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一种 变压器 套管SF6气体微水含量在线检测装置

阅读：547发布：2023-02-08

专利汇可以提供一种变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种变压器套管 SF6气体微水含量在线检测装置，包括电容式传感器及与其连接的数据采集调理电路，所述的电容式传感器包括通过绝缘支柱进行隔离支撑的正对设置的上电极板和下电极板，上电极板和下电极板相对侧表面渡有金膜，上、下电极板的金膜分别压接有上、下电极板引出线；所述的数据采集调理电路包括依次连接的检测放大电路、A/D转换器、单片机及显示器。本发明基于单片机开发的数据采集调理电路，可检测uF-nF级电容变化，该检测装置结构简单、成本低、灵敏度高，可实时在线检测套管SF6气体微水含量，具有很高的推广应用价值。，下面是一种变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，其特征在于：包括电容式传感器及与其连接的数据采集调理电路，所述的电容式传感器包括通过绝缘支柱进行隔离支撑的正对设置的上电极板和下电极板，上电极板和下电极板相对侧表面渡有金膜，上、下电极板的金膜分别压接有上、下电极板引出线；所述的数据采集调理电路包括依次连接的检测放大电路、A/D转换器、单片机及显示器。
2.根据权利要求1所述的变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，其特征在于：所述的绝缘支柱由高纯度单晶硅制成，对称分布于上、下电极板之间且绝缘支柱的边缘与上、下电极板的边缘对齐。
3.根据权利要求1所述的变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，其特征在于：所述的上电极板、下电极板由高纯度单晶硅制成。
4.根据权利要求1所述的变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，其特征在于：所述的上、下电极板引出线采用金线。
5.根据权利要求1所述的变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，其特征在于：所述的检测放大电路采用脉冲宽度调制电路，包括第一比较器、第二比较器、双稳态触发器，电容充放电回路及低通滤波器。

说明书全文

一种变压器 套管SF6气体微水含量在线检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种气体微水含量在线检测装置，具体涉及一种变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置。

背景技术

[0002] 变压器套管是变压器外部的主要绝缘装置，用于把引线引至油箱外部，以保证引线对地的绝缘，同时起固定引线的作用。目前，特高压直流输电工程换流站所用±400kV及以上电压等级阀侧直流套管多采用SF6气体绝缘套管，在实际使用中，由于存在套管密封不严、套管抽真空工艺不佳、充气工艺不良以及SF6新气质量较差等原因，套管内SF6气体中会存有部分水汽。在套管带电运行中，水分可与SF6气体的分解产物发生水解反应，产生有害物质，严重腐蚀内部绝缘，影响灭弧；同时，水汽在设备内部结露，也会导致沿面放电(闪络)，破坏绝缘，引发事故。

[0003] 目前常用的微水检测仪只能离线检测，而且操作繁琐，费时费力，无法实时检测套管带电过程中的水汽含量。相应地，对套管的绝缘性能也无法实时了解，不利于变压器安全稳定运行。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明提供一种安装方便、可靠性强、灵敏度高、基于电容式传感器的可实时检测变压器套管SF6气体微水含量的在线检测装置。

[0005] 为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，包括电容式传感器及与其连接的数据采集调理电路，所述的电容式传感器包括通过绝缘支柱进行隔离支撑的正对设置的上电极板和下电极板，上电极板和下电极板相对侧表面渡有金膜，上、下电极板的金膜分别压接有上、下电极板引出线；所述的数据采集调理电路包括依次连接的检测放大电路、A/D转换器、单片机及显示器。

[0006] 所述的绝缘支柱由高纯度单晶硅制成，对称分布于上、下电极板之间且绝缘支柱的边缘与上、下电极板的边缘对齐。

[0007] 所述的上电极、下电极板由高纯度单晶硅制成。

[0008] 所述的上、下电极板引出线采用金线。

[0009] SF6气体在电弧放电时会产生SF2、S2F2、S2F10、SF8和HF和等低氟化物，部分气体遇水会形成烟雾，对普通金属电极具有强腐蚀性。为此，本发明特采用抗腐蚀能力较强的单晶硅作为电极载体，并在硅片内侧表面镀有一层厚度均匀、化学性能稳定的金膜作为电极，利用特殊工艺将金线压接于金膜上作为电极板引出线，进一步提高传感器的可靠性。高纯度单晶硅构成的绝缘支柱对电极板起支撑作用，绝缘支柱边缘要尽可能跟电极边缘重合，以增大传感器上、下电极板的正对面积，提高电容式传感器的灵敏度。

[0010] 本发明采用基于单片机开发的数据采集调理电路，实现传感器信号输出及远传。基于单片机开发的数据采集调理电路可以检测uF-nF级电容的变化，灵敏度高，抗干扰能力强。

[0011] 所述的检测放大电路采用脉冲宽度调制电路，包括第一比较器、第二比较器、双稳态触发器，电容充放电回路及低通滤波器。

[0012] 该电路利用传感器电容的充放电原理使电路输出脉冲的占空比随电容传感器的电容量变化而变化，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。该电路具有线性输出、无需解调器即能获得直流输出等优点。

[0013] 本发明基于电容传感器的原理，利用高纯度单晶硅上所镀的金膜为电极，根据水汽与SF6气体相对介电常数的差异，构成了可用于检测SF6气体微水含量的高灵敏度新型电容式传感器。同时，基于单片机开发了可用于检测电容式传感器输出的数据采集调理电路，使实时在线检测套管SF6气体微水含量成为可能。

[0014] 本发明的SF6气体微水含量在线检测装置，采用微机械加工工艺实现，结构简单，稳定可靠，成本较低，灵敏度高，抗干扰能力强，适用于推广应用。附图说明

[0015] 图1为电容式传感器结构示意图；

[0016] 图2为电容式传感器主视图；

[0017] 图3为数据采集调理电路原理图；

[0018] 图4为检测放大电路原理图；HF

[0019] 其中，1、上电极板，2、下电极板，3、金膜，4、绝缘支柱，5、上电极板引出线，6、下电极板引出线，第一比较器A1，第二比较器A2，电容式传感器Cx。

具体实施方式

[0020] 如图1、图2所示，一种变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置，包括电容式传感器及与其连接的数据采集调理电路，所述的电容式传感器包括通过绝缘支柱4进行隔离支撑的正对设置的上电极板1和下电极板2，所述的上、下电极板均由高纯度单晶硅制成且两者相对侧表面渡有金膜3，上、下电极板的金膜3分别压接有金线作为上电极板引出线5和下电极板引出线6；所述的绝缘支柱4由高纯度单晶硅制成，对称分布于上、下电极板之间且绝缘支柱4的边缘与上、下电极板的边缘对齐。

[0021] 如图3、图4所示，所述的数据采集调理电路包括依次连接的检测放大电路、A/D转换器、单片机及显示器。其中，检测放大电路采用脉冲宽度调制电路，包括第一比较器A1、第二比较器A2、双稳态触发器，电容充放电回路及低通滤波器。该电路利用传感器电容的充放电原理使电路输出脉冲的占空比随电容传感器的电容量变化而变化，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。其中，Cx为电容式传感器。该电路具有线性输出、无需解调器即能获得直流输出的特点。数据采集调理电路已广泛使用，在此不再赘述。

[0022] 根据电容式传感器的原理，当套管内为纯SF6气体时(在101.325kPa、25℃条件下，εSF6＝1.002049)，所测电容值为εSF6S/D(S：上、下极板正对面积，D：上下极板的垂直距离)；相应地，当套管内全为水汽时(在101.325kPa、25℃条件下，εH2O＝1.00785)，所2
测电容值为εH2OS/D。当S＝0.01m，D＝0.1m时,纯SF6气体与纯水汽的电容值分别为
100204.9uF、100785uF，电容差达到580.1uF。若实际所测电容值在[100204.9,100785]uF区间时，可判定SF6气体中存有一定数量的水汽。将所测电容值经过数据采集调理电路后的输出信号与数据库进行对比换算，即可得出SF6气体中的微水含量。

[0023] 相对于传统微水含量测试方法，本发明变压器套管SF6气体微水含量在线检测装置可直接安装于套管取气阀处，结构简单，方便快捷、灵敏度高，可用于实时在线检测，特别适用于目前特高压直流输电工程所用SF6直流套管微水检测试验。

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