[发明专利]氢气和压力传感器的组合

说明书

相关申请交叉引用

本申请是国际申请，其要求提交日为2011年3月31日的美国专利申请No.13/076,896的优先权，通过引用结合其全部公开内容。

技术领域

本发明涉及感测油中的氢。特别是涉及用于感测发电及输配电设备的油中的氢的装置

背景技术

电气设备，特别是中压或高压电气设备，其元件之间需要高度的电和热绝缘。因此，众所周知要将电气设备的元件，如变压器的线圈，封装进密闭容器里面并且用流体填充该密闭容器。该流体促进元件所产生的热的耗散，且该流体可以循环通过热交换器以有效降低元件的工作温度。该流体还用于元件之间的电气绝缘，或者用作设置在这些元件周围的其他形式的绝缘的补充，例如纤维素纸或其他绝缘材料。具有所需要的电性能和热性能的任何流体都可以使用。通常，电气设备填充有油，如蓖麻油，矿物油，或植物油，或合成“油”，比如氯化联苯，硅树脂，或六氟化硫。

电气设备常常被用在关键任务环境中，故障可能是非常昂贵的，甚至是灾难性的，这是因为关键系统失去电力。此外，电气设备的故障通常导致设备自身以及周边设备的大量损坏，因此需要更换昂贵的设备。此外，这种故障可能因触电、火灾或爆炸造成人身伤害。因此，需要监控电气设备的状态，以通过检测早期缺陷来预测设备的潜在故障，并通过维修、更换或调整设备的运行条件来采取补救措施。但是，填充流体的电气设备的性能和状态随着时间会固有地下降。故障和早期故障应区别于正常的和可接受的退化。

已知的监测填充流体的电气设备的状态的方法是监测流体的各种参数。例如，流体的温度以及流体中的总可燃气体(TCG)已知是填充流体的电气设备运行状态的指标。因此，监测流体的这些参数可指示设备中任何早期故障。例如，已经发现，随着电气设备中的纤维素绝缘的热老化和降级，一氧化碳和二氧化碳的浓度会增加。由循环电流和介电击穿如电晕和电弧引起的热点可造成氢和各种烃(及其衍生物如乙炔和乙烯)的浓度增加。氧和氮的浓度指示用于大型设备如变压器的气体加压系统的质量。因此，“溶解气体分析”(DGA)已成为广为接受的方法，用于辨识填充流体的电气设备中的早期故障。

在常规的DGA方法中，一定量的流体通过排放阀从设备的密闭容器中移除。该移除的流体随后在实验室中或通过现场设备测试溶解的气体。这种测试方法在此称为“离线”DGA。由于这些气体产生自各种已知故障，如绝缘材料或设备的电气元件的其他部分的降级，线圈间短路，过载，连接松动等，已开发出各种诊断理论，以将流体中各种气体的量与其中含有流体的电气设备中的特定故障关联起来。然而，由于离线DGA常规方法需要从电气设备移除流体，这些方法不能，1)产生有关设备中任何故障的本地化位置信息，2)说明设备中气体的空间变化，以及3)提供有关故障的实时数据。如果分析离开原位进行，可能几个小时都得不到结果。在这样的时间段内，早期缺陷有可能发展为设备故障。

变压器的油中的氢气的测定是令人感兴趣的，因为它是这样一个指标，指示变压器内的过热和/或电弧所导致的油的击穿。变压器油冷却变压器并用作绝缘体。随着变压器油老化，其绝缘有效性降低。溶解于变压器油中的氢的增加是变压器将要发生故障的指标。

大型变压器具有氢传感器，其使用气相色谱或光-声波谱学来确定变压器油中的氢气的量。这样的装置非常昂贵，并且该费用不适合于较小的变压器。可以对许多较老的、小的变压器进行监测，如果有一种这么做低成本的方法可用的话。

一种低成本气体监测器，由通用电气公司制造的Hydran^TMM2已被使用。但是，这种气体监测器只感测可燃气体，然后使用一个公式来估计气体中多少通常是氢以及多少是其他气体。

在2005年于圣安东尼奥举行的第4届年度Weidmann-ACTI技术会议上，Tim Cargol的一篇文章“在线石油监测技术综述”提供了油气测定技术的讨论，包括氢的测定。

钯氢传感器披露于Gases and Technology中的一篇文章“钯纳颗粒氢传感器”，第18-21页，2006年7月/8月。钯传感器也披露于美国专利公布2007/0125153-Visel等人，2007/0068493-Pavlovsky，以及2004/0261500-Ng等人。美国专利申请No.2010/007828披露了一种用于电力变压器的氢传感器。