CN105758514A - 一种热电转换取能式变压器监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于热电转换取能式变压器监测装置，包括温差发电片、散热鳍片、散热风扇、电压调制电路、充电电池、稳压电路、测振动元件、信号调制电路、信号采集电路、控制器、通信模块。温差发电片、散热鳍片、散热风扇、电压调制电路、充电电池、稳压电路组成变压器监测装置的电源系统。温差发电片产生的电压输出连接电压调制电路，经电压调制电路到充电电池。当变压器工作的时候会产生大量的热能，本发明利用温差发电片将变压器工作时发出的热能直接转化成电能，并将该能量用于给变压器监测装置供电，本发明安装、维护简单方便，不会影响电网的正常运行，无需外加电源，适用于配电间工作环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电转换取能式变压器监测装置，属变压器监测技术领载域。
背景技术
电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，它能够把一种等级的电压转变成另外一种等级的电压。利用它可以把不同电压的电网联结在一起，组成复杂的电网。提高电力系统中最重要、最昂贵的电力变压器运行显得尤为重要。因此，人们开始关注变压器状态监测的研究与应用。传统的监测方法与电力系统有电气连接，操作存在危险性，而变压器振动监测法是通过粘在变压器身上的振动加速度传感器获取变压器的振动信号，以一种与电力系统完全无电气连接的方式对变压器状态进行监测，是一种安全无干扰和可靠的方式在线监测，可以极大的提高诊断的实时性和准确性。但是在配电间内加装振动监测模块时，现有变压器附近不会有直接的取电接口，因此就必须为振动监测模块研制一种长期稳定可靠的电源。
近年来，用于电力线路监测设备的电源主要有四种供电方式：（1）蓄电池供电，在现有配电间中多使用蓄电池为传感器（如温、湿传感模块、振动传感模块及信号发送单元等设备）供电，缺点是更换不便且不能保证持续性；（2）光伏-蓄电池供电，光伏电源虽然发展成熟，但其不能工作在没有阳光甚至阳光强度不足的地方，如配电间、地下电缆，并且光伏电池板易积累灰尘，维护不便，安装不便；（3）激光供电，激光供能传输的功率较小，寿命短，成本昂贵，不能满足电力线路各种监测设备的供能需求；（4）从导线抽取电能供电，即取能装置供电，该类型取能装置可以分为：从电场中取能的分压电容装置和从磁场中取能的互感取能装置，分压电容装置取能功率有限，尺寸较大，不适合用于配电线路且危险性大，而互感取能装置对电磁环境要求较高，不适用于变压器的强电磁环境下。因此，为变压器振动检测模块寻找一种新的供电方式显得十分有意义。
现有的振动监测装置都是采用单独电源供电，集成度低，现场布线不便，以及容易出现线路老化、抗干扰能力不足等问题，从而无法有效监测变压器运行状态。
发明内容
本发明的目的是，为了解决现有的配电间中用变压器监测模块供电困难的问题，提供一种热电转换取能式变压器监测装置及其供电方法。
实现本发明的技术方案是，一种热电转换取能式变压器监测装置包括温差发电片、散热鳍片、散热风扇、控制器、信号采集电路、信号调制电路、测振动元件、通信模块、稳压电路、电压调制电路和充电电池。
所述温差发电片、散热鳍片、散热风扇、电压调制电路、稳压电路和充电电池构成了整个监测装置的电源模块；散热鳍片连接温差发电片的高温端；温差发电片产生的电压输出连接电压调制电路，经电压调制电路到充电电池；充电电池连接信号采集电路，信号采集电路采集充电电池的电池信息；控制器与散热风扇相连接；充电电池经稳压电路分别向信号调制电路和通信模块供电；信号调制电路通过信号采集电路连接控制器，并向控制器输出采集信号；控制器通过控制散热风扇控制供给温差发电片的热源，从而控制整个电源模块的输出；测振元件与通信模块互联，测振元件连接信号调制电路。
所述测振元件指压阻、压电或电容式加速度元件。
所述电压调制电路，包括滤波电路、过电压保护电路、整流滤波电路。
所述温差发电片的冷端与散热鳍片、散热风扇依次贴合安装；温差发电片的热端直接安装在电压器壳体上，将变压器工作过程中产生的废热收集起来，并将其转换为电能为变压器监测装置供电。
所述信号采集电路完成对信号调制电路输出信号的采集，实现振动信号的模数转换，同时完成对电压调制电路的输入、输出电压的采集和充电电池的电压的采集。
所述控制器实时监测变压器振动数据、温差发电片输出电压数据以及充电电池的电量，实现对电量的分配、对变压器运行状态的判定，同时控制通信模块发送实时监测数据、调整风扇转速。
本发明所述装置的供电方法为：当变压器工作时，温差发电片的冷、热端温差足够，温差发电片将热能转化为电能，然后所述电压调制电路开始工作将电压抬升，并将信号发送给信号采集电路；控制器根据信号采集电路获取的电压信息，发出控制指令，调整散热风扇转速，维持温差发电片冷、热端足够温差；在所述充电电池中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路，同时电能也输送给稳压电路，从而稳定直流输出；
当变压器出现高温异常时，温差发电片热端温度升高，所述电压调制电路输入端电压增大，控制器根据信号采集电路获得取得电压信息，发出控制指令，调整散热风扇为高速运转，一方面冷却温差片冷端，获取更大温差进而获得更多电能，另一方面通过散热风扇的强制制冷给整个监测装置降温，排除自身因素影响，若电压输出值持续性维持在高电位水平，则执行器判断为变压器高温异常，并发出指令，经由通信模块发送状态信息。
本发明的有益效果是，在本发明热电转换取能式变压器监测装置电源模块的配合下，测振模块能够在配电间的复杂环境下，不需要外接电源和现场布线，独立完成对变压器的振动监测和温度异常监测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1是温差发电片、2是散热鳍片、3是散热风扇、4是控制器、5是信号采集电路、6是信号调制电路、7是测振动元件、8是通信模块、9是稳压电路、10是充电电池、11是电压调制电路。
具体实施方式
本发明具体实施方式如图1所示。
本实施例一种热电转换取能式变压器监测装置包括温差发电片１、散热鳍片２、散热风扇３、控制器４、信号采集电路５、信号调制电路６、测振动元件７、通信模块８、稳压电路９、电压调制电路11和充电电池10。
所述温差发电片、散热鳍片、散热风扇、电压调制电路、稳压电路和充电电池构成了整个监测装置的电源模块。散热鳍片连接温差发电片的高温端，温差发电片冷端与测振元件端面粘结；温差发电片产生的电压输出连接电压调制电路，经电压调制电路到充电电池；充电电池连接稳压电路。
测振动元件连接信号调制电路；信号调制电路连接信号采集电路；信号采集电路连接控制器；测振动元件与通信模块互联；电源模块的稳压电路连接信号调制电路；电源模块的充电电池连接信号采集电路，电源模块的电压调制电路连接控制器。
本实施例的工作过程如下：当变压器工作时，温差发电片的冷、热端温差足够，温差发电片将热能转化为电能，然后所述电压调制电路开始工作将电压抬升，并将信号发送给信号采集电路；控制器根据信号采集电路获取的电压信息，发出控制指令，调整散热风扇转速，维持温差发电片冷、热端足够温差；在所述充电电池中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路，同时电能也输送给稳压电路，从而稳定直流输出；当变压器出现高温时，温差发电片热端温度升高，所述电压调制电路输入端电压增大，控制器根据信号采集电路获得取得电压信息，发出控制指令，调整散热风扇为高速运转，冷却温差片冷端，获取更大温差进而获得更多电能。电源模块的稳压电路向其他模块输出电能，实现向振动监测模块和通信模块供能的供能。
当变压器工作时，温差发电片冷、热端温差足够，温差发电片将热能转化为电能，散热风扇中速运转，维持温差发电片冷、热端足够温差；在变压器正常工作时，温差发电片捕获的热能稳定，输出电压稳定，执行器判断为变压器温度正常，发出指令，经由通信模块发送状态信息；当变压器出现高温异常时，温差发电片热端温度升高，所述电压调制电路输入端电压增大，控制器根据信号采集电路获得取得电压信息，发出控制指令，调整散热风扇为高速运转，一方面冷却温差片冷端，获取更大温差进而获得更多电能，另一方面通过散热风扇的强制制冷给整个监测装置降温，排除自身因素影响，若电压输出值持续性维持在高电位水平，则执行器判断为变压器高温异常，并发出指令，经由通信模块发送状态信息。通过监测电源模块的电压水平实现了变压器温度监测功能。
Claims (7)
1.一种热电转换取能式变压器监测装置包括温差发电片、散热鳍片、散热风扇、控制器、信号采集电路、信号调制电路、测振动元件、通信模块、稳压电路、电压调制电路和充电电池；
所述温差发电片、散热鳍片、散热风扇、电压调制电路、稳压电路和充电电池构成了整个监测装置的电源模块；所述散热鳍片连接温差发电片的高温端；温差发电片产生的电压输出连接电压调制电路，经电压调制电路到充电电池；
所述充电电池连接信号采集电路，信号采集电路采集充电电池的电池信息；所述控制器与散热风扇相连接；充电电池经稳压电路分别向信号调制电路和通信模块供电；所述信号调制电路通过信号采集电路连接控制器，并向控制器输出采集信号；所述控制器通过控制散热风扇控制供给温差发电片的热源，从而控制整个电源模块的输出；所述测振元件与通信模块互联，测振元件连接信号调制电路。
2.根据权利要求１所述一种热电转换取能式变压器监测装置，其特征在于，所述装置的供电方法为：当变压器工作时，温差发电片的冷、热端温差足够，温差发电片将热能转化为电能，然后所述电压调制电路开始工作将电压抬升，并将信号发送给信号采集电路；控制器根据信号采集电路获取的电压信息，发出控制指令，调整散热风扇转速，维持温差发电片冷、热端足够温差；在所述充电电池中，实现电能的存储并将信号发送给信号采集电路，同时电能也输送给稳压电路，从而稳定直流输出；
当变压器出现高温异常时，温差发电片热端温度升高，所述电压调制电路输入端电压增大，控制器根据信号采集电路获得取得电压信息，发出控制指令，调整散热风扇为高速运转，一方面冷却温差片冷端，获取更大温差进而获得更多电能，另一方面通过散热风扇的强制制冷给整个监测装置降温，排除自身因素影响，若电压输出值持续性维持在高电位水平，则执行器判断为变压器高温异常，并发出指令，经由通信模块发送状态信息。
3.根据权利要求１所述一种热电转换取能式变压器监测装置，其特征在于，所述测振元件指压阻、压电或电容式加速度元件。
4.根据权利要求１所述一种热电转换取能式变压器监测装置，其特征在于，所述电压调制电路，包括滤波电路、过电压保护电路、整流滤波电路。
5.根据权利要求１所述一种热电转换取能式变压器监测装置，其特征在于，所述温差发电片的冷端与散热鳍片、散热风扇依次贴合安装；温差发电片的热端直接安装在电压器壳体上，将变压器工作过程中产生的废热收集起来，并将其转换为电能为变压器监测装置供电。
6.根据权利要求１所述一种热电转换取能式变压器监测装置，其特征在于，所述信号采集电路完成对信号调制电路输出信号的采集，实现振动信号的模数转换，同时完成对电压调制电路的输入、输出电压的采集和充电电池的电压的采集。
7.根据权利要求１所述一种热电转换取能式变压器监测装置，其特征在于，所述控制器实时监测变压器振动数据、温差发电片输出电压数据以及充电电池的电量，实现对电量的分配、对变压器运行状态的判定，同时控制通信模块发送实时监测数据、调整风扇转速。
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