CN104880235B - 一种电场测量变压器套管内油位的指示器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电场测量变压器套管内油位的指示器，包括电源单元，电源单元分别向单片机处理器、LCD显示屏、电容数字转换单元供电，电容检测电极向电容数字转换单元单向传输，电容数字转换单元与单片机处理器相互传输，单片机处理器向LCD显示屏单向传输，利用变压器油和空气的介电常数不同，在有油和无油时检测电极间的电容值不同来判断油位的位置，测量过程通过上下移动，多点测量，逐渐找到油位位置，实现了非带电条件下非接触式多点测量变压器套管内油位的目的，具有精度高、安全性高的优点。

Description

一种电场测量变压器套管内油位的指示器及其测量方法

技术领域

本发明属于液位检测技术领域，具体一种电场测量变压器套管内油位的指示器及其测量方法。

背景技术

变压器是一种用来改变电压和电流的电气设备，在整个电力系统中发挥着相当重要的作用，不仅需要数量多，而且要求运行安全可靠，性能良好，变压器的健康状况是整个电网安全运行的前提，一旦变压器损坏停运，就会给整个电力系统运行造成损失。变压器主要由铁心、油箱、绕组和套管等部件组成。变压器绕组是依靠套管将引线引出箱外的，套管起到对油箱的固定、绝缘和输送电流到箱外的作用。不仅要长期承受着工作电压和电流，还承受着变压器内外部故障时所产生的各种过电压和短路电流，运行条件十分恶劣。近来来对变压器的故障统计表明，套管故障占有较高比例。因此只有确保其密封性能、绝缘强度、热稳定性良好，才能保证其安全运行。

油位是变压器套管的重要检测参数之一，及时发现油位过低或过高并采取相应措施对于确保电力变压器安全运行具有重要意义。当油位过高时，可能造成变压器套管内部油压增大，同时还会造成溢油。当油位过低，空气进入套管内部可能造成绝缘水平降低而形成局部放电。由此可见，变压器套管在运行中要求有一定的油位，所以需要对油位经常进行检测，以保证电站的正常工作。目前，对于变压器套管等电力设备的液位主要通过红外测温进行检测。变压器在投入运行后，其自身的负载损耗和空载损耗将使变压器油的温度升高，从而变压器套管会与周围环境出现温度差异，套管内部有油部分和无油部分也会形成明显的温度差异。由于对套管内部油位位置的精度要求不是很高，只要能知道大致位置在哪，便可以很好的消除油位异常带来的安全隐患。所以利用红外热成像技术，可将高压油发出的红外辐射转变为可见的热分布图像，从而可以得到变压器套管内部的油位信息。但是这种测量方法只能在线测量，无法在断电的情况下测量，反而在变压器套管油位出现异常时，紧急断电后，变压器油温度会和环境一致，由于不知道油位的最新位置从而无法重新安全上电进行工作，这给实际生产带来了很多的不便和安全隐患。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电场测量变压器套管内油位的指示器及其测量方法，利用变压器油和空气的介电常数不同，在有油和无油时检测电极间的电容值不同来判断油位的位置，测量过程通过上下移动，多点测量，逐渐找到油位位置，实现了非带电条件下非接触式多点测量变压器套管内油位的目的，具有精度高、安全性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电场测量变压器套管内油位的指示器，包括电源单元，电源单元分别向单片机处理器、LCD显示屏、电容数字转换单元供电，电容检测电极向电容数字转换单元单向传输，电容数字转换单元与单片机处理器相互传输，单片机处理器向LCD显示屏单向传输。

所述的电容检测电极是一对带金属屏蔽层的电容极板，分别采用平行板型电容电极和圆弧型电容电极，分别通过双绞屏蔽线连接到电容数字转换单元的电容输入端，电容检测电极外贴于变压器套管壁上，通过上下移动，多点测量来检测油面位置。

所述的单片机处理器为低功耗单片机芯片MSP430F149，单片机处理器的时钟工作频率为8MHz。

所述的电容数字转换单元主要器件为24位电容数字转换芯片AD7745,该转换芯片精度可达4fF,量程范围为8pF。

一种电场测量变压器套管内油位的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将电容检测电极对分别紧贴在变压器套管确定有油位置处的两侧；

2）启动电容数字转换单元，将电容检测电极间的电容值通过24位电容数字转换芯片AD7745转成数字量，通过I²C接口将数字量传送给单片机；

3）在单片机收到数字量电容值后，通过计算和转换，将电容值存储并通过LCD显示屏显示当前的电容值和有油的油位状态；

4）将电容检测电极对沿着变压器套管逐渐上移，采用多点测量的方法重复上面的3个步骤，当电容检测电极从有油处移到无油处时，电容的变化量很大，通过电容值的变化，来判断变压器套管油位状态的改变，并将电容值和油位状态显示在LCD显示屏上。

本发明的有益效果是：

一种电场测量变压器套管内油位的指示器，本发明采用非接触式多点测量变压器套管电容来实现在掉电情况下对变压器套管的油位进行检测，经实际使用检验，可以准确的找到变压器套管油面所在位置，为电力系统变压器重新上电提供了安全保障。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

图2为本发明的测量示意图。

图3为电容检测电极（单侧）示意图。

其中，1为单片机处理器；2为LCD显示屏；3为电容数字转换单元；4为电源单元；5为电容检测电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，一种电场测量变压器套管内油位的指示器，包括电源单元4，电源单元4分别向单片机处理器1、LCD显示屏2、电容数字转换单元3供电，电容检测电极5向电容数字转换单元3单向传输，电容数字转换单元3与单片机处理器1相互传输，单片机处理器1向LCD显示2单向传输。

所述的电容检测电极5是一对带金属屏蔽层的电容极板，分别采用平行板型电容电极和圆弧型电容电极，分别通过双绞屏蔽线连接到电容数字转换单元3的电容输入端，电容检测电极5外贴于变压器套管壁上，通过上下移动，多点测量来检测油面位置。

所述的单片机处理器1为低功耗单片机芯片MSP430F149，单片机处理器的时钟工作频率为8MHz。

所述的电容数字转换单元2主要器件为24位电容数字转换芯片AD7745,该转换芯片精度可达4fF,量程范围为8pF。

一种电场测量变压器套管内油位的测量方法，包括以下步骤：

1）将电容检测电极对分别紧贴在变压器套管确定有油位置处的两侧；

2）启动电容数字转换单元，将电容检测电极间的电容值通过24位电容数字转换芯片AD7745转成数字量，通过I²C接口将数字量传送给单片机；

3）在单片机收到数字量电容值后，通过计算和转换，将电容值存储并通过LCD屏显示当前的电容值和有油的油位状态；

4）将电容检测电极对沿着变压器套管逐渐上移，采用多点测量的方法重复上面的3个步骤，当电容检测电极从有油处移到无油处时，电容的变化量很大，通过电容值的变化，来判断变压器套管油位状态的改变，并将电容值和油位状态显示在LCD显示屏上。

本发明的工作原理:利用变压器油和空气的介电常数不同，所以在有油和无油位置处的电容值大小不同，通过电容数字转换单元将电容检测电极对间的电容值转换成数字量传送给单片机，单片机通过对数据进行处理，最终将当前的电容值以及油位状态显示在LCD显示屏。

Claims (5)

1.一种电场测量变压器套管内油位的指示器，包括电源单元（4），其特征在于，电源单元（4）分别向单片机处理器（1）、LCD显示屏（2）、电容数字转换单元（3）供电，电容检测电极（5）向电容数字转换单元（3）单向传输，电容数字转换单元（3）与单片机处理器1相互传输，单片机处理器（1）向LCD显示屏（2）单向传输。

2.根据权利要求1所述的一种电场测量变压器套管内油位的指示器，其特征在于，所述的电容检测电极（5）是一对带金属屏蔽层的电容极板，分别采用平行板型电容电极和圆弧型电容电极，分别通过双绞屏蔽线连接到电容数字转换单元（3）的电容输入端，电容检测电极（5）外贴于变压器套管壁上，通过上下移动，多点测量来检测油面位置。

3.根据权利要求1所述的一种电场测量变压器套管内油位的指示器，其特征在于，所述的单片机处理器（1）为低功耗单片机芯片MSP430F149，单片机处理器的时钟工作频率为8MHz。

4.根据权利要求1所述的一种电场测量变压器套管内油位的指示器，其特征在于，所述的电容数字转换单元（2）主要器件为24位电容数字转换芯片AD7745,该转换芯片精度可达4fF,量程范围为8pF。

5.一种电场测量变压器套管内油位的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将电容检测电极对分别紧贴在变压器套管确定有油位置处的两侧；

2）启动电容数字转换单元，将电容检测电极间的电容值通过24位电容数字转换芯片AD7745转成数字量，通过I²C接口将数字量传送给单片机；

3）在单片机收到数字量电容值后，通过计算和转换，将电容值存储并通过LCD显示屏显示当前的电容值和有油的油位状态；

4）将电容检测电极对沿着变压器套管逐渐上移，采用多点测量的方法重复上面的3个步骤，当电容检测电极从有油处移到无油处时，电容的变化量很大，通过电容值的变化，来判断变压器套管油位状态的改变，并将电容值和油位状态显示在LCD显示屏上。