[发明专利]微型流体强制对流装置

说明书

技术领域

本发明涉及对高压电气设备进行在线监测的技术，更具体地说，涉及一种用于高压电气设备的绝缘流体在设备本体内部和与之相连的外部在线监测装置之间的强制对流装置，它可用于变压器等电气设备中，确保设备内部的油样和与之相连的阀门外侧的油样之间可实现充分对流，确保在线监测装置结果的有效性和及时性。

背景技术

在油浸式高压电气设备，例如变压器中，通常使用绝缘油作为介电和散热介质，但绝缘油还有一个很重要的作用，就是作为故障气体的载体。众所周知，当高压电气设备内部存在不正常的过热或局部放电时，会明显地产生一种或多种特征气体，这些气体会溶解于绝缘油中，并随着设备内部强制或自然的循环或对流而扩散到变压器本体的各部位。因此，对绝缘油中的特征气体的组份和含量实行在线监测(即在线油气分离和气体检测)有利于及时发现这些重要设备在运行中的故障隐患，减少损失。

在运行的变压器上安装在线监测装置往往比较困难，这是因为这些变压器上通常只有一个阀门(例如放油阀)可供使用，而且不同变压器所使用的阀门种类不同、大小不同；另外有的阀门上的油管较长，即阀门离变压器主油箱的距离较远，阀门处的油样对流较差，不能真正代表变压器本体油中的气体浓度，因此会影响在线监测的监测结果。

在美国专利US5,773,709中公开了一种利用智能温度变化进行强制热对流的方法和装置。这种方法和装置的优点是无需油泵，因此可靠性好；但缺点是当被监测设备本体如变压器主油箱与气体监测装置的距离较长时，例如当距离大于油管或阀门直径的6倍时，油样的对流就差强人意，也就是说在这种情况下会产生两个问题：第一是气体监测装置附近的油样不均匀，第二是会延长气体监测装置的响应时间。

解决绝缘油对流的另一种方法是使用油泵，在美国专利US6391096B1和中国专利ZL200410030892.6中，公开了非常相似的利用外置油泵进行强制循环和利用中空纤维进行脱气的方法和装置。这种装置的缺点之一是需要变压器的两个阀门，即独立的油样进口和出口，实际使用会受到限制；二是分离后的气体存在于中空纤维中，必须用气泵和复杂的管路转移至独立的气体检测单元中，因此系统的可靠性受到影响。

在美国专利US5070738中公开了一种只需要一个阀门就能进行强制油样循环的方法和装置，其中使用了可移动空心滑杆、滑杆外套管、以及用于滑杆动态密封的密封圈。其中移动空心滑杆作为油样进口，滑杆外套管作为油样出口，当阀门打开时，有动态密封的移动滑杆顶端(即进口)在外力的推动下可穿过阀门到达主油箱内部，使用独立的外置油泵可在主油箱内部和阀门外侧形成循环。但这种方法仍然存在两个问题，一是该装置中的移动滑杆只能穿过直通式阀门(即当阀门打开时，在阀门两侧无阻碍)，如图1中的阀门32a即为直通式阀门；但对于变压器常用的非直通式阀门(又称截止阀)则不适用，如图2中的阀门32b即为非直通式阀门，当阀门打开时，阀门两侧通过一个“Z”型的弯道连通；二是由于其中使用分离式外接油泵，即独立于变压器阀门的油泵，仍然会受阀门、管线、接头和油泵本身可靠性的限制。

此外，上述外置油泵的方案不仅安装复杂，而且安装后管线还受外部恶劣环境如环境温度变化影响，例如当环境温度较低时，必须在管线内部或外部附加加热器，以防止低温时高粘度的油损坏油泵。

发明内容

为解决现有技术的上述缺陷，本发明要提供一种可靠性好、简单实用的微型流体强制对流装置，使得电气设备内部油样和与之相连的阀门外侧的油样之间可实现充分对流，从而确保安装于阀门外侧的在线监测装置所采集的特征参数具有充分的代表性，同时减少检测所需的响应时间。

本发明提供的微型流体强制对流装置中，包括可与电气设备的阀门直接连接的一体化接头，其中，所述一体化接头中设有与所述阀门的出口相通的对流腔，在所述对流腔的正上方设有排气/放油单元；所述一体化接头中设有与所述对流腔相通、用于装设气体检测单元的检测腔，在所述对流腔与检测腔之间设有油气分离膜；在所述对流腔中设有可驱使绝缘油经所述阀门在所述电气设备的油箱与所述一体化接头的对流腔之间强制对流的对流驱动单元。以变压器为例，其油箱中含故障气体的绝缘油在强制对流作用下，到达油气分离膜的对流腔一侧，故障气体分子再通过溶解、扩散和脱附到达油气分离膜的另一侧，即检测腔一侧，再通过气体扩散到达气体检测单元，产生可测电信号或光信号变化，相关的信号度与气体浓度有直接的关系。