一種用于油浸式變壓器氫氣濃度在線監(jiān)測的氫氣傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于油浸式變壓器在線監(jiān)測技術領域，特別涉及一種用于油浸式變壓器氫氣濃度在線監(jiān)測的氫氣傳感器。
【背景技術】
[0002]變壓器故障是造成發(fā)電廠、變電站停運和局部電網事故發(fā)生的主要原因，減少變壓器的故障，意味著提高電網的經濟效益，保證國家經濟安全和社會穩(wěn)定。因此，變壓器在線監(jiān)測是電力設備在線監(jiān)測體系的重要組成部分。
[0003]在線監(jiān)測油浸式變壓器故障氣體的溶解濃度是變壓器在線監(jiān)測體系的重要組成部分。變壓器油故障氣體的監(jiān)測常規(guī)采用實驗室周期取樣，利用氣相色譜儀器檢測油中溶解的故障氣體，存在操作環(huán)節(jié)多、費時費力，試驗周期長等缺點，對發(fā)展較快的故障不能及時進行預警。因此，近年來立項建設的大型電廠變壓器在設計安裝時大多配套使用在線檢測裝置，以對變壓器油中溶解的氣體等進行實時監(jiān)測。
[0004]當油浸式變壓器中產生局部過熱、局部放電和電弧放電時，其中的變壓器油、絕緣材料可能被分解成氣體，主要包括H2、CO、CO2, CH4, C2H2, C2H4和C 2H6七種故障氣體。
[0005]油浸式變壓器所有故障狀態(tài)下或多或少都會產生H2，H2含量的明顯增加是變壓器已存在或將導致各種故障的可靠標志。H2在油中的低溶性和高擴散性使它在低濃度時就被檢測到，通過在線H2測量裝置精確測量油中溶解的H2，可將早期故障在其最初始階段即被檢測出來，不僅能為變壓器的狀態(tài)檢修提供科學依據(jù)，而且可以減少或避免非計劃停機和災難性事故的發(fā)生，并能夠延長變壓器的壽命。
[0006]現(xiàn)有技術的解決方案，例如，深圳奧特迅在專利CN 1261195 C中，介紹了一種油氣分離膜、其制造方法及用其制成的氣體傳感器，油氣分離膜是傳感器的核心部件之一，通過油氣分離膜將油中溶解的故障氣體分離出來，才可利用燃料電池傳感器對故障氣體進行測量。該專利中的油氣分離膜加工工藝復雜，且油氣分離膜固有的老化問題使得其工作壽命也難以滿足變壓器的應用需求，大大增加了系統(tǒng)的維護成本，且降低了系統(tǒng)運行的可靠性。另一方面，燃料電池傳感器對H2、CO、014等的故障氣體存在交叉敏感的問題，也就是說燃料電池傳感器并無法實現(xiàn)對H2的專一"性，而該專利并沒有描述解決方案。
[0007]在專利CN 102033041 B中，介紹了一種基于光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由氣體傳感器陣列、光纖布拉格光柵解調設備和變壓器故障監(jiān)測中心等部分組成。系統(tǒng)利用五鎳化鑭吸氫變形，使得光纖布拉格光柵中光的波長發(fā)生變化，從而實現(xiàn)氫氣濃度的檢測。但是，光纖光柵傳感器正常工作需要光源、光纖光柵解調等設備條件配套，因此，系統(tǒng)組成復雜、成本高，并且在變壓器周圍布置相關配套設備顯然是增加了該套系統(tǒng)應用的局限性和復雜性。
[0008]在專利CN 104406885 A中，王紅斌等介紹了一種電力變壓器油中溶解氫氣限值傳感器及檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了基于鈀的光纖光柵傳感器，利用氫敏金屬鈀吸收氫氣后體積膨脹造成光纖光柵彎曲變形，從而產生波長變化，而波長變化量和氫氣濃度之間存在一定的比例關系，由此實現(xiàn)氫氣測量的目的。但是，該專利存在幾個方面的問題，一方面采用純鈀作為氫敏材料不穩(wěn)定，特別是在氫氣偏壓較高時，存在不可逆的氫脆過程，造成鈀膜脫落；另一方面，CO等變壓器故障氣體極易在鈀膜表面產生競爭性吸附，占據(jù)氫氣分子的吸附位置，造成傳感器對氫氣的靈敏度降低，響應速率變慢。

【發(fā)明內容】

[0009]本實用新型所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于油浸式變壓器氫氣濃度在線監(jiān)測的氫氣傳感器。
[0010]本實用新型還提供一種使用氫氣傳感器監(jiān)測氫氣濃度的方法。
[0011]為解決以上技術問題，本實用新型采用如下技術方案:
[0012]—種用于油浸式變壓器氫氣濃度在線監(jiān)測的氫氣傳感器，所述氫氣傳感器包括氫氣敏感探頭及用于信號轉換并向外輸出電信號的電路模塊，所述氫氣敏感探頭包括一端與所述電路模塊電氣連接的電纜排線，所述氫氣敏感探頭還包括與所述電纜排線的另一端電氣連接、與變壓器油直接接觸的氫氣敏感芯片，所述氫氣敏感芯片包括基底、設置在所述基底上的電氣絕緣層及設置在所述電氣絕緣層上的氫氣敏感元件，所述氫氣敏感元件表面設有用于抑制除氫氣外的氣體分子擴散通過的氫氣專一性鍍層。
[0013]進一步地，所述氫氣敏感元件與氫氣接觸后產生電阻或電流-電壓特性的變化，從而達到檢測氫氣的作用。所述氫氣敏感元件包括分別設置在所述電氣絕緣層上的感測第一氫氣濃度范圍的第一感測元件和感測第二氫氣濃度范圍的第二感測元件，所述第一氫氣濃度范圍為1000?20000ppm，所述第二氫氣濃度范圍為10?lOOOppm。
[0014]優(yōu)選地，所述第一感測元件和所述第二感測元件的表面分別設有所述氫氣專一性鍛層。
[0015]優(yōu)選地，所述第一感測元件為催化金屬薄膜電阻，所述第二感測元件為催化金屬薄膜MOS管，二者的材質分別為鈀-鉻合金、鈀-鎳合金或鈀-金合金。制作所述第一感測元件和第二感測元件的材料均選自對氫氣具有催化、分解作用的金屬材料，優(yōu)選地，二者的材質分別為鈀-鉻合金、鈀-鎳合金或鈀-金合金。
[0016]進一步地，所述氫氣專一性鍍層可允許氫氣分子自由擴散，能夠抑制或阻擋除氫氣外的其他故障氣體分子擴散通過，減小或消除其他故障氣體對氫氣敏感元件的交叉敏感，提高了氫氣傳感器的測量精度，其中，其他故障氣體包括CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等氣體。
[0017]優(yōu)選地，所述氫氣專一‘性鍍層為S12膜層、Al 20J莫層、Si 3N4膜層中的一種或者二者以上的復合鍍層。最優(yōu)選地，所述氫氣專一性鍍層為S1J莫層、Al 20J莫層、Si 3N4膜層三者的復合鍍層。
[0018]進一步地，所述氫氣敏感芯片還包括設置在所述電氣絕緣層的用于控制所述氫氣敏感元件的工作溫度處于恒定溫度的溫度控制單元。
[0019]所述溫度控制單元包括分別設置在所述電氣絕緣層上的加熱元件和溫度傳感元件。
[0020]所述加熱元件為金屬電阻式加熱電阻，其材料選自物理化學性質穩(wěn)定的材料，優(yōu)選金或鉑，最優(yōu)選為金。所述溫度傳感元件為金屬膜測溫電阻，其材料選自具有較高電阻溫度系數(shù)且極其穩(wěn)定的材料，優(yōu)選鉑、鎳或銅，最優(yōu)選為鉑。
[0021]進一步地，所述電氣絕緣層用于所述基底和薄膜器件的電氣絕緣，優(yōu)選地，所述電氣絕緣層為S12膜層、Si 3N4膜層中的一種或者二者的復合膜層。由于H2分子極易擴散、吸附于S12M料中，造成氫氣傳感器響應平衡時間延長，穩(wěn)定性變差，本實用新型優(yōu)選地，所述電氣絕緣層為S12膜層、Si 3N4膜層二者的復合層。
[0022]優(yōu)選地，所述基底的材料優(yōu)選硅。
[0023]進一步地，所述氫氣傳感器還包括具有管腔的管殼及與所述管殼固定連接的具有內腔的外殼，所述外殼的內腔與所述管殼的管腔連通，所述電路模塊和所述電纜排線的所述一端位于所述外殼的內腔內，所述電纜排線的所述另一端通過固定機構固定設置在所述管殼的管腔內，所述氫氣敏感芯片懸置于所述管殼的管腔內。
[0024]優(yōu)選地，所述固定機構包括具有空腔的第一固定套管、套設在所述第一固定套管外并位于所述第一固定套管和所述管殼之間的第二固定套管及套設在所述第二固定套管外并位于所述第二固定套管和所述管殼之間的密封圈，所述第一固定套管的一端設有封蓋，