一种适用于变压器状态在线监测的水分、氢含量及温度变送器技术领域
本发明属于在线监测技术领域，特别涉及一种适用于变压器状态在线监测的水分、氢含量及温度变送器。
背景技术
电力变压器是电网内的重要设备。老化、高负载水平以及网络故障均会导致变压器受损，从而增加意外故障和电力中断风险。氢含量及其变化率可反映故障状态的严重程度，水分可对变压器寿命产生直接影响。并且油中水分对于变压器纤维素状况和油液的绝缘能力产生重要影响。利用安装在诸如取油口等原位位置的探头对氢含量和水含量进行连续监测是预防性维护措施延长变压器寿命、最终降低业主总成本的第一步。
目前，用于变压器状态在线监测的传感仪器，使用抽油泵、软管、电池、阀、薄膜或其它可能发生故障或导致电力中断的易磨损零件，缩短了产品使用寿命；且操作过程中会不可避免的引入微量外界环境空气，累积将对变压器的安全运行带来隐患；同时，传感器存在测量精度较差的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于变压器状态在线监测的水分、氢含量及温度变送器，实现了三种关键性参数测量，可调式探头安装深度能够适应各种变压器阀体，并且可与具有代表性的油液直接接触。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种适用于变压器状态在线监测的水分、氢含量及温度变送器，包括用于信号处理及输出的电气盒，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括后端部与所述的电气盒相密封连接且具有探测部和连接部的长探测管、套设于所述的长探测管上用于连接变压器的安装适配接头、设置于所述的长探测管的探测部内的传感器芯体绝热封装单元；所述的传感器芯体绝热封装单元包括上绝热卡件、下绝热卡件、悬空固定于所述的上绝热卡件和所述的下绝热卡件之间的柔性电路板、焊接于所述的柔性电路板的表面上的氢敏芯体和温湿度传感器、套设于所述的上绝热卡件和所述的下绝热卡件的后端部上用于将所述的上绝热卡件和所述的下绝热卡件相固定的绝热密封阶台；所述的水分、氢含量及温度变送器还包括前端部与所述的柔性电路板相电连接、后端部伸出所述的长探测管并与所述的电气盒内的下电路板相电连接的柔性电路导带。
具体地，所述的长探测管的后端部伸至所述的电气盒内并通过法兰盘螺母将所述的长探测管和所述的电气盒旋紧并密封连接。
具体地，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括填设在所述的长探测管的连接部内的绝热绵。
具体地，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括套设于所述的长探测管上的外套紧固螺母、套设于所述的长探测管上且位于所述的外套紧固螺母和所述的安装适配接头之间的非金属卡套，所述的外套紧固螺母与所述的安装适配接头相螺纹连接从而使得所述的非金属卡套与所述的安装适配接头相抵紧。
具体地，所述的非金属卡套的材质为聚四氟乙烯。
具体地，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括形成在所述的安装适配接头上的沟槽、设置在所述的沟槽内从而使得所述的安装适配接头和所述的长探测管之间形成软接触密封的第一O型密封圈。
具体地，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括开设在所述的安装适配接头的球阀连接端上且与球阀阀芯相连通的内孔、开设在所述的安装适配接头上且与所述的内孔相连通的排气螺钉孔、安设在所述的排气螺钉孔内的排气螺钉。
更具体地，所述排气螺钉与安装适配接头之间套设有密封垫。
具体地，所述的传感器芯体绝热封装单元还包括分别开设在所述的绝热密封阶台的上下圆面上的圆孔、分别安装在所述的圆孔内且能够将所述的上绝热卡件和所述的下绝热卡件相顶紧从而将所述的柔性电路板卡紧的子头螺钉。
具体地，所述的传感器芯体绝热封装单元还包括形成在所述的长探测管的内壁上的第一凸起、设置在所述的绝热密封阶台上的第二凸起、形成在所述的绝热密封阶台上的凹槽、设置在所述的第一凸起和所述的第二凸起之间的第二O型密封圈、套设在所述的凹槽内的第三O型密封圈。
具体地，所述的传感器芯体绝热封装单元还包括灌封在所述的绝热密封阶台内用于将从所述的上绝热卡件和所述的下绝热卡件之间穿出所述的柔性电路导带所形成的间隙密封的环氧树脂。
具体地，所述的柔性电路板的厚度为0.4~1mm。
具体地，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括与所述的长探测管的前端部相螺纹连接从而将所述的传感器芯体绝热封装单元固定于所述的长探测管的探测部内的端盖、形成在所述的端盖上供变压器中的油液进出的第一导油孔。
具体地，所述的水分、氢含量及温度变送器还包括形成在所述的上绝热卡件或所述的下绝热卡件上且与所述的氢敏芯体所在位置相对应的第二导油孔、形成在所述的长探测管上且与所述的第二导油孔相重合的第三导油孔。
具体地，所述的上绝热卡件、所述的下绝热卡件和所述的绝热密封阶台的材质为聚苯硫醚。
本发明中涉及的前后上下等方位词是以图1为参照的，图1中电气盒所在侧为后，端盖所在侧为前，图1的右侧为上，左侧为下。
由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过对水分、氢含量及温度变送器结构的改进，使得柔性电路板与周围油液流体间的热交换效率高，对氢敏芯片温控的影响较小，提高了水分、氢含量及温度变送器的测量精度。可调式安装适配接头使得探测部安装深度能够适应各种变压器阀体，特殊要求温湿度传感器可伸出油孔区，氢敏芯体位于油孔区，此设计可快速可靠地探测水含量波动值，同时避免干扰氢敏芯体的温控。
附图说明
图1是本发明一种适用于变压器状态在线监测的水分、氢含量及温度变送器
结构示意图；
图2是图1的探测部处放大结构示意图；
图3是图1传感器芯体绝热封装单元的结构设计元件分解图；
其中：1、电气盒；2、法兰盘螺母；3、长探测管；3a、第三导油孔；4、电连接件；5、下电路板；6、上电路板；7、转接板；8、绝热棉；9、外套紧固螺母；10、非金属卡套；11、安装适配接头；11a、内孔；11b、排气螺钉孔；12、排气螺钉；13、密封垫；14、第一O型密封圈；15、端盖；15a、第一导油孔；16、柔性电路导带；17、第二O型密封圈；18、第三O型密封圈；19、上绝热卡件；20、下绝热卡件；21、绝热密封阶台；22、环氧树脂；23、子头螺钉；24、柔性电路板；25、氢敏芯体；26、温湿度传感器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1至图3示出了本发明适用于变压器状态在线监测的水分、氢含量及温度变送器的一种实施例，该产品包括电气盒1、长探测管3、安装适配接头11、外套紧固螺母9、上绝热卡件19、下绝热卡件20、绝热密封阶台21、端盖15、柔性电路导带16等。
电气盒1用于信号处理及输出，其可以采购标准件，且大致包括非金属壳体、设置在非金属壳体内的转接板7、与转接板7通过螺钉连接的下电路板5、与下电路板5通过插针连接的上电路板6，设置在壳体上与下电路板5通过电缆线连接的电连接件。
长探测管3具有位于前侧的探测部和位于后侧的连接部，长探测管3的后端部伸至电气盒1内部并且通过法兰盘螺母2将长探测管3和电气盒1旋紧连接并密封。安装适配接头11和外套紧固螺母9套设于长探测管3上，长探测管3的探测部内设有传感器芯体绝热封装单元。传感器芯体绝热封装单元包括上绝热卡件19、下绝热卡件20、悬空固定于上绝热卡件19和下绝热卡件20之间的柔性电路板24、焊接于柔性电路板24的表面上的氢敏芯体25和温湿度传感器26、套设于上绝热卡件19和下绝热卡件20的后端部上用于将上绝热卡件19和下绝热卡件20相固定的绝热密封阶台21。上绝热卡件19、下绝热卡件20和绝热密封阶台21组装成绝热圆柱体。柔性电路导带16的前端部与柔性电路板24电连接，柔性电路导带16的后端部穿出长探测管3，并伸至电气盒1内与电气盒1内的下电路板5电连接。该结构中，上绝热卡件19、下绝热卡件20和绝热密封阶台21均选用绝热系数高的聚苯硫醚材料加工而成，三者组合成体，内夹持薄型柔性电路板24，由于薄型柔性电路板24具有面积大体积小的特性，与周围油液流体间的热交换效率高，对氢敏芯片25温控的影响较小，提高了水分、氢含量及温度变送器的测量精度。采用可调式安装适配接头11，使得长探测管3的探测部的安装深度能够适应各种变压器阀体，特殊要求时温湿度传感器26可伸出油孔区，氢敏芯体25位于油孔区，此设计可快速可靠地探测水含量波动值，同时避免了干扰氢敏芯体25温控。
本实施例中，长探测管3的前端部装设有一端盖15，该端盖15与长探测管3的前端部螺纹旋紧从而将传感器芯体绝热封装单元固定于长探测管3内。端盖15上开有数个供变压器中的油液进出的第一导油孔15a，主要用于探头端部的温湿度传感器26完全与油液直接接触，可快速可靠地探测水含量波动值。
本实施例中，安装适配接头11和外套紧固螺母9之间设有套装于长探测管3上的呈V型的非金属卡套10，外套紧固螺母9与安装适配接头11螺纹连接并驱使非金属卡套10顶紧安装适配接头9。该非金属卡套10采用聚四氟乙烯材料制作，其作用有三：一、起到对安装适配接头11和长探测管3之间的密封作用；二、可避免安装适配接头9与长探测管3形成金属间直接接触，确保了重复拆装对长探测管3外壁无损伤；三、起到安装到位后紧固长探测管3的作用。
本实施例中，水分、氢含量及温度变送器还包括形成在安装适配接头11上的沟槽、设置在沟槽内从而使得安装适配接头11和长探测管3之间形成软接触密封的第一O型密封圈14。该第一O型密封圈14可对安装适配接头11与长探测管3之间形成进一步密封，大大提高了密封效果；尤其在安装适配接头11旋松，调整长探测管3的探测部伸入液体长度情况下，防止油液大量溢出，也避免了空气进入油腔内，起到绝对密封作用。
本实施例中，安装适配接头11的球阀连接端开设有内孔11a，安装适配接头11上设有与内孔11a相通的排气螺钉孔11b，排气螺钉孔11b内安装有排气螺钉12。该内孔11a的孔径大于球阀阀芯通径，安装水分、氢含量及温度变送器时，球阀内残余空气会在压力作用下，沿球阀阀芯、内孔11a、逐步汇聚于最高相对位置的排气螺钉12处，保证了空气的完全有效排出。
本实施例中，长探测管3的连接部内填设有绝热绵8。该绝热绵8进一步降低了外界环境温度变化对氢敏芯体25控温影响，进一步提高了水分、氢含量及温度变送器的测量精度。
本实施例中，排气螺钉12与安装适配接头11之间套设有密封垫13。该密封垫13可保证排气螺钉12与安装适配接头11之间具有很好的密封效果，防止外部气体进入，保证了变压器的安全运行。
本实施例中，绝热密封阶台21的上下圆面对称开设有圆孔，圆孔内分别拧入子头螺钉23，两个子头螺钉23分别与上绝热卡件19和下绝热卡件20顶紧，绝热密封阶台21、上绝热卡件19和下绝热卡件20三者在子头螺钉23的作用下成为一个圆柱体，从而完成柔性电路板24悬空固定作用，同时便于传感器芯体绝热封装单元一体安装于长探测管3内。
本实施例中，传感器芯体绝热封装单元还包括形成在长探测管3的内壁上的第一凸起3b、设置在绝热密封阶台21上的第二凸起21a、形成在绝热密封阶台21上的凹槽21b、设置在第一凸起3b和第二凸起21a之间的第二O型密封圈17、套设在凹槽21b内的第三O型密封圈18。端盖15与长探测管3旋紧顶住绝热圆柱体使第二O型密封圈17起到轴向密封作用，第三O型密封圈18与传感器芯体绝热封装单元一起嵌入长探测管3，起到径向密封作用，双道密封圈提高了密封性，绝对性避免了间隙渗入液体通过长探测管3内孔进入电气盒1。
本实施例中，柔性电路板24与柔性电路导带16电连接通过特殊压接工艺制作成一体，制作成一体的柔性电路板24与柔性电路导带16可通过市购获得。特殊压制工艺将柔性电路导带16内铜模导线置于0.6mm厚的柔性电路板24内，实现了电连接。采取柔性电路长的铜模导线和高的热阻可提供相当大的热阻，便于氢敏芯体25温控，进一步提高了水分、氢含量及温度变送器的测量精度。
本实施例中，柔性电路导带16所穿出的绝热密封阶台21内孔灌封环氧树脂22。灌封环氧树脂22主要作用是密封上绝热卡件19、下绝热卡件20和绝热密封阶台21组装成绝热圆柱体引出柔性电路导带16的间隙，避免了间隙渗入液体通过长探测管3内孔进入电气盒1，进一步提高了整个水分、氢含量及温度变送器的密封性能。
本实施例中，水分、氢含量及温度变送器还包括形成在上绝热卡件19或下绝热卡件20上且与氢敏芯体25所在位置相对应的第二导油孔19a、形成在长探测管3上且与第二导油孔19a相重合的第三导油孔3a。即，当氢敏芯体25焊接于柔性电路板24的上表面时，第二导油孔19a开设于上绝热卡件19上；当氢敏芯体25焊接于柔性电路板24的下表面时，第二导油孔19a开设于下绝热卡件20上。第二导油孔19a、第三导油孔3a的开设更便于油液进出探测部，并与氢敏芯体25和温湿度传感器26直接接触。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。