用于在線監(jiān)視電力變壓器中呋喃類物質(zhì)的傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】傳感器結(jié)構(gòu)（16）被提供用于在變壓器箱油中呋喃類物質(zhì)水平的在線監(jiān)視。該傳感器結(jié)構(gòu)包括UV光源（26），僅允許特定波長(zhǎng)范圍的UV光通過的濾光器（30），允許所述經(jīng)濾光的UV光穿過其的窗口（32），以及用于接收穿過窗口的UV光的UV光檢測(cè)器（36）。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)被安裝在聯(lián)機(jī)的變壓器的箱，使得窗口暴露于油，并且油中的呋喃類物質(zhì)被監(jiān)視時(shí)，呋喃類物質(zhì)將吸收UV光，產(chǎn)生相比于被監(jiān)視的所述油中沒有呋喃類物質(zhì)時(shí)由所述光檢測(cè)器所接收到UV光，與被監(jiān)視的所述油中有呋喃類物質(zhì)時(shí)所述光探測(cè)器所接收到的UV光的差異。光檢測(cè)器的輸出信號(hào)基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質(zhì)成比例。
【專利說明】用于在線監(jiān)視電力變壓器中呋喃類物質(zhì)的傳感器結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力變壓器，更具體地說，涉及一種用于在線監(jiān)視變壓器油中呋喃類物質(zhì)的水平的在線傳感器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]全球公用事業(yè)生成呋喃類物質(zhì)庫(kù)，這是一組被發(fā)現(xiàn)溶解在變壓器油中的化學(xué)化合物，其僅來自纖維素降解。大多數(shù)變壓器專家在就變壓器故障、壽命終止等作出決定之前要求油中的呋喃類物質(zhì)水平的信息。這些化合物在八十年代早期被發(fā)現(xiàn)，從那時(shí)起，已經(jīng)在CIGRE, IEEE和全球主要公用事業(yè)中激起了極大的興趣。
[0003]呋喃類物質(zhì)通常在取自變壓器的離線油樣品并被送到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理以用于在稱作高性能液相色譜(HPLC)設(shè)備中處理。通常在采集樣品用于油中的氣體分析或用于標(biāo)準(zhǔn)油測(cè)試時(shí)，也采集油樣品。
[0004]因此，有必要提供一種提供用于監(jiān)視變壓器中呋喃類物質(zhì)的在線傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是滿足上述的需要。按照本發(fā)明的原理，這一目的是通過對(duì)在變壓器箱的油中的呋喃類物質(zhì)的在線監(jiān)視提供傳感器結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。該傳感器結(jié)構(gòu)包括一個(gè)紫外(UV)光源，僅允許紫外線的一定波長(zhǎng)范圍的光通過的濾光器，透明窗口，該透明窗口被構(gòu)造和布置從而使得經(jīng)濾光的UV光穿過其中，以及UV光檢測(cè)器，所述UV光檢測(cè)器被構(gòu)造和布置以接收穿過窗口的UV光。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)相對(duì)于聯(lián)機(jī)的變壓器箱被安裝使得窗口暴露于油，并且油中的呋喃類物質(zhì)被監(jiān)視時(shí),呋喃類物質(zhì)將吸收UV光，從而產(chǎn)生相比于被監(jiān)視的油中沒有呋喃類物質(zhì)時(shí)由光檢測(cè)器所接收到UV光與被監(jiān)視的油中有呋喃類物質(zhì)時(shí)由光探測(cè)器所接收到的UV光的差異。光檢測(cè)器被構(gòu)造和布置以提供基本上與被檢測(cè)的油中的總的呋喃類物質(zhì)成比例的輸出信號(hào)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在變壓器箱的油中的呋喃類物質(zhì)水平的在線監(jiān)視。該方法提供UV光源。UV光進(jìn)行濾光以處于一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。透明窗口暴露于變壓器箱的油。當(dāng)變壓器聯(lián)機(jī)時(shí)，經(jīng)濾光的UV光穿過窗口。穿過窗口的UV光由光檢測(cè)器所接收，具有光檢測(cè)器的基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質(zhì)成比例的輸出信號(hào)。
[0007]其它的目的，特征和本發(fā)明的特性，以及操作方法和結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件的功能，部件的組合以及制造的經(jīng)濟(jì)性，將通過參照附圖考慮下面的詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求而變得更加明顯，所有這些形成本說明書的一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]本發(fā)明將從以下與附圖相結(jié)合對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述得到更好的理解，其中相同的數(shù)字表示相同的部件。其中:
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有與其耦合的呋喃類物質(zhì)傳感器結(jié)構(gòu)的變壓器的示意圖。[0010]圖2為圖1的傳感器結(jié)構(gòu)的放大圖。
[0011]圖3為根據(jù)另一實(shí)施例所提供的傳感器結(jié)構(gòu)的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]參考圖1，變壓器(總體表示為10)包括填充有絕緣油的變壓器箱12以將其中的部件絕緣,諸如抽頭變換器(未示出)。呋喃類物質(zhì)傳感器結(jié)構(gòu)(總體表示為106)的入口 14通過油路17耦合到箱12的排液閥18。該傳感器結(jié)構(gòu)16的出口 19在箱12的頂部處經(jīng)由第二油道22與填充口 20連通。值得注意的是，在圖1中僅示出了第二油道22的一部分。因此，來自箱12的變壓器油從排液閥離開，通過傳感器結(jié)構(gòu)16，然后經(jīng)由口 20被引導(dǎo)回到箱內(nèi)。
[0013]參考圖2,非侵入性傳感器結(jié)構(gòu)16包括單個(gè)的傳感器外殼24,所述傳感器外殼24包含紫外(UV)光源26，準(zhǔn)直透鏡28，低頻帶(例如225-330nm)濾光器30，允許UV光穿過其中而設(shè)置在入口 14和出口 19之間的透明光學(xué)(例如，玻璃)的窗口 32，聚光透鏡34和UV光電二極管或光檢測(cè)器36之間。運(yùn)算放大器(OPAMP) 38放大光檢測(cè)器36的輸出。0PAMP38的輸出是基本上與總呋喃類物質(zhì)成比例的電信號(hào)，所述呋喃類物質(zhì)主要是最常見的元素2FAL=2糠醛。有必要將這一輸出校準(zhǔn)為油中的呋喃類物質(zhì)的實(shí)際數(shù)量，因?yàn)檩敵隹赡軙?huì)隨著光路、電子設(shè)備等發(fā)生變化。0PAMP38的輸出被顯示在顯示器40上。顯示器40可以是模擬或數(shù)字，甚至可聽信號(hào)可以指示報(bào)警狀態(tài)。通用電源42，優(yōu)選設(shè)置在殼體24內(nèi)，向傳感器結(jié)構(gòu)16提供功率。0PAMP38，顯示器40，以及電源42也優(yōu)選設(shè)置在所述殼體24中。
[0014]根據(jù)圖2的實(shí)施例，為了監(jiān)視的箱12中的油中的呋喃類物質(zhì)的水平，油44從箱12通過排液閥18通過傳感器結(jié)構(gòu)16的入口 14并通過玻璃窗口 32。UV光源發(fā)射UV光33，所述UV光穿過透鏡28和濾光器30以及玻璃窗口 32。呋喃類物質(zhì)是UV-VIS光的強(qiáng)吸收體，特別是在225-330nm范圍內(nèi)的光。如果油中有呋喃類物質(zhì)，呋喃類物質(zhì)將吸收UV光，因此產(chǎn)生相比于油中沒有呋喃類物質(zhì)時(shí)由光檢測(cè)器36所接收到UV光，與油中有呋喃類物質(zhì)時(shí)由光探測(cè)器36所接收到的UV光的差異。如上所述，0PAMP38的輸出基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質(zhì)成比例，并且0PAMP38的輸出被顯示在數(shù)字顯示器40上。油44繼而通過出口 19并經(jīng)由口 20返回到箱。
[0015]參考圖3，示出了呋喃類物質(zhì)傳感器結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例，總體表示為16’。該傳感器結(jié)構(gòu)16’是侵入類型，帶有設(shè)置在槽12內(nèi)的傳感器頭45，以及帶有被布置在所述箱12的外部的殼體24’。殼體24’包含紫外(UV)光源26，準(zhǔn)直透鏡46，聚光透鏡48，耦合到第一光纖電纜50的光纖連接器49。該電纜50的另一端在箱12內(nèi)部具有光纖連接器52，使得UV光可以被發(fā)送到箱12內(nèi)側(cè)的窗口 32。傳感器頭46還包括準(zhǔn)直透鏡28，低頻帶(225-330nm)濾光器30,窗口 32和聚光透鏡34。另一光纖連接器54被稱合到第二光纖電纜56。該電纜56的另一端包括光纖連接器57，使得穿過窗口 32的UV光可以被發(fā)送回殼體24’以由光檢測(cè)器36來接收。準(zhǔn)直透鏡58和聚光透鏡60被提供在殼體24’內(nèi)部的UV光檢測(cè)器36’的前面。
[0016]運(yùn)算放大器(OPAMP)38對(duì)光檢測(cè)器36的輸出進(jìn)行放大。如在圖1的實(shí)施例中，圖3的0PAMP38的輸出是基本上與總呋喃類物質(zhì)成比例的電信號(hào)，所述呋喃類物質(zhì)主要是最常見的元素2FAL=2糠醛。0PAMP38的輸出被顯示的數(shù)字顯示器40上。顯示器40或可聽信號(hào)可以指示報(bào)警狀態(tài)。通用電源42，優(yōu)選設(shè)置在殼體24’內(nèi)部，向傳感器結(jié)構(gòu)16’提供功率。在任一實(shí)施例中，UV光源26可以是發(fā)光二極管或激光器。
[0017]該傳感器頭45可以結(jié)合到能夠被插入的管或探頭中，以密封的方式，進(jìn)入箱12的排液閥開口或箱12的任意其他處理管道中，以便被暴露在箱12中的變壓器油。
[0018]根據(jù)圖3的實(shí)施例，為了監(jiān)視箱12的油中的呋喃類物質(zhì)的水平，箱12中的油44包圍光學(xué)(例如，玻璃)的窗口 32。UV光源26發(fā)射穿過光纖電纜50的UV光，通過透鏡28和濾光器30，并通過玻璃窗口 32。光纖電纜56在連接器54處接收UV光，具有接收殼體24’內(nèi)部的UV光的光檢測(cè)器36。如在圖2的第一實(shí)施例中，如果油中有呋喃類物質(zhì)，呋喃類物質(zhì)將吸收UV光，因此產(chǎn)生相比于油中沒有呋喃類物質(zhì)時(shí)由光檢測(cè)器36所接收到UV光，與油中有呋喃類物質(zhì)時(shí)由光探測(cè)器36所接收到的UV光的差異。呋喃類物質(zhì)的水平可以被顯示在圖3的顯示器40上。
[0019]呋喃類物質(zhì)，雖然對(duì)于評(píng)估電力變壓器中牛皮紙的老化非常重要，但是難以定量地關(guān)聯(lián)于固體絕緣的實(shí)際老化。已經(jīng)在世界的許多地方進(jìn)行了若干研究，試圖找到呋喃類物質(zhì)與固體絕緣的實(shí)際狀態(tài)之間的良好并普遍的相關(guān)性。然而，這種相關(guān)性至今尚未實(shí)現(xiàn)。但是，研究人員和變壓器的專家一致認(rèn)為，呋喃類物質(zhì)水平的變化可能比水平本身帶來更好的信息。呋喃類物質(zhì)水平的顯著變化可能涉及變壓器的加速老化或某些故障狀態(tài)的初始，尤其是由于絕緣的熱方面，以及化學(xué)方面，如來自O(shè)2、酸類和水分。因此，使用傳感器結(jié)構(gòu)16，16’來在線地監(jiān)視呋喃類物質(zhì)水平上的變化可能會(huì)使變壓器用戶更好地了絕緣真正在發(fā)生什么。
[0020]上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)出于示意的目的示出和描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能原理，以及示出采用該優(yōu)選的實(shí)施例的方法，并經(jīng)受變化而不脫離這些原理。因此，本發(fā)明包括以下權(quán)利要求書的精神內(nèi)的所有修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在線監(jiān)視變壓器箱中呋喃類物質(zhì)的水平的傳感器結(jié)構(gòu)，所述傳感器結(jié)構(gòu)包括: 紫外線(UV)光源， 濾光器，僅允許特定波長(zhǎng)范圍的UV光通過， 透明窗口，被構(gòu)造和布置以使得經(jīng)濾光的UV光穿過其中以及， UV光檢測(cè)器，被構(gòu)造和布置以接收穿過所述窗口的UV光， 其中當(dāng)所述傳感器結(jié)構(gòu)被相對(duì)于聯(lián)機(jī)的變壓器箱安裝使得所述窗口暴露于油，以及所述油中的呋喃類物質(zhì)被監(jiān)視時(shí)，所述呋喃類物質(zhì)將吸收UV光，因此產(chǎn)生與被監(jiān)視的所述油中沒有呋喃類物質(zhì)時(shí)由所述光檢測(cè)器所接收到所述UV光相比由所述光探測(cè)器所接收到的所述UV光的差異，并且
其中所述光檢測(cè)器被構(gòu)造和布 置以提供基本上與被監(jiān)視的所述油中的總呋喃類物質(zhì)成比例的輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述濾光器被構(gòu)造和布置將UV光濾光到225至330nm的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述光源是激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述光源是發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述輸出信號(hào)與2糠醛和總呋喃類物質(zhì)成比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括在所述光源和所述濾光器之間的準(zhǔn)直透鏡以及所述濾光器和所述光檢測(cè)器之間的聚光透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括被構(gòu)造和布置為將來自所述光檢測(cè)器的所述輸出信號(hào)放大的放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括向所述傳感器結(jié)構(gòu)供電的電源，和顯示被監(jiān)視的呋喃類物質(zhì)的水平的數(shù)字顯示器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述電源、所述放大器、所述顯示器、所述光檢測(cè)器、所述透鏡、所述濾光器、所述窗口和所述光源都被布置在單個(gè)的殼體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器結(jié)構(gòu)，與所述變壓器箱結(jié)合，所述箱具有液閥，所述外殼具有入口和出口，具有放置在其間的所述窗口，所述入口被耦合到所述排液閥以從所述箱接收油，所述出口被耦合到所述箱以將油返回到所述箱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述濾光器和所述窗口是傳感器頭的一部分，所述傳感器頭還包括在所述光源和所述濾光器之間的準(zhǔn)直透鏡，以及在所述濾光器和所述光檢測(cè)器之間的聚光透鏡，所述傳感器頭被構(gòu)造和布置成在所述箱的內(nèi)部設(shè)置有所述光源并且光檢測(cè)器被構(gòu)造和布置成設(shè)置在所述箱的外部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括在所述準(zhǔn)直透鏡與所述光源之間延伸的第一光纖電纜，以及在所述聚光透鏡和所述光檢測(cè)器之間延伸的第二光纖電纜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括在所述光源和所述第一光纖電纜之間的準(zhǔn)直透鏡和聚光透鏡，以及在所述第二光纖電纜和所述光檢測(cè)器之間的準(zhǔn)直透鏡和聚光透鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括被構(gòu)造和布置成將來自所述光檢測(cè)器的所述輸出信號(hào)放大的放大器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器結(jié)構(gòu)，還包括向所述傳感器結(jié)構(gòu)供電的電源，和用于顯示所監(jiān)視的呋喃類物質(zhì)水平的數(shù)字顯示器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中所述電源、所述放大器、所述顯示器、所述光檢測(cè)器和所述光源都被放置在與所述傳感器頭分離的單個(gè)殼體中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，與帶有被放置在所述箱內(nèi)部的所述傳感器頭的所述變壓器箱結(jié)合，使得所述窗口暴露于油并且所述單個(gè)殼體被置于所述箱的外部，其中所述第一光纖電纜將所述UV光傳送到所述窗口，并且所述第二光纖電纜將所述UV光傳送到所述光檢測(cè)器，所述UV光穿過所述窗口。
18.一種用于在線監(jiān)視變壓器箱中呋喃類物質(zhì)的水平的方法，所述方法包括以下步驟: 提供UV光源， 將UV光濾光為特定波長(zhǎng)范圍， 提供透明窗口，所述透明窗口被暴露于所述變壓器箱的油， 當(dāng)所述變壓器聯(lián)機(jī)時(shí)，將所述經(jīng)濾光的UV光穿過所述窗口，以及在光檢測(cè)器處接收穿過所述窗口的所述UV光，其中所述光檢測(cè)器的輸出信號(hào)基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質(zhì)成比例。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述濾光步驟包括將所述UV光濾光到225至330nm范圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述輸出信號(hào)與2糠醛和總呋喃類物質(zhì)成比例。
【文檔編號(hào)】G01N21/85GK103930770SQ201280051513
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】L·V·徹伊姆, O·庫(kù)茲米尼, R·維斯特 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司