jiān)測的靈活性。該實施方式中，所述制成電阻和電極的易被酸和水侵蝕的敏感材料一般為金屬、合金、非金屬、導體、半導體或有機材料。其中每個電阻式傳感器或電容式傳感器上形成電阻或電極的材料可以相同，也可以不同；每個電阻式傳感器或電容式傳感器上形成電阻或電極的材料的厚度也可以相同或不同；每個電阻式傳感器或電容式傳感器上形成電阻或電極的形狀可以是長方體形或圓柱形。上述實施方式中，所述酸傳感器還可以是由多個電阻式傳感器和/或多個電容式傳感器串聯(lián)和/或并聯(lián)組成，比如先10個一組串聯(lián)，然后所有的串聯(lián)組再進行并聯(lián)，反之亦然。其中，每一組傳感器上電阻或電極可以是不同材料、不同厚度、不同直徑，從而達到對不同產物具有不同的靈敏度，并且可以延長傳感器的使用壽命。上述電阻式傳感器和/或電容式傳感器與電路之間可以采用機械式、物理、化學或電子粘合技術進行連接。在本發(fā)明實施例中，所述電阻式傳感器和/或電容式傳感器可以是雙電極式傳感器，當兩個電極很近的時候，它們構成電容器。當電容器的兩個電極完全浸入絕緣油中的時候，這兩個電極可以測量油的電容數(shù)值，同時，同樣的兩個電極也可以測量絕緣油的電阻數(shù)值。在具體實施時所采用的雙電極方式可以有很多種，比如可以是兩個并列的電極，也可以是共軸的圓柱和圓筒式電極，還可以是如圖4所示的交叉手指的形狀等。上述電容式傳感器的電極和電阻式傳感器的電阻都是消耗性的所以也是不可逆的，酸和水對電極或電阻產生的變化也是累計性的，因此消耗性的部件可以是能夠替換的插件。又由于消耗式電阻/電容傳感器不斷有同樣的新的材料暴露給被監(jiān)測的絕緣油，因此每次更換消耗性的插件時，傳感器系統(tǒng)可以自動進入初始化狀態(tài)。以上所述的傳感器的敏感電極也可以采用電感器件的形式，從而和電阻、電容形成RLC電路，或者振蕩器電路。電路的頻率就是傳感器監(jiān)測的參數(shù)，電阻、電容信號可以是交流或者直流測量方式，電容式測量可以使用不同的頻率。圖5為本發(fā)明所述實施例2的監(jiān)測系統(tǒng)邏輯結構圖，如圖5所示，本發(fā)明實施例
2的監(jiān)測系統(tǒng)在實施例I監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上增加了第二傳感器模塊205，所述第二傳感器模塊205用于對變壓器絕緣油液體存儲空間外部的周圍環(huán)境狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號。在本發(fā)明實施例中，由于當變壓器外部一些特定物理現(xiàn)象(比如放電)發(fā)生時，會 對一部分絕緣油產生即時的損壞，而這些被損壞的油的分子斷裂或者氧化的產物是在變壓器的油箱內生成，這些氧化產物可能要經過一段時間才能被導油管導入到傳感器監(jiān)測的地方，因此這一段時間差將是變壓器設備的高危時間段，所以為了避免變壓器的故障，監(jiān)測變壓器外部的物理參數(shù)可以提供有效的預警時間。該實施方式中，所述變壓器絕緣油液體存儲空間外部的周圍環(huán)境狀態(tài)包括反應變壓器絕緣油液體存儲空間外部周圍環(huán)境電場強度、電場梯度、磁場強度、磁場梯度、溫度、濕度以及光強度等的參數(shù)。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述第二傳感器模塊包括電場強度傳感器、磁場強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和光傳感器；當然，在具體應用過程中，也可以根據實際需要攝取的參數(shù)種類及要求的不同僅選取上述傳感器中的一種或幾種作為第二傳感器模塊。上述實施方式中，所述電場強度傳感器可以是光電晶體型傳感器、金屬氧化物半導體場效應管或光電子效應傳感器等。如可以是光學顏色傳感器，當絕緣油質量下降時會導致絕緣油顏色的變化，這種變化可以被光學顏色傳感器監(jiān)測，光學顏色傳感器的工作顏色范圍包括可見光、紫外、近紅外、中紅外和遠紅外；也可以是使用添加物質的光學顏色傳感器，一些生化實驗中大量使用的添加劑在遇到微量的酸或水的時候會產生極大的標志性顏色變化，都可以被光學傳感器所監(jiān)測；還可以是光譜監(jiān)測傳感器，上述的光學顏色傳感器和使用添加物質的光學顏色傳感器都可以是光譜檢測器，光譜的反應或者吸收峰值可以是紫外、可見光或者紅外范圍。在本發(fā)明的第3種實施例中，所述監(jiān)測系統(tǒng)還可以包括用于減少誤差的隔離箱。由于各種絕緣油料的配置比例不同，各種傳感器起始的系數(shù)不同，傳感器的隔離箱能夠用來減少這些條件所造成的誤差，同是隔離箱也可以用來減少傳感器因自身飄移而產生的誤差，而且還有些傳感器對流動的油會產生另外的誤差，隔離箱的使用還可以減少傳感器對流動油進行監(jiān)測所造成的誤差。本發(fā)明實施例中，所述隔離箱可以是利用金屬構造屏蔽其內部，并使用初始新油樣充滿其內部，防止內部油樣分子被聞壓擊穿的標準油樣箱。在使用隔尚箱時，直接對絕緣油進行監(jiān)測的傳感器(如粘滯度傳感器、介電常數(shù)傳感器、腐蝕度傳感器、透明度傳感器、顆粒傳感器、酸傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和化學成分吸附傳感器)都可以成對使用，其中一個傳感器暴露在被監(jiān)測的絕緣油中，另一個傳感器暴露在隔離箱里面相對穩(wěn)定的、被靜電屏蔽的隔離箱中，通過比較每2個一組的同類傳感器數(shù)值，就能得到所監(jiān)測油樣質量的蛻變。該實施方式中，所述隔離箱內可以包括一個或一個以上的上述種類的傳感器。在處理傳感器數(shù)據時，隔離箱外的數(shù)據可以被單獨使用作為判斷絕緣油質量的依據，但是，更有效的方法是將隔離箱內外同類傳感器的數(shù)據作為判斷依據，當相同的位于隔離箱內外的傳感器的數(shù)據被用來進行數(shù)學運算時，會減少傳感器由于自身的老化所引起的傳感器輸出參數(shù)的漂移；通過比較同類的位于隔離箱內外的傳感器數(shù)據，也可以減少由于雜質附著傳感器表面、溫度變化、濕度變化、油的流動，以及所監(jiān)測的參數(shù)在油箱內分布不均勻所造成的傳感器輸出參數(shù)的誤差。因此可以通過補償各種條件變化，以及傳感器本身飄移所造成的不確定性，本實施方式中所述的補償各種條件變化包括溫度補償或濕度補償?shù)?。比如在進行溫度補償時，需要利用溫度傳感器，因為即使當傳感器暴露給沒有變化的標準油樣，由于溫度的變化，電容式/電阻式傳感器的數(shù)值在不同溫度也會發(fā)生變化。由于一個傳感器的電容值/電阻值的變化有一部份是因為溫度的變化造成，有些電容值/電阻值的變化是因為酸和水的的生成引起，因此通過對溫度引起的電容值/電阻值變化進行補償，去掉因溫度變化而引起的電容值/電阻值的變化，從而得到一個單純由于酸和水的產生而造成的電容/電阻變化值，以更可靠的反應了絕緣油質量狀態(tài)的變化。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種監(jiān)測變壓器絕緣油質量的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 第一傳感器模塊，用于對變壓器絕緣油的液體狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號； 數(shù)據處理模塊，用于接收傳感器模塊輸出的檢測信號，并將檢測信號轉換為描述狀態(tài)信息的計量數(shù)據，通過數(shù)據傳輸模塊與控制中心進行通信。
2.根據權利要求I所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于減少誤差的隔離箱，所述隔離箱內外分別設置一個相同的第一傳感器模塊。
3.根據權利要求I所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第二傳感器模塊，所述第二傳感器模塊用于對變壓器絕緣油液體存儲空間外部的周圍環(huán)境狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號。
4.根據權利要求2所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第二傳感器模塊，所述第二傳感器模塊用于對變壓器絕緣油液體存儲空間外部的周圍環(huán)境狀態(tài)進行檢測，并輸出檢測信號。
5.根據權利要求I至4任一項所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述第一傳感器模塊包括粘滯度傳感器、介電常數(shù)傳感器、腐蝕度傳感器、透明度傳感器、顆粒傳感器、酸傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和化學成分吸附傳感器中的一種或幾種。
6.根據權利要求3或4所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述第二傳感器模塊包括電場強度傳感器、磁場強度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和光傳感器中的一種或幾種。
7.根據權利要求5所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述酸傳感器是一種電阻式傳感器或電容式傳感器，所述電阻式傳感器的電阻和所述電容式傳感器的電極為一種易被酸和水侵蝕的敏感材料制成。
8.根據權利要求7所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述酸傳感器由多個電阻式傳感器和/或多個電容式傳感器串聯(lián)和/或并聯(lián)組成，所述電阻式傳感器和/或電容式傳感器與電路之間采用機械式、物理、化學或電子粘合技術進行連接。
9.根據權利要求7所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述易被酸和水侵蝕的敏感材料為金屬、合金、非金屬、導體、半導體或有機材料。
10.根據權利要求7所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述每個電阻式傳感器和/或電容式傳感器上形成電極的材料相同或不同。
11.根據權利要求7所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述每個電阻式傳感器和/或電容式傳感器上形成電極的材料的厚度相同或不同。
12.根據權利要求7所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述每個電阻式傳感器和/或電容式傳感器上形成電極的形狀為長方體形或圓柱形。
13.根據權利要求7 12任一項所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻式傳感器和/或電容式傳感器為雙電極式傳感器。
14.根據權利要求13所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述雙電極式傳感器的兩個電極為并列或以交叉手指的形狀排列，或是以共軸的圓柱和圓筒的方式排列。
15.根據權利要求5所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述化學成分吸附傳感器為壓電晶體震蕩式傳感器或光學頻譜分析傳感器。
16.根據權利要求15所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電晶體震蕩式傳感器的表面由一種易與液體極性分子結合吸附的敏感材料形成敏感鍍膜。
17.根據權利要求16所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述一種易與液體極性分子結合吸附的敏感材料為聚酰亞胺(POLYIMIDE)、無機物質或是與帶有羥基(COOH和OH)的有機液體物質發(fā)生反應的物質。
18.根據權利要求16或17所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電晶體震蕩式傳感器包括體波器件(BAW BULK ACOUSTIC WAVE)、音叉器件(TUNNING FORK)、一端固定的杠桿器件(CANTILEVER)、表面聲波器件(SURFACE ACOUSTIC WAVE )、橫切聲表面波器件(SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE)、板塊聲波器件(ACOUSTIC PLATE MODE)、柔性板塊震動器件(FLEXUAL PLATE MODE)、橫切板塊聲波器件(SHEAR HORIZONTAL ACOUSTICPLATE MODE )、厚度方向橫切震動器件(THICKNESS SHEAR MODE )、扭曲體震動器件(TORSIONAL MODE)、愛波器件(LOVE WAVE)、泄漏聲表面波器件(LEAKY SURFACE ACOUSTICWAVE MODE)、虛擬聲表面波器件(PSEUDO SURFACE ACOUSTIC WAVE MODE)、橫切震動波器件(TRANSVERSE MODE)、表面掠波器件(SURFACE-SKIMMING MODE)、表面扭曲震動波器件(SURFACE TRANSVERSE MODE)、和各種諧振波器件(HARMONICS AND OVERTONES)。
19.根據權利要求15所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述光學頻譜分析傳感器包括對顏色敏感的傳感器和能夠顯示敏感物質的光學吸收頻譜曲線的傳感器。
20.根據權利要求6所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述電場強度傳感器為光電晶體型傳感器、金屬氧化物半導體場效應管或光電子效應傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測變壓器絕緣油質量的傳感器系統(tǒng)，包括用于對變壓器絕緣油的液體狀態(tài)進行監(jiān)測并輸出檢測信號的第一傳感器和用于接收傳感器模塊輸出的檢測信號、并將檢測信號轉換為描述狀態(tài)信息的計量數(shù)據的數(shù)據處理模塊。本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)體積小、有效使用時間長、更適合野外環(huán)境使用，并具有使用簡單、靈敏、可靠性強等特點；不僅可以通過對變壓器絕緣油進行直接監(jiān)測，以得到絕緣油的液體狀態(tài)信息，包括絕緣油的各種物理、化學以及材料的信息；還可以結合監(jiān)測絕緣油存儲空間外部環(huán)境的各種物理參數(shù)，以綜合評估絕緣油的質量和設備的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對變壓器絕緣油質量的監(jiān)測以及對設備的維修狀態(tài)的預測。
文檔編號G01N33/00GK102866243SQ20111033307
公開日2013年1月9日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2011年10月28日
發(fā)明者詹姆斯·劉 申請人:北京盈勝泰科技術有限公司