CN103278312B - 一种用于变压器的压力释放阀的校验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于变压器的压力释放阀的校验方法及装置，校验方法的具体步骤为，(一)校准为预压校准和数字模块校准，(二)压力释放阀的检测，检测分为预压控制和压力控制，(三)气密性的检测：打开气泵，预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀，通过数字模块测量预压端和被检端的压力值；当压力值高于压力设定值10kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀；通过预压排气电磁阀调节压力，使压力值接近压力设定值；当接收到停止控制指令后，停止控制压力(四)通讯功能的实现。本发明可以轻易实现现场校验(整套装置质量小于10kg)，对于压力释放阀故障的快速诊断和动作性能判定具有良好的作用。
Description
【技术领域】
本发明涉及压力释放阀技术领域，具体的说，是一种用于变压器的压力释放阀的校验方法及装置。
【背景技术】
国内外相关机构对压力释放阀的测试和技术手段的实施作过许多研究，方法上主要是离线检测和在线检测两种。
离线检测是一种直接测量方式，需要将压力释放阀拆下后送到检验台上进行测试，这种测量方法不能模拟运行中实际温度对压力释放阀整定压力的影响。除此之外，考虑到国内变电站中投运的变压器种类各异，设备和装置的安装和使用条件的限制，压力释放阀的拆卸、安装及运输较为困难，因此还存在着校验时间长、综合成本高等问题。另外，在校验台上已校验合格的压力释放阀，由于安装运输等方面的原因，其整定压力及密封性能可能发生变化，带来了安全隐患，从而影响变压器的安全和可靠运行。
现有的在线检测，无法做到完全不用释放变压器油进行实时测量，如果采用实跳测量，直接提高出口压力使压力释放阀开启来记录动作参数，不仅对设备造成实际上的伤害，而且测量一致性差，且测量精度低。日本、美国等压力释放阀生产厂家开发的仪器测量方式也只是间接测量，主要以液压泵为动力源，人工调整外加力变化曲线来控制压力释放阀开启过程，测量过程中人为影响大，校验人员需要专业的培训和经验积累，需要比对校验结果，控制不确定度，其校验结果也极易受使用现场环境等的影响。同时数据采集相关的软硬件结构简单，难以适应压力释放阀校验水平的日益提高。
针对上述问题，如考虑在变压器不放油的情况下，开发研制出新型的在线校验装置，实现压力释放阀的快速在线检测，同时根据面向对象技术研发相应的压力释放阀管理软件平台，对在线校验过程实现数据采集、处理和分析功能，同时具备日常检验和维护信息管理功能，从而满足变压器运行周期长，检修时间短，工况条件复杂的特殊要求，将在提升电力变压器非电量保护校验技术方面具有十分广阔的应用前景。
压力释放阀是变压器内部故障保护的重要手段之一。随着年限的增加，压力释放阀各部件尤其是弹簧的老化，将影响压力释放阀动作的准确性。而现今所有压力释放阀在安装完毕后，受现场条件的限制等原因一直无法进行有效的检修和校验，国内外尚既无在线校验仪，相应的离线校验仪也比较缺乏。目前压力释放阀校验方法主要是采用气体压力储气后突然释放冲击的方法，此方法存在校验装置笨重(整套装置质量大于300kg)，只能在试验室完成校验，校验过程噪音及能耗均较高，且由于高压储气而存在安全隐患，无法实现压力释放阀现场校验。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于变压器的压力释放阀的校验方法及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于变压器的压力释放阀的校验方法，其具体步骤为，
(一)校准，
校准为预压校准和数字模块校准：
预压校准功能通过预压端压力传感器进行压力值的测量，在进行压力值测量之前，为了保证测量值的准确性，需要对压力值进行校准，过程框图如下图3所示；首先打开被检排气电磁阀，压力控制电磁阀和预压排气电磁阀，使预压端压力传感器直接与外界大气相通。待稳定一段时间后，把预压端传感器的AD码记录下来，作为零点校准时的AD码；然后进行满度校准。打开气泵，预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀；通过数字模块测量压力值，当压力值达到110kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀；通过预压排气电磁阀调节压力值，当压力值稳定在100kPa时，把预压端传感器的AD码记录下来，作为满程校准时的AD码；根据当前AD码，零点AD码和100kPa时的AD码进行压力值的计算；得到当前压力值。
数字模块校准：
数字模块校准包括零点校准和满程校准，如图4所示。数字模块在出厂时已经用标准压力源进行过校准。在使用过程中，如果压力值需要重新校准，可把数字模块与标准压力源直接相连进行校准。校准时先把数字模块与大气相通，稳定后向数字模块发零点校准命令。数字模块完成处理完零点校准指令后，单片机自动向数字模块发读取压力值指令，数字模块返同当前的压力值。把标准压力源的压力值调到0.25MPa，稳定后向数字模块发满程校准命令，数字模块处理完满程校准指令后，单片机自动向数字模块发读取压力值指令，数字模块返回当前的压力值。数字模块可通过恢复出厂设置命令使校准参数恢复为出厂时的状态。执行恢复出厂命令后10秒钟左右自动上传压力值。
单片机通过RS232接口与数字模块和ARM进行通讯。按通讯协议接收ARM的零点校准指令和满程校准指令，把指令按数字模块的通讯协议传给数字模块。数字模块处理完零点校准和满程校准指令后会给单片机发送零点校准和满程校准完成的应答帧，单片机接收到校准完成的应答帧后，按通讯协议向数字模块发送读取压力值指令，把数字模块读取的压力值通过单片机传给上位机。
(二)压力释放阀的检测
预压控制：
预压端的压力测量通过预压压力传感器把压力信号转变为mv信号，以差分信号的形式送给AD7714芯片进行AD转换把模拟信号转换为24位的数字信号。传感器信号通过配置控制字在AD芯片内部实现放大，放大倍数为32.然后通过计算把AD值换算为压力值。AD信号的测量采用中断的方式，当AD转换完成后，每隔20ms向单片机申请一次中断，单片机响应中断读取压力值的AD码。AD芯片和单片机采用同一时钟源。
压力控制过程中，通过控制电磁阀的占空比实现压力值的快速降压和慢速降压，通过气泵实现压力值的增加。电磁阀的占空比根据压力设定值的要求，按规律调节，维持压力值的稳定。在降压控制过程中，当压力设定值和压力测量值相差较大时，电磁阀的占空比较大，随着压力测量值越来越接近设定值，电磁阀的占空比则越来越小。当压力设定值和压力测量值相等时，电磁阀关闭。在升压过程中，通过控制气泵使压力值增加。为了避免气泵流量大造成的压力值波动，在升压阶段先使预压值高于设定值10kPa，然后通过调节电磁阀的占空比，在降压过程中实现压力值的微调。
压力控制：
采用调节电磁阀占空比的方式控制速率。在压力控制过程中，单片机以10ms为控制周期和测量周期，实时记录压力值，并且以数据递推的方式，每加入一个新的数据，就去掉一个旧的数据，更新数组的数据记录，使数组里的压力数据值始终为前最近的6个点的压力值。在压力释放阀动作后，压力持续降低，此时缓慢输出压力，监测压力释放阀压力如果变大，则完成一次检测过程，打开被检端电磁阀，压力释放阀的气路直接与大气相通，同时上传开启压力值和返回压力值。
(三)气密性的检测：
在气密性检测过程中，首先进行预压控制。在压力值达到设定值后，停止预压控制。经过设定时间后，记录起始压力值，然后记录一段时间后的结束压力值，通过压力泄漏率衡量被检端气密性情况。
压力释放阀的气密性检测过程如上图5所示。打开气泵，预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀，通过数字模块测量预压端和被检端的压力值。当压力值高于压力设定值10kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀。通过预压排气电磁阀调节压力，使压力值接近压力设定值。当接收到停止控制指令后，停止控制压力。数字模块压力值的变化则反映气路的密封性。
(四)通讯功能的实现
如下图6所示，通讯功能包括下位机和上位机的通讯，下位机和FPGA的通讯，下位机和数字模块的通讯；下位机和上位机的通讯通过RS232接口实现，下位机和FPGA的通讯通过SPI接口实现，下位机和数字模块的通讯通过RS232接口实现。
一种用于变压器的压力释放阀的校验装置，其包含机械部分和控制系统，其特征在于，所述的机械部分包含气泵，预压进气电磁阀，预压端气容和压力控制电磁阀，将待校验的压力释放阀与压力控制电磁阀相连，压力控制电磁阀通过预压端气容与预压进气电磁阀相连，预压进气电磁阀与气泵相连。
所述的预压端气容与预压端压力传感器相连。
所述的预压端气容与预压排气电磁阀相连。
所述的待校验的压力释放阀与被检排气电磁阀相连。
所述的机械部分的各部件之间通过通用接口连接。
所述的控制系统为四部分组成，第一部分为校准模块，第二部分为压力释放阀检测模块，第三部分为气密性检测模块，第四部分为通讯模块，四个模块分别与下位机程序相连。
所述的校准模块为预压校准和数字模块校准。
所述的压力释放阀检测模块分为预压控制，压力控制，读取动作压力值三部分。
所述的气密性检测模块分为压力控制和压力值上传二部分。
所述的通讯模块分为232通讯和SPI通讯二部分。
所述的控制系统的模块均为成熟的技术，在市场可以直接购买。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本校验装置，通过准静态压力的过程测试验证及气体可控压速率输出，从而达到与实验室校验装置相同的校验目的，同时储气压力较小(储气压力小于300kPa)，通过微型压力泵造压储气及快速电磁阀控制输出，使得功率远远小于实验室校验装置。且可以轻易实现现场校验(整套装置质量小于10kg)，对于压力释放阀故障的快速诊断和动作性能判定具有良好的作用。
【附图说明】
图1本发明的原理结构图。
图2本发明的控制系统结构图。
图3预压校准示意图；
图4数字模块校准框图；
图5气密性检测结构框图；
图6通讯功能结构框图；
图7速率控制通讯事件驱动流程；
图8速率控制主程序功能运行流程；
图9接收被检预压值设定通讯事件驱动流程；
图10接收被检预压值设定主程序功能运行流程。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种压力释放阀校验装置的具体实施方式。
实施例1
请参见附图1和2，一种压力释放阀校验装置，其包含气泵，预压进气电磁阀，预压端气容，预压排气电磁阀，预压端压力传感器，预压控制电磁阀，PC机，将待校验的压力释放阀通过通用接口与压力控制电磁阀相连，压力控制电磁阀通过预压端气容与预压进气电磁阀相连，预压进气电磁阀通过气泵与PC机的控制单元连接。
所述的预压端气容与预压端压力传感器相连。
所述的预压端气容与预压排气电磁阀相连。
所述的待校验的压力释放阀与被检排气电磁阀相连。
所述的待校验的压力释放阀通过数字模块与PC机的控制单元连接。
一种用于变压器的压力释放阀的校验方法，其具体步骤为，
(一)校准，
校准为预压校准和数字模块校准：
预压校准功能通过预压端压力传感器进行压力值的测量，在进行压力值测量之前，为了保证测量值的准确性，需要对压力值进行校准，过程框图如下图3所示；首先打开被检排气电磁阀，压力控制电磁阀和预压排气电磁阀，使预压端压力传感器直接与外界大气相通。待稳定一段时间后，把预压端传感器的AD码记录下来，作为零点校准时的AD码。然后进行满度校准。打开气泵，预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀。通过数字模块测量压力值，当压力值达到110kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀；通过预压排气电磁阀调节压力值，当压力值稳定在100kPa时，把预压端传感器的AD码记录下来，作为满程校准时的AD码。根据当前AD码，零点AD码和100kPa时的AD码进行压力值的计算。得到当前压力值。
数字模块校准：
数字模块校准包括零点校准和满程校准，如图4所示。数字模块在出厂时已经用标准压力源进行过校准。在使用过程中，如果压力值需要重新校准，可把数字模块与标准压力源直接相连进行校准。校准时先把数字模块与大气相通，稳定后向数字模块发零点校准命令。数字模块完成处理完零点校准指令后，单片机自动向数字模块发读取压力值指令，数字模块返回当前的压力值。把标准压力源的压力值调到0.25MPa，稳定后向数字模块发满程校准命令，数字模块处理完满程校准指令后，单片机自动向数字模块发读取压力值指令，数字模块返回当前的压力值。数字模块可通过恢复出厂设置命令使校准参数恢复为出厂时的状态。执行恢复出厂命令后10秒钟左右自动上传压力值。
单片机通过RS232接口与数字模块和ARM进行通讯。按通讯协议接收ARM的零点校准指令和满程校准指令，把指令按数字模块的通讯协议传给数字模块。数字模块处理完零点校准和满程校准指令后会给单片机发送零点校准和满程校准完成的应答帧，单片机接收到校准完成的应答帧后，按通讯协议向数字模块发送读取压力值指令，把数字模块读取的压力值通过单片机传给上位机。
(二)压力释放阀的检测
预压控制：
预压端的压力测量通过预压压力传感器把压力信号转变为mv信号，以差分信号的形式送给AD7714芯片进行AD转换把模拟信号转换为24位的数字信号。传感器信号通过配置控制字在AD芯片内部实现放大，放大倍数为32.然后通过计算把AD值换算为压力值。AD信号的测量采用中断的方式，当AD转换完成后，每隔20ms向单片机申请一次中断，单片机响应中断读取压力值的AD码。AD芯片和单片机采用同一时钟源。
压力控制过程中，通过控制电磁阀的占空比实现压力值的快速降压和慢速降压，通过气泵实现压力值的增加。电磁阀的占空比根据压力设定值的要求，按规律调节，维持压力值的稳定。在降压控制过程中，当压力设定值和压力测量值相差较大时，电磁阀的占空比较大，随着压力测量值越来越接近设定值，电磁阀的占空比则越来越小。当压力设定值和压力测量值相等时，电磁阀关闭。在升压过程中，通过控制气泵使压力值增加。为了避免气泵流量大造成的压力值波动，在升压阶段先使预压值高于设定值10kPa，然后通过调节电磁阀的占空比，在降压过程中实现压力值的微调。
压力控制：
采用调节电磁阀占空比的方式控制速率。在压力控制过程中，单片机以10ms为控制周期和测量周期，实时记录压力值，并且以数据递推的方式，每加入一个新的数据，就去掉一个旧的数据，更新数组的数据记录，使数组里的压力数据值始终为前最近的6个点的压力值。在压力释放阀动作后，压力持续降低，此时缓慢输出压力，监测压力释放阀压力如果变大，则完成一次检测过程，打开被检端电磁阀，压力释放阀的气路直接与大气相通，同时上传开启压力值和返回压力值。
(三)气密性的检测：
在气密性检测过程中，首先进行预压控制。在压力值达到设定值后，停止预压控制。经过设定时间后，记录起始压力值，然后记录一段时间后的结束压力值，通过压力泄漏率衡量被检端气密性情况。
压力释放阀的气密性检测过程如上图5所示。打开气泵，预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀，通过数字模块测量预压端和被检端的压力值。当压力值高于压力设定值10kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀。通过预压排气电磁阀调节压力，使压力值接近压力设定值。当接收到停止控制指令后，停止控制压力。数字模块压力值的变化则反映气路的密封性。
(四)通讯功能的实现
如下图6所示，通讯功能包括下位机和上位机的通讯，下位机和FPGA的通讯，下位机和数字模块的通讯；下位机和上位机的通讯通过RS232接口实现，下位机和FPGA的通讯通过SPI接口实现，下位机和数字模块的通讯通过RS232接口实现。
压力释放阀检定校验控制程序：
速率控制通讯事件驱动流程，见图7。
速率控制主程序功能运行流程见图8，
接收被检预压值设定通讯事件驱动流程见图9，
接收被检预压值设定主程序功能运行流程见图10，
压力释放阀校验装置的调试及验证
在压力释放阀校验装置完成出厂调试验收后，项目组在实验室也进行了大量测试研究，对装置的特性和压力释放阀的特性进行了全面的了解，也验证了装置的可靠性。具体方法和数据如下：
重复性测试：
装置重复性测试是为了验证装置多次测量结果的一致性，是装置的基本计量特性。测量方法是对稳定的同一被测对象进行多次测量，结果符合设计技术指标。本装置对2只不同定值的压力释放阀分别进行了15次单独测量，结果分别如下表8、9(单位：kPa)。经过测试，验证了装置的重复性符合设计要求。
表8重复性测试-1
标准偏差 0.616；平均值 57.06
表9重复性测试-2
标准偏差 0.52；平均值 81.9
稳定性测试：
装置稳定性测试是为了验证装置测量结果的长期一致性，也是装置的基本计量特性。测量方法是对稳定的同一被测对象在一段时间内进行多次测量，结果符合设计技术指标。本装置对2只不同定值的压力释放阀在2个月内分别进行了5次单独测量，结果分别如下，经过测试，验证了装置的稳定性符合设计要求。
表10稳定性测试数据-1
标准偏差 0.48；平均值 58.9
表11稳定性测试数据-2
标准偏差 0.68；平均值 81.7
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种用于变压器的压力释放阀的校验方法，其特征在于，具体步骤为，
(一)校准
校准为预压校准和数字模块校准：
(二)压力释放阀的检测
检测分为预压控制和压力控制，
(三)气密性的检测：
气密性的检测过程为：打开气泵和预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀，通过数字模块测量预压端和被检端的压力值；当压力值高于压力设定值10kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀；通过预压排气电磁阀调节压力，使压力值接近压力设定值；当接收到停止控制指令后，停止控制压力；数字模块压力值的变化则反映气路的密封性；
(四)通讯功能的实现
通讯功能包括下位机和上位机的通讯，下位机和FPGA的通讯，下位机和数字模块的通讯；下位机和上位机的通讯通过RS232接口实现，下位机和FPGA的通讯通过SPI接口实现，下位机和数字模块的通讯通过RS232接口实现；
所述的预压校准过程为：首先打开被检排气电磁阀、压力控制电磁阀和预压排气电磁阀，使预压端压力传感器直接与外界大气相通；待稳定一段时间后，把预压端压力传感器的AD码记录下来，作为零点校准时的AD码；然后进行满度校准；打开气泵和预压进气电磁阀，关闭预压排气电磁阀，打开压力控制电磁阀，关闭被检排气电磁阀；通过数字模块测量压力值，当压力值达到110kPa时，关闭气泵和预压进气电磁阀；通过预压排气电磁阀调节压力值，当压力值稳定在100kPa时，把预压端压力传感器的AD码记录下来，作为满程校准时的AD码；根据当前AD码，零点AD码和100kPa时的AD码进行压力值的计算；得到当前压力值。
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