1. 研制背景

充油套管、互感器等少油設備是電力系統(tǒng)的主要設備之一，在電力系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，其可靠性直接影響變壓器以及電網(wǎng)的運行安全。由于少油設備取油結構的特殊性，目前針對充油套管等少油設備的有效帶電檢測或在線監(jiān)測手段幾乎沒有，如能采取一種簡單有效的在線監(jiān)測方式在充油套管故障前及時發(fā)現(xiàn)缺陷，并采取有效措施，將能避免重大事故的發(fā)生。

理論和實踐都證明，充油電氣設備內(nèi)部放電（局放、火花、電?。錃馐侵饕奶卣鳉怏w，氫氣檢測也是被IEEE（IEEEC57.104-1991）認可的充油電氣設備早期故障監(jiān)測方法，已獲得國際許多著名企業(yè)的認可，廣泛應用于監(jiān)測充油電氣設備的早期故障。因此，通過在充油套管等少油設備取油閥處加裝油中氫在線檢測裝置，實時、在線監(jiān)測少油設備油中氫濃度，當油中溶解氫的濃度以及變化率超出一定限值時發(fā)出報警信號，及時采取有效措施，可以降低或避免充油設備故障的發(fā)生。

另外，少油設備在內(nèi)部出現(xiàn)放電或熱故障時將會使油和紙分解產(chǎn)生氣體，當氣體超出油的溶解度時，故障氣體將在套管頂部儲油柜處聚集，使套管內(nèi)部壓力增大，因此通過在少油設備取油閥處加裝壓力器傳感實現(xiàn)套管內(nèi)部壓力實時監(jiān)測，當套管等少油設備內(nèi)部壓力超出一定限值時發(fā)出報警信號，及時采取有效措施處理措施，將能避免設備故障的發(fā)生。

油中微水含量過多會導致絕緣材料加速老化并降低其介電強度。在極端情況下，這可能導致繞組間的燃弧和短路。因此，連續(xù)監(jiān)測少油設備油中微水含量以及變化率，對連續(xù)評估套管等少油設備的絕緣特性至關重要。

考慮到套管取油閥體結構強度小、安裝空間狹小，且套管運行期間存在一定強度的振動，安裝在線監(jiān)測裝置，存在取油閥口轉接處滲油、漏油的風險。另外，通過三通（T）或四通（+）轉接方式安裝分立氫氣傳感器、壓力傳感器、微水傳感器，不僅存在 “死油區(qū)”而導致氫氣、微水檢測精度和響應速率的降低，而且轉接口的增多，也增加了滲油、漏油的隱患點。因此，亟需一種體積小、重量輕，且能夠實現(xiàn)油中氫、油壓、油中微水和油溫等四種參量一體化監(jiān)測的在線裝置。

在國網(wǎng)陜西省電力公司的支持下，海卓賽思采用完全自主知識產(chǎn)品的薄膜傳感器技術，通過成熟的MEMS工藝技術，實現(xiàn)了多參量測量的芯片級集成，研制開發(fā)出了適用于少油設備油中氫、油壓、油中微水和油溫多參量在線監(jiān)測裝置（四參量一體化）。該產(chǎn)品體積小，重量輕（300g，不含轉接件），可直接在少油設備取油閥處加裝，即可實現(xiàn)對油中氫、油壓和油中微水等指標的在線監(jiān)測，填補國內(nèi)空白，并可替代美國進口產(chǎn)品。

2. 工作原理及技術特點

油中溶解氫的檢測采用基于鈀合金薄膜技術的氫氣傳感器，可以直接將傳感器芯片置于變壓器油中，無需油氣分離裝置，無可移動部件并簡化了傳感器結構，大大降低了維護成本，延長了氫氣傳感器的使用壽命，與傳統(tǒng)的在線油色譜相比，該產(chǎn)品具有以下技術特點：

a)  無油氣分離膜?；诒∧ぜ夹g的氫氣傳感器芯片可直接置于變壓器油中，而無需采用油氣分離膜，提高了裝置運行的可靠性，降低使用和維護成本。

b)  無氫氣消耗。產(chǎn)品工作過程不消耗氫氣，基于薄膜技術的氫氣傳感器檢測氫氣的過程中沒有氫氣消耗，可用于ppm級氫氣檢測，最低檢測限低至5ppm。

c)   氫氣專一性。薄膜氫氣傳感器具有對氫氣的絕對選擇性。當前，市場上現(xiàn)有的多數(shù)單氫監(jiān)測裝置存在對CO、C₂H₂和C₂H₄等氣體的交叉敏感，由于變壓器中CO體積分數(shù)高于H₂，傳感器對CO的交叉敏感而使得其掩蓋了H₂濃度的變化，從而延遲了對設備故障的識別和診斷。

油壓測量采用成熟、可靠的薄膜壓力傳感器，具有檢測精度高，量程范圍寬的特點，適用于礦物油介質壓力的測量。油中微水檢測采用聚酰亞胺薄膜電容式濕敏傳感器。

圖1 薄膜傳感器芯片

   3. 主要技術參數(shù)

   4.外形與結構

圖2所示為少油設備四合一傳感器，采用了雙卡套金屬管接頭的密封結構，對比于生料帶螺紋密封等接頭形式，雙卡套管接頭是一種兼顧密封及安全的小口徑管道連接件。這種密封結構可以在低溫狀態(tài)下工作保證密封，并實現(xiàn)最高額定溫度下持久的密封，具有極好的抗振動疲勞性能。因此，四合一傳感器探頭通過雙卡套接頭可以滿足充油套管油路的密封性要求。

圖2四合一傳感器（探桿長度可定制）

2021年，四合一傳感器已經(jīng)通過電力工業(yè)電氣設備質量檢驗測試中心的型式試驗，檢測結果合格，所檢項目符合DL/T 1432.1-2015等標準要求。圖3所示為生產(chǎn)中的四合一傳感器，已經(jīng)初步具備批量生產(chǎn)的條件和能力。

圖3 生產(chǎn)標定中的四合一傳感器