[发明专利]一种抗震型变压器油中溶解氢气传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗震型变压器油中溶解氢气传感装置。

背景技术

电力变压器是电网运行中的关键设备，安全可靠的电力变压器为电网的正常运行提供保障。变压器油在热和电的作用下，会分解产生多种气体并溶于变压器油中，变压器内部故障的类型及严重程度与这些气体分子的组成及产气速率有着密切关系。因此，变压器油中溶解气体分析是诊断油浸式电力变压器潜伏性故障的有效方法。当变压器出现低能量故障时，油中化学键能量最弱的C-H键断裂，大部分氢离子将重新化合为氢气。因此在出现早期低能故障时，氢气为主要特征气体，产生的氢气主要是以悬浮状态或是溶解状态存在于变压器油中。一般变压器早期故障都是先出现微弱的局部放电或是低温热点现象，而氢气是早期故障气体，因此可以通过监测变压器油中氢气情况来反早期故障情况。

检测氢气可采用光纤布拉格光栅氢气传感器，其具有时效性和抗干扰能力强、体积小，可以直接置于变压器油中而不需要油气分离、实时监测且具有高监测精确度等优点。

现有光纤光栅封装技术分为保护性封装、敏化封装及补偿性封装，保护性封装技术有表贴式封装、管式封装，敏化封装分为增敏性封装及减敏性封装。其中，现有的表贴式封装、敏化封装及补偿性封装均将FBG传感器整体粘贴在衬底上。而FGB传感器需要与变压器油直接接触，使氢敏薄膜吸收油中溶解氢气从而在栅区上产生对应于油中溶解氢气浓度的应力，从而实现油中溶解氢气的检测。上述封装采用FBG传感器整体粘贴在衬底上，减小了氢敏薄膜与传感器的接触面积，并且由于FBG传感器整体粘贴在基底上一定程度上减弱了氢敏薄膜吸氢膨胀后产生的应变。因此，表贴式封装、敏化封装及补偿性封装均不适用于油中溶解氢气FBG传感器。

管式封装其主要结构为不锈钢管、胶黏剂、光纤光栅以及两端限位的金属环。不锈钢管两端的金属环对封装起限位作用。胶黏剂则用于固定光纤光栅于不锈钢管中心，并有效地传递应变和温度变化至光纤光栅上，故对胶黏剂有很严格的要求。封装过程对胶黏剂也有要求，必须有较好的流动性，其凝固速度也须很快，故常选用环氧树脂。

管式封装前须先对不锈钢管内外涂抹酒精清洗，去污的同时保证其与环氧树脂的粘接性。之后是不锈钢管与光纤光栅的结合，这一过程须极其小心地将光纤光栅慢慢穿入钢管内。为了保持钢管的稳定，使用了精密的光纤调整架。最后还需用环氧树脂将光纤光栅固定在不锈钢管内。

管式封装能够很好的保护光纤光栅不受外界破坏，但由于光栅通过环氧树脂直接黏贴于毛细钢管内壁上，两者之间存在中间黏贴层，胶粘剂易老化，不适用于变压器油。并且该封装形式采用了钢管，给变压器的安全运行带来了隐患，也不适用于变压器油中溶解氢气的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提出一种抗震型变压器油中溶解氢气传感装置，其可很好地满足变压器油中溶解氢气检测的特殊要求，大大减小变压器自身振动以及油循环流动对传感器的影响，同时保证油中溶解氢气的检测。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种抗震型变压器油中溶解氢气传感装置，包括通过过渡层粘合在圆柱状光纤布拉格光栅基底上的氢敏薄膜，其特征是：所述圆柱状光纤布拉格光栅基底栅区部位上，开有一横向的缺口，使得缺口处的光纤布拉格光栅基底横截面呈英文字母D形；所述的氢敏薄膜粘合于所述缺口平行基底的平面上；所述粘合有氢敏薄膜的光纤布拉格光栅基底外设有封装，所述封装结构为：圆柱状光纤布拉格光栅基底的一端，采用封装头固定在一聚丙烯圆管护套的一端，光纤布拉格光栅基底的栅区传感部位单端悬空地封装在聚丙烯圆管护套内，圆管护套壁上开有若干小孔。

在上述基础型上，本发明还有如下的各种改进型：

所述的缺口是通过抛磨工艺将FBG的栅区部位的包层进行抛磨所得，所述缺口平行基底的平面为凹凸平面，所述的粘附层及氢敏薄膜通过磁控溅射制备在凹凸平面上。

所述的圆管护套为嵌套的多个。

所述的圆管护套安装时按照变压器油流动的方向安装，使悬空端作为变压器油流出端。

所述的封装头材料为环氧树脂。

所述的过渡层为聚酰亚胺薄膜或钛膜。

所述光纤与外部的光源或解调测量设备相连的光纤接头到封装头处设有光纤护套。

有益效果：本发明的优点如下：

1)化学性质稳定：耐化学腐蚀能力，可长期置于变压器油中，不与变压器油反应，不易老化。

2)耐温能力强：封装护套能耐受变压器的正常实际运行温度以及出现故障时的较高温度条件，在高温故障下不变形，且抗热老化性能好。