一种少油设备状态监测系统及其连通结构

1.本发明涉及电力状态监测技术，具体地，涉及一种用于少油设备的状态监测系统及其连通结构。


背景技术：

2.互感器、断路器、套管等少油设备是电力系统的重要组成部分，电网的安全稳定运行高度依赖与这些设备的健康状态。目前，少油设备大多安装在户外，运行环境相对恶劣，随着投运时间的增加，设备发生故障的风险随之提高。如果运营维护人员不能及时发现故障隐患，极有可能造成电网事故，对人民生命和财产安全造成威胁。电力少油设备的故障与否通常由其绝缘性质的好坏所决定，而后者一般采用绝缘油的品质分析方法进行判别。现阶段，针对少油设备状态监测的系统不仅种类少而且存在一定的应用弊端。少油电力设备状态监测系统多采用有源传感器，而有源传感器需要外接电源，且绝缘油存在于电力设备的内部，因此较难在电力设备内部装设的传感器并实现稳定供电。其次，有源传感器易受到电磁、温度、压力等环境的影响，进而导致监测信号失真，传输丢包等情况的发生。此外，有源传感器体积较大，在少油电力设备上应用时，容易出现结构干涉的现象。在工程实践中，甚至出现了有源监测系统受环境电磁场影响而产生击穿事故的发生。
3.经检索，中国专利申请号为cn201711381994.6的中国发明专利，公开了一种变电站少油设备在线监测系统，包括：三通结构、氢气传感器、压力传感器、温度传感器、带有cpu和无线模块的电路板、干电池、就地显示仪和后台计算机。三通结构的取油端与少油设备的出油口相接，取出待测油。待测油进入三通结构，被安装有温度、压力和氢气传感器的端口测量，干电池为芯片和传感器供电，测得的数据经过cpu处理，通过无线模块传输至就地显示仪和后台计算器。与上述专利相比，本专利所述的四通组件使用安装更便捷。前端取油器的两端均可旋转，安装时，第一步，先将前端取油器与少油设出油口通过垫圈和螺纹紧密的结合在一起，此时少油设备内部的绝缘油可通过前端取油器流入四通组件主体。第二步，旋转四通组件主体是第二通道竖直向上，将取油工装安装在第二通道，通过旋转取油工装的行程旋钮顶开弹珠止油阀。此时，先排出的是四通组件内部的空气，绝缘油流出时取下取油工装，这一步可确保四通组件内不会残留空气。接着通过垫圈和螺纹将取油口密封器与第二通道紧密地结合在一起。第三步，通过前端取油器的外螺纹接头与四通组件主体相配合，将第二通道处于水平位置，在取油口密封器外部安装保护罩，防止雨水、空气等杂质进入四通组件，前端取油器与四通组件通过垫圈与螺纹紧密地结合在一起。通过将四通组件拆分成不同的零部件，第一、方便快捷地完成四通组件的排气工作；第二、少油设备取油口空间狭小、环境复杂，大型的四通组件极易出现结构干涉的情况。通过前端取油器、四通组件主体等多零件协同可以将四通组件的主体后移，避免结构干涉的困扰。其次，前端取油器两端可调节，可以根据实际需求选择四通组件的安装方向。第三、实际工程中变电站使用的少油设备可能来自不同的厂家，不同厂家少油设备的取油口不尽相同，只需更换前端取油器即可满足市面上绝大多数少油设备的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种少油设备状态监测系统及其连通结构，应用mems光纤传感器对少油设备进行状态监测，连通结构作为少油设备取油口的物理外延，能够在不改变少油设备的电气特性和工作状态的前提下通过温度、压力和气敏等多传感器对少油设备进行状态监测。
5.本发明的第一方面，提供一种少油设备状态监测系统的连通结构，包括：
6.连通件主体，其内部设有第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，四个通道的一端在所述连通件主体内部互相连通，四个通道的另一端延伸到所述连通件主体的外表面，在所述连通件主体的外表面不同位置分别形成对应的第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；
7.前端取油器，其一端经由所述第一接口设置于所述第一通道内，另一端外露于所述第一接口；
8.取油口密封器，与作为取油口的所述第二接口连接，其一端经由所述第二接口设置于与所述第二通道内，另一端外露于所述第二接口；
9.光纤mems气敏传感器，其一端经由所述第三接口设置于所述第三通道内，另一端外露于所述第三接口；
10.光纤mems温度压力传感器，其一端经由所述第四接口设置于所述第四通道内，另一端外露于所述第四接口。
11.可选地，所述前端取油器，包括：
12.与所述连通件主体连接的第一密封接口，所述第一密封接口与所述第一接口通过螺纹密封连接，与所述第一通道形成第一密封通路；
13.位于所述前端取油器有内螺纹一端内部的取油针；
14.与少油设备连接的第二密封接口，所述第二密封接口与少油设备的出油口通过螺纹密封连接，形成第二密封通路。
15.可选地，所述第一密封接口与所述第一接口之间设有第一密封圈。
16.可选地，所述第二密封接口与少油设备的出油口之间设置有第二密封圈。
17.可选地，所述第二通道内部设有用于关闭油通道的弹珠止油阀，所述取油口密封器设置在所述弹珠止油阀的外部；所述取油口密封器设有螺纹和第五密封圈，通过该螺纹和第五密封圈对所述第二通道进行密封。
18.可选地，所述光纤mems气敏传感器包括：
19.第一传感器进油孔，位于所述光纤mems气敏传感器的一端，所述第一传感器进油孔一端与第一传感器油室相通，另一端伸入所述第三通道内；
20.第一传感器油室，设置于所述第一传感器进油孔的伸入所述第三通道的一端，并与所述第一传感器进油孔相通，绝缘油经由所述传感器进油孔流入所述第一传感器油室；
21.第一传感器半透膜，设置于所述第一传感器油室与所述第一传感器气室之间，绝缘油经过所述第一传感器半透膜完成绝缘油的油气分离；
22.第一传感器气室，设置于所述第一传感器半透膜异于第一传感器气室的一侧，油气分离后的气体在气室内完成监测。
23.可选地，所述光纤mems气敏传感器还包括：
24.第一卡槽，设置于所述光纤mems气敏传感器的另一端，所述第一卡槽内设置有第三密封圈，通过所述第三密封圈和螺纹使所述光纤mems气敏传感器密封设置在所述第三通道。
25.可选地，所述光纤mems温度压力传感器包括：
26.第二传感器进油孔，位于所述光纤mems温度压力传感器侧面，所述第二传感器进油孔一端与第二传感器内部油室相通，另一端伸入所述第四通道内；
27.第二传感器油室，设置于所述第二传感器进油孔的伸入所述第四通道的一端，并与所述第二传感器进油孔相通，绝缘油经由所述第二传感器进油孔流入所述第二传感器气室可选地，所述光纤mems温度压力传感器还包括：
28.第二卡槽，设置于所述光纤mems温度压力传感器另一端，所述第二卡槽内设置有第四密封圈，通过所述第四密封圈和螺纹使所述光纤mems温度压力传感器密封设置在所述第四通道。
29.本发明的第二方面，提供一种包含上述连通结构的少油设备状态监测系统。
30.与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：
31.(1)本发明提供的上述少油设备状态监测系统的连通结构作为连接组件应用在光纤mems传感器与少油设备的连接上。光纤传感器属于无源传感器，无需外加电源，不仅实现了电气隔离，而且避免了有源传感器在监测过程中受到电磁干扰、高温、高压等外部环境的影响。信号传输使用光纤光缆，光纤一般的使用寿命都在十年以上，便于长期使用，节约维护成本。同时光纤传感器的使用不会影响原有设备的绝缘性能，其检修和维护同样不会影响电力设备的正常运行。
32.(2)本发明提供的上述少油设备状态监测系统的连通结构，在不改变少油设备物理结构、不影响少油设备的正常工作的前提下，将多个传感器经由不同的通道集合在连通件上，完成对少油设备的状态监测。
33.(3)本发明采用上述少油设备状态监测系统的连通结构的少油设备状态监测系统，采用mems传感原理，可以将设备制作成微米、毫米级。在现有的电力设备状态监测中，由于体积、电源、环境干扰等问题，许多微小空间并不适合装设现有的传感器，采用mems技术制作的传感器可以应用在各种细小空间。同时mems封装技术不仅使得光纤mems传感器尺寸减小而且可以耐高温高压。
附图说明
34.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
35.图1为本发明一实施例中少油设备状态监测系统的连通结构的爆炸图；
36.图2为本发明一实施例中少油设备状态监测系统的连通结构的组装结构图；
37.图3为本发明一较优实施例中连通件主体的透视图；
38.图4为本发明一较优实施例中前端取油器的透视图；
39.图5为本发明一较优实施例中取油口密封器的结构图；
40.图6为本发明一较优实施例中光纤mems气敏传感器的结构图；
41.图7为本发明一较优实施例中光纤mems温压传感器的结构图；
42.图中对应的附图标记为：1-连通件主体，2-前端取油器，3-取油口密封器，4-光纤mems气敏传感器，5-光纤mems温度压力传感器；11-第一通道，12-第二通道，13-第三通道，14-第四通道；21-第一密封接口,22-取油针，23-第二密封接口，24-可活动外螺纹接头；31-第一传感器进油孔，32-第一传感器油室，33-第一传感器半透膜，34-第一传感器气室，35-卡槽，36-光纤mems气敏传感器出线端，37-第一光纤mems传感器芯片；41-第二传感器进油孔，42-第二传感器油室，43-卡槽，44-光纤mems温压传感器出线端，45-第二光纤mems传感器芯片。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
44.在不破坏传感器的结构和物理特性的前提下，如何将光纤mems传感器与少油设备进行联动是制约光纤mems传感器在少油设备上应用的一个重要难题。针对上述问题，本发明实施例基于光纤mems传感技术的少油设备状态监测系统设计了一种新型的连通结构。
45.具体的，图1为本发明一实施例中少油设备状态监测系统的连通结构的爆炸图；
46.图2为本发明一实施例中少油设备状态监测系统的连通结构的组装结构图。
47.参照图1、图2所示的实施例，该实施例中提供一种少油设备状态监测系统的连通结构，包括：连通件主体1、前端取油器2、取油口密封器3、光纤mems气敏传感器4和光纤mems温度压力传感器5。其中，连通件主体1内部设有第一通道11、第二通道12、第三通道13和第四通道14，这四个通道的一端在连通件主体1内部互相连通，四个通道的另一端延伸到连通件主体1的外表面，在连通件主体1的外表面不同位置分别形成对应的第一接口、第二接口、第三接口和第四接口。具体的，本实施例中，第一通道11与少油设备的取油口相接，用于绝缘油的输送；第二通道12替代原有的取油口，方便后期少油设备的取油；第三通道13用来安装光纤mems气敏传感器4；第四通道14用来安装光纤mems温度压力传感器5。
48.上述实施例中，第一通道11、第二通道12、第三通道13和第四通道14对应的第一接口、第二接口、第三接口和第四接口用于上述各部件的接入。具体的，前端取油器2的第一端口经由第一接口设置于第一通道11内，另一端外露于第一接口即外露于连通件主体1的外表面。取油口密封器2与第二接口连接，第二接口作为取油口，取油口密封器2一端经由第二接口设置于与第二通道12内，另一端外露于第二接口即外露于连通件主体1的外表面；光纤mems气敏传感器4的一端经由第三接口设置于第三通道13内，另一端外露于第三接口即外露于连通件主体1的外表面；光纤mems温度压力传感器5的一端经由第四接口设置于第四通道14内，另一端外露于第四接口即外露于连通件主体1的外表面。连接后的结构可以具体参见图2所述的少油设备状态监测系统的连通结构的组装结构图。
49.本发明上述实施例中的少油设备状态监测系统的连通结构，创造性的采用光纤mems气敏传感器4和光纤mems温度压力传感器5，将mems技术应用在光纤传感器上，形成的光纤mems传感器解决目前有源传感器的不足，更适合少油设备状态监测的要求。同时上述组成的连通结构形成一种四通组件，作为少油设备取油口的物理外延，在不影响少油设备
物理特性的前提下，通过对内部绝缘油的状态监测完成少油设备的状态监测。从而在不破坏传感器的结构和物理特性的前提下，将光纤mems传感器与少油设备进行联动。
50.图3为本发明一较优实施例中连通件主体的透视图。参照图3所示，在一些实施例中，连通件主体1的形状可以为长方体，其中，对应第三通道13的第三接口和对应第四通道的第四接口位于长方体的第一面上，对应第二通道12的第二接口位于与长方体的第一面相邻的第二面上，对应第一通道11的第一接口位于与长方体的第一面相对的第三面上；第三通道13和第四通道14平行设置。具体的，如图3中所示，这四个通道从各自所在的面的接口，延伸到连通件主体1的内部，并在连通件主体1的内部实现相互连通，第一通道11与第三通道13位于同一直线上并相互连通；第二通道12垂直连接在第一通道11与第三通道13连接处并且实现三者相通；第四通道14位于第三通道的下方，第四通道14包括从第四接口延伸到连通件主体1内部的第一直通道以及与第一直通道垂直延伸的第二直通道，第一直通道和第二直通道构成l状，第二直通道的另一端连接到第一通道11、第二通道12和第三通道13的连通处，从而形成四个通道的相互连通。这四个通道在连通件主体1内部的相互连通，为少油设备和光纤mems传感器联动提供了物理结构。当然，图3中仅是一个实施例，在其他实施例中，连通件主体1的形状还可以是其他形状，比如圆柱体、球形等等，并不局限于长方体。
51.图4为本发明一较优实施例中前端取油器的透视图。参照图4所示，前端取油器第一端口有可活动外螺纹接头24，与连通件主体1的第一接口内螺纹配合连接，用于与连通件主体1安装；前端取油器第二端口有内螺纹接口，内螺纹接口的中心为取油针22，该内螺纹接口用于安装固定在少油设备出油口，取油针22用于顶开少油设备出油口；前端取油器第一端口与连通件主体1的第一接口11密封连接形成第一密封接口21，第一密封接口21与第一通道11形成第一密封通路；前端取油器第二端口与少油设备出油口通过螺纹密封形成第二密封接口23，第二密封接口23与少油设备出油口形成第二密封通路。少油设备的出油口位置狭小，安装设备时，常常出现结构干涉问题。本实施例中少油设备状态监测系统的连通结构安装时，先将前端取油器第二端口23安装在少油设备的出油口处，安装时旋转前端取油器2，使其内部取油针22可顶开少油设备出油口的油阀，前端取油器第二端口23与少油设备出油口通过螺纹结构和密封圈紧密地连接在一起，形成第二密封接口，然后调节前端取油器第二端口21的外螺纹接头，使其旋入连通件主体1的第一接口11，形成第一密封接口，调节外螺纹接头21可任意调节连通件主体1方向，避免安装过程中因位置狭小出现的结构干涉问题；上述第一密封接口21、取油针22可根据不同少油设备出油口的差异进行选择不同的结构，通过此设计可满足市面上大多数少油设备的需求；将少油设备内部的绝缘油经由前端取油器2输送至连通件主体1，为少油设备和光纤mems气敏传感器4、光纤mems温度压力传感器5创造了联动的物理基础。
52.在一些实施例中，连通件主体1的第二通道12内部装有弹珠止油阀，当连通件主体1内部压力变大的时候，止油阀内部的弹珠在压力的作用下会关闭油通道；在第二通道12的止油阀外部加装取油口密封器3，取油口密封器3通过螺纹和胶垫对第二通道12进行密封。进一步的，对连通件主体1第二通道12进行密封的取油口密封器3按照以下安装顺序：连通结构安装时，旋转前端取油器2第一密封接口21的外螺纹接头，使第二通道12竖直向上。取下取油口密封器3，当止油阀关闭油通道后，使用取油工装，顶开止油阀内部的弹珠，排除连通结构内部的空气，防止气泡进入少油设备，危害少油设备的正常工作。然后，旋紧取油口
密封器3。调节第一密封接口21的外螺纹接头，使第二通道12处于水平方向，安装防护罩。如图5所示，为本发明一较优实施例中取油口密封器的结构图，其上设有螺纹，用于拧入第二通道12。
53.图6为本发明一较优实施例中光纤mems传感器的透视图。光纤mems传感器适用于光纤mems气敏传感器4和光纤mems温度压力传感器5，光纤mems气敏传感器4用于测量绝缘油内溶解氢气和乙炔含量，光纤mems温度压力传感器5用于测量绝缘油的温度压力。
54.参照图6所示，一些实施例中，光纤mems气敏传感器可以包括第一传感器进油孔31、第一传感器油室32、第一传感器半透膜33、第一传感器气室34，还可以包括可选择的第一卡槽35，光纤mems气敏传感器出线端36。
55.光纤mems压力传感器可以包括第二传感器进油孔41、第二传感器油室42，还可以包括可选择的第二卡槽43，光纤mems压力传感器出线端44，第二光纤mems传感器芯片。光纤mems温压传感器没有半透膜和气室，其油室部分包括原有的半透膜和气室的位置。
56.具体的，在一优选实施例中，光纤mems气敏传感器4包括：第一传感器进油孔31、第一传感器油室32、第一传感器半透膜33、第一传感器气室34。第一传感器进油孔31位于光纤mems气敏传感器的一端，第一传感器进油孔31一端与第一传感器油室32相通，另一端伸入第三通道13内；第一传感器油室32设置于第一传感器进油孔31的伸入第三通道13的一端，并与第一传感器进油孔31相通，绝缘油经由第一传感器进油孔31流入第一传感器油室32；第一传感器半透膜33设置于第一传感器油室32与第一传感器气室34之间，绝缘油经过第一传感器半透膜33完成绝缘油的油气分离，第一传感器气室34设置在第一传感器半透膜33异于第一传感器油室32的一端，第一传感器气室34中设置有第一光纤mems传感器芯片37，第一光纤mems传感器芯片在第一传感器气室34内部完成少油设备绝缘油的气体含量监测，并通过光纤mems气敏传感器出线端36将监测信号输出。此种结构的传感器体积小，解决了现有的电力设备状态监测中微小空间不适合装设现有的传感器的技术问题，还避免了有源传感器在监测过程中受到电磁干扰、高温、高压等外部环境的影响。
57.进一步的，在部分优选实施例中，光纤mems气敏传感器还包括：第一卡槽35，设置于光纤mems气敏传感器的尾纤断，第一卡槽35内设置有第三密封圈，通过第三密封圈和螺纹使光纤mems气敏传感器密封设置在第三通道13。
58.在一些实施例中，光纤mems温度压力传感器包括：第二传感器进油孔41、第二传感器油室42，还可以包括可选择的第二卡槽43，光纤mems压力传感器出线端44。其中，第二传感器进油孔41位于光纤mems温度压力传感器的一端，第二传感器进油孔41一端与第二传感器油室42相通，另一端伸入第四通道14内；第二传感器油室42设置于第二传感器进油孔41的伸入第四通道14的一端，并与第二传感器进油孔41相通，绝缘油经由第二传感器进油孔41流入第二传感器油室42，第二传感器油室42中设有第二光纤mems传感器芯片45，第二光纤mems传感器芯片在第二传感器油室42内完成绝缘油温度压力的测量，并通过光纤mems压力传感器出线端44将测量信号输出。
59.进一步的，在部分优选实施例中，光纤mems温度压力传感器还包括：第二卡槽43，设置于光纤mems温度压力传感器尾纤端，第二卡槽43内设置有第四密封圈，通过第四密封圈和螺纹使光纤mems温度压力传感器密封设置在第四通道14。
60.本发明上述实施例中提供的上述少油设备状态监测系统及其连通结构作为连接
组件应用在光纤mems传感器与少油设备的连接上，无需外加电源，不仅实现了电气隔离，而且避免了有源传感器在监测过程中受到电磁干扰、高温、高压等外部环境的影响。
61.本发明上述实施例中提供的上述少油设备状态监测系统及其连通结构，采用mems传感原理将设备制作成微米、毫米级，解决了现有的电力设备状态监测中微小空间不适合装设现有的传感器的技术问题，同时mems封装技术不仅使得光纤mems传感器尺寸减小而且可以耐高温高压。
62.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
63.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。