用于在線監(jiān)視電力變壓器中呋喃類物質的傳感器結構的制作方法
【專利摘要】傳感器結構(16)被提供用于在變壓器箱油中呋喃類物質水平的在線監(jiān)視。該傳感器結構包括UV光源(26),僅允許特定波長范圍的UV光通過的濾光器(30),允許所述經濾光的UV光穿過其的窗口(32),以及用于接收穿過窗口的UV光的UV光檢測器(36)。當傳感器結構被安裝在聯(lián)機的變壓器的箱,使得窗口暴露于油,并且油中的呋喃類物質被監(jiān)視時,呋喃類物質將吸收UV光,產生相比于被監(jiān)視的所述油中沒有呋喃類物質時由所述光檢測器所接收到UV光,與被監(jiān)視的所述油中有呋喃類物質時所述光探測器所接收到的UV光的差異。光檢測器的輸出信號基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質成比例。
【專利說明】用于在線監(jiān)視電力變壓器中呋喃類物質的傳感器結構
【技術領域】
[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的水平的在線傳感器結構。
【背景技術】
[0002]全球公用事業(yè)生成呋喃類物質庫,這是一組被發(fā)現溶解在變壓器油中的化學化合物,其僅來自纖維素降解。大多數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水平的信息。這些化合物在八十年代早期被發(fā)現,從那時起,已經在CIGRE, IEEE和全球主要公用事業(yè)中激起了極大的興趣。
[0003]呋喃類物質通常在取自變壓器的離線油樣品并被送到化學實驗室進行處理以用于在稱作高性能液相色譜(HPLC)設備中處理。通常在采集樣品用于油中的氣體分析或用于標準油測試時,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的在線傳感器。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的一個目的是滿足上述的需要。按照本發(fā)明的原理,這一目的是通過對在變壓器箱的油中的呋喃類物質的在線監(jiān)視提供傳感器結構來實現。該傳感器結構包括一個紫外(UV)光源,僅允許紫外線的一定波長范圍的光通過的濾光器,透明窗口,該透明窗口被構造和布置從而使得經濾光的UV光穿過其中,以及UV光檢測器,所述UV光檢測器被構造和布置以接收穿過窗口的UV光。當傳感器結構相對于聯(lián)機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被監(jiān)視時,呋喃類物質將吸收UV光,從而產生相比于被監(jiān)視的油中沒有呋喃類物質時由光檢測器所接收到UV光與被監(jiān)視的油中有呋喃類物質時由光探測器所接收到的UV光的差異。光檢測器被構造和布置以提供基本上與被檢測的油中的總的呋喃類物質成比例的輸出信號。
[0006]根據本發(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水平的在線監(jiān)視。該方法提供UV光源。UV光進行濾光以處于一定的波長范圍內。透明窗口暴露于變壓器箱的油。當變壓器聯(lián)機時,經濾光的UV光穿過窗口。穿過窗口的UV光由光檢測器所接收,具有光檢測器的基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質成比例的輸出信號。
[0007]其它的目的,特征和本發(fā)明的特性,以及操作方法和結構的相關元件的功能,部件的組合以及制造的經濟性,將通過參照附圖考慮下面的詳細描述和所附的權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合對優(yōu)選實施例的詳細描述得到更好的理解,其中相同的數字表示相同的部件。其中:
[0009]圖1為根據本發(fā)明的具有與其耦合的呋喃類物質傳感器結構的變壓器的示意圖。[0010]圖2為圖1的傳感器結構的放大圖。
[0011]圖3為根據另一實施例所提供的傳感器結構的放大圖。
【具體實施方式】
[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)。呋喃類物質傳感器結構(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。該傳感器結構16的出口 19在箱12的頂部處經由第二油道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,通過傳感器結構16,然后經由口 20被引導回到箱內。
[0013]參考圖2,非侵入性傳感器結構16包括單個的傳感器外殼24,所述傳感器外殼24包含紫外(UV)光源26,準直透鏡28,低頻帶(例如225-330nm)濾光器30,允許UV光穿過其中而設置在入口 14和出口 19之間的透明光學(例如,玻璃)的窗口 32,聚光透鏡34和UV光電二極管或光檢測器36之間。運算放大器(OPAMP) 38放大光檢測器36的輸出。0PAMP38的輸出是基本上與總呋喃類物質成比例的電信號,所述呋喃類物質主要是最常見的元素2FAL=2糠醛。有必要將這一輸出校準為油中的呋喃類物質的實際數量,因為輸出可能會隨著光路、電子設備等發(fā)生變化。0PAMP38的輸出被顯示在顯示器40上。顯示器40可以是模擬或數字,甚至可聽信號可以指示報警狀態(tài)。通用電源42,優(yōu)選設置在殼體24內,向傳感器結構16提供功率。0PAMP38,顯示器40,以及電源42也優(yōu)選設置在所述殼體24中。
[0014]根據圖2的實施例,為了監(jiān)視的箱12中的油中的呋喃類物質的水平,油44從箱12通過排液閥18通過傳感器結構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。呋喃類物質是UV-VIS光的強吸收體,特別是在225-330nm范圍內的光。如果油中有呋喃類物質,呋喃類物質將吸收UV光,因此產生相比于油中沒有呋喃類物質時由光檢測器36所接收到UV光,與油中有呋喃類物質時由光探測器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成比例,并且0PAMP38的輸出被顯示在數字顯示器40上。油44繼而通過出口 19并經由口 20返回到箱。
[0015]參考圖3,示出了呋喃類物質傳感器結構的第二實施例,總體表示為16’。該傳感器結構16’是侵入類型,帶有設置在槽12內的傳感器頭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內部具有光纖連接器52,使得UV光可以被發(fā)送到箱12內側的窗口 32。傳感器頭46還包括準直透鏡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’以由光檢測器36來接收。準直透鏡58和聚光透鏡60被提供在殼體24’內部的UV光檢測器36’的前面。
[0016]運算放大器(OPAMP)38對光檢測器36的輸出進行放大。如在圖1的實施例中,圖3的0PAMP38的輸出是基本上與總呋喃類物質成比例的電信號,所述呋喃類物質主要是最常見的元素2FAL=2糠醛。0PAMP38的輸出被顯示的數字顯示器40上。顯示器40或可聽信號可以指示報警狀態(tài)。通用電源42,優(yōu)選設置在殼體24’內部,向傳感器結構16’提供功率。在任一實施例中,UV光源26可以是發(fā)光二極管或激光器。
[0017]該傳感器頭45可以結合到能夠被插入的管或探頭中,以密封的方式,進入箱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]根據圖3的實施例,為了監(jiān)視箱12的油中的呋喃類物質的水平,箱12中的油44包圍光學(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’內部的UV光的光檢測器36。如在圖2的第一實施例中,如果油中有呋喃類物質,呋喃類物質將吸收UV光,因此產生相比于油中沒有呋喃類物質時由光檢測器36所接收到UV光,與油中有呋喃類物質時由光探測器36所接收到的UV光的差異。呋喃類物質的水平可以被顯示在圖3的顯示器40上。
[0019]呋喃類物質,雖然對于評估電力變壓器中牛皮紙的老化非常重要,但是難以定量地關聯(lián)于固體絕緣的實際老化。已經在世界的許多地方進行了若干研究,試圖找到呋喃類物質與固體絕緣的實際狀態(tài)之間的良好并普遍的相關性。然而,這種相關性至今尚未實現。但是,研究人員和變壓器的專家一致認為,呋喃類物質水平的變化可能比水平本身帶來更好的信息。呋喃類物質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,以及化學方面,如來自O2、酸類和水分。因此,使用傳感器結構16,16’來在線地監(jiān)視呋喃類物質水平上的變化可能會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)選實施例已經出于示意的目的示出和描述本發(fā)明的結構和功能原理,以及示出采用該優(yōu)選的實施例的方法,并經受變化而不脫離這些原理。因此,本發(fā)明包括以下權利要求書的精神內的所有修改。
【權利要求】
1.一種用于在線監(jiān)視變壓器箱中呋喃類物質的水平的傳感器結構,所述傳感器結構包括: 紫外線(UV)光源, 濾光器,僅允許特定波長范圍的UV光通過, 透明窗口,被構造和布置以使得經濾光的UV光穿過其中以及, UV光檢測器,被構造和布置以接收穿過所述窗口的UV光, 其中當所述傳感器結構被相對于聯(lián)機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被監(jiān)視時,所述呋喃類物質將吸收UV光,因此產生與被監(jiān)視的所述油中沒有呋喃類物質時由所述光檢測器所接收到所述UV光相比由所述光探測器所接收到的所述UV光的差異,并且
其中所述光檢測器被構造和布 置以提供基本上與被監(jiān)視的所述油中的總呋喃類物質成比例的輸出信號。
2.根據權利要求1所述的傳感器結構,其中所述濾光器被構造和布置將UV光濾光到225至330nm的范圍。
3.根據權利要求1所述的傳感器結構,其中所述光源是激光器。
4.根據權利要求1所述的傳感器結構,其中所述光源是發(fā)光二極管。
5.根據權利要求1所述的傳感器結構,其中所述輸出信號與2糠醛和總呋喃類物質成比例。
6.根據權利要求1所述的傳感器結構,還包括在所述光源和所述濾光器之間的準直透鏡以及所述濾光器和所述光檢測器之間的聚光透鏡。
7.根據權利要求6所述的傳感器結構,還包括被構造和布置為將來自所述光檢測器的所述輸出信號放大的放大器。
8.根據權利要求7所述的傳感器結構,還包括向所述傳感器結構供電的電源,和顯示被監(jiān)視的呋喃類物質的水平的數字顯示器。
9.根據權利要求8所述的傳感器結構,其中所述電源、所述放大器、所述顯示器、所述光檢測器、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的殼體上。
10.根據權利要求9所述的傳感器結構,與所述變壓器箱結合,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.根據權利要求1所述的傳感器結構,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直透鏡,以及在所述濾光器和所述光檢測器之間的聚光透鏡,所述傳感器頭被構造和布置成在所述箱的內部設置有所述光源并且光檢測器被構造和布置成設置在所述箱的外部。
12.根據權利要求11所述的傳感器結構,還包括在所述準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器之間延伸的第二光纖電纜。
13.根據權利要求12所述的傳感器結構,還包括在所述光源和所述第一光纖電纜之間的準直透鏡和聚光透鏡,以及在所述第二光纖電纜和所述光檢測器之間的準直透鏡和聚光透鏡。
14.根據權利要求13所述的傳感器結構,還包括被構造和布置成將來自所述光檢測器的所述輸出信號放大的放大器。
15.根據權利要求14所述的傳感器結構,還包括向所述傳感器結構供電的電源,和用于顯示所監(jiān)視的呋喃類物質水平的數字顯示器。
16.根據權利要求14所述的傳感器結構,其中所述電源、所述放大器、所述顯示器、所述光檢測器和所述光源都被放置在與所述傳感器頭分離的單個殼體中。
17.根據權利要求1所述的傳感器結構,與帶有被放置在所述箱內部的所述傳感器頭的所述變壓器箱結合,使得所述窗口暴露于油并且所述單個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, 當所述變壓器聯(lián)機時,將所述經濾光的UV光穿過所述窗口,以及在光檢測器處接收穿過所述窗口的所述UV光,其中所述光檢測器的輸出信號基本上與被監(jiān)視的油中的總呋喃類物質成比例。
19.根據權利要求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.根據權利要求18所述的方法,其中所述輸出信號與2糠醛和總呋喃類物質成比例。
【文檔編號】G01N21/85GK103930770SQ201280051513
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年10月10日 優(yōu)先權日:2011年10月21日
【發(fā)明者】L·V·徹伊姆, O·庫茲米尼, R·維斯特 申請人:Abb技術有限公司