CN106595808B - 一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置，包括分别安装在呼吸器上最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位的光源检测装置，所述光源检测装置包括光源发射模块、光源接收模块及用于将光源发射模块发射的光反射给光源接收模块的反射镜，所述光源发射模块发射的光所形成的发射光柱与经反射镜反射的光所形成的反射光柱处于同一水平面。本发明能够在线全过程检测呼吸工作状态和油位变化情况，无需再要巡检人员到现场巡查，通过该发明检测的数据分析能可靠分析呼吸是否工作正常，提高充油电气设备的安全运行可靠性。

Description

一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置

技术领域

本发明涉及变压器、电抗器等充油电气设备的在线检测技术领域，具体涉及一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置。

背景技术

变压器储油柜内的胶袋或隔膜将变压器储油柜分成浮动的下部油室、上部气室，变压器本体经管道与储油柜的下部油室相通，变压器储油柜的上部气室经管道与呼吸器相通，呼吸器再与外界相通保持储油柜内上部气室气压与柜室外气压相等。变压器本体内的绝缘油因环境天气温度变化或运行负荷变化引起温度变化而发生绝缘油的体积膨涨或收缩，随油温升高，油的体积膨胀，本体油箱中多余的油进入储油柜下部油室，储油柜下部油室体积增加，上部气室内的气体受排挤通过呼吸器排入大气；当本体油箱内的油温降低、油体积收缩时，下部油室的油进入变压器本体，储油柜下部油室体积减小，同时大气通过呼吸器被吸进储油柜上部气室。呼吸器工作时，内装的硅胶干燥剂和油杯内的油吸收进入变压器储油柜上部气室内的空气中的水分和杂质，使变压器内绝缘油保持良好的电气性能，防止潮湿空气和杂质直接进入变压器储油柜上部气室内，使变压器油受潮、污染，降低或破坏变压器的绝缘强度，以致绕组烧毁。

除了膨胀式散热器的变压器外，无论是配电变压器，还是中型变压器乃至大型变压器，都装有呼吸器，它是变压器上部气室与外界进行气体交换的必经屏障，它对进入变压器的气体起干燥过滤作用，其作用至关重要。当呼吸器发生堵塞或内装硅胶发生较大程度的潮解或油杯内油位过低或呼吸器及连接管连接处密封漏气，都对变压器的安全运行带来威胁。作为变电巡检人员，必须对呼吸器的运行情况进行用心巡视，精心维护。现场实际情况是巡检人员在现场巡视时间有限，呼吸器的内、外气压趋平衡或呼吸器发生堵塞或油杯内油位过低或呼吸器及连接管连接处密封漏气等异常状态，不能直接观察到呼吸器内、外油杯间油位变化或呼吸气泡，不能准确判断呼吸器是否处正常工作状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置检测方法，能够实现免常规巡视的远程监控呼吸器内、外油杯间油位变化和呼吸过程，准确判断呼吸器是否处正常工作状态，并为实现充油电气设备油路呼吸的技术数据统计和分析提供实时在线检测数据。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置，包括分别安装在呼吸器上最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位的光源检测装置，所述光源检测装置包括光源发射模块、光源接收模块及用于将光源发射模块发射的光反射给光源接收模块的反射镜，所述光源发射模块发射的光所形成的发射光柱与经反射镜反射的光所形成的反射光柱处于同一水平面。

所述反射镜安装于呼吸器外油杯的内侧，所述光源发射模块和光源接收模块分别位于呼吸器的外侧，且与呼吸器上最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位呈相对设置。

所述最高油位位置的发射光柱与反射光柱与最高油位线水平面重合，所述最低油位位置的发射光柱与反射光柱与最低油位线水平面重合。

所述呼吸动作检测位置的发射光柱与反射光柱的上方平面位置与内油杯法兰底部水平面重合，且呼吸动作检测位置的发射光柱与反射光柱的宽度能够完全覆盖通过内油杯法兰的内油杯呼吸口。

所述参考标准油位位置的发射光柱和反射光柱始终完全沉浸在油内，不受油面变化和呼吸气泡的影响，随油质变化提供动态的标准参考值。

所述反射镜包括两个长条形的第一平面镜和第二平面镜，所述第一平面镜和第二平面镜的曲面形状与呼吸器外油杯内侧的形状相匹配，第一平面镜和第二平面镜分别竖直设置于呼吸器外油杯的内侧，且第一平面镜和第二平面镜的顶端均应超过呼吸器上的最高油位线。

所述发射光柱与反射光柱均为扁平柱状单色光，发射光柱与反射光柱的长度和横截面积均相同。

所述光源接收模块包括光电传感器，所述光电传感器采集的光电信号数值通过控制模块进行分析并发出当前油位信息。

一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置的检测方法，包括以下步骤：

(1)正常呼吸过程中，低油位面在油杯的最低油位线及以上发生升降，若发生油杯内油位面低出最低油线位置，则扁平柱形单色光柱将局部或完全会曝露在空气中，低油位线处的光电传感器所接受到的光信号由弱变强，将最低油位的光电传感器所接受到的光电信息与标准扁平柱形单色光柱产生的标准电信息参考值和所处时间的高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值进行对比，当低油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值趋向标准位置光电传感器所接受到的光电信号数值，说明油杯内油位正常，当低油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值大于标准位置光电传感器所接受到的光电信号数值，但小于高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值，说明油杯内油位偏低，控制模块发出油杯油位偏低信息，需要安排人工补油。当低油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值趋向所处时间的高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值，说明油杯内油位快到最低油位线，控制模块发出油杯油位过低信息，需要及时人工补油，否则会较短时间内发生呼吸空气失去过滤的能力；

(2)呼吸动作检测过程中，内油杯法兰底面的内油杯呼吸口是空气进、出流通的唯一通道，呼吸口的气泡将改变呼吸动作扁平柱形单色光柱所产生的检测电信息，将呼吸动作检测过程中内油杯法兰底面的扁平柱形单色光柱所产生的光电信息与标准扁平柱形单色光柱产生的标准光电信息参考值进行对比，内油杯法兰底面的扁平柱形单色光柱所产生的光电信息短时大于标准扁平柱形单色光柱产生的标准光电信息参考值后即恢复到标准扁平柱形单色光柱产生的标准光电信息参考值附近，一天的时间内因负荷或环境温度的变化，在不同的时间段内，呼吸动作检测的扁平柱形单色光柱所产生的光电信息数值会发生间隙性波动，当其数值发生变化时，说明呼吸器正常运行。当变压器本体温度发生变化，而呼吸动作检测的扁平柱形单色光柱所产生的光电信息数值没有发生间隙性波动，说明存在呼吸堵塞或其封闭的中间连接环节发生与大气环境直接形成通路的可能，控制模块发出呼吸异常信息，需要人工及时检查抢修处理，否则可能会发生呼吸失去空气过滤和干燥或直接引起事故；

(3)呼吸过程中，高油位面在油杯的最高油位线及以下发生升降，若发生油杯内油位面超出最高油线位置，则扁平柱形单色光柱将局部或完全会被高油位面浸入，高油位线处的光电传感器所接受到的光信号由强变弱，将最高油位的光电传感器所接受到的光电信息与标准扁平柱形单色光柱产生的标准电信息参考值进行对比，当高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值趋向标准位置光电传感器所接受到的光电信号数值，说明油杯内油位已经越线，控制模块发出油杯油位过高信息，需要及时人工降低最高油位，否则可能存在油杯内油浸入硅胶桶内，使硅胶丧失干燥功能。

由上述技术方案可知，本发明在线全过程检测呼吸工作状态和油位变化情况，无需再要巡检人员到现场巡查，现场实际是即便巡检人员在呼吸器旁也不能确保刚好是呼吸器在呼吸过程中，事实是巡检人员经常无法判断呼吸器是否正常工作。通过该发明检测的数据分析能可靠分析呼吸是否工作正常。提高充油电气设备的安全运行可靠性。实现《国家电网公司输变电智能化领域行动计划顶层设计》(国网运维检修部)(二○一六年六月)，其中提出设备智能化技术的设备本体顶层设计条款“电力变压器智能呼吸器关键技术研究及应用”。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1～3所示，呼吸器包括外油杯1和内油杯2，内油杯2的底部为内油杯法兰21，在内油杯法兰21上开设有多个呼吸口22，外油杯1与内油杯2之间形成呼吸间隙23。

该呼吸器油杯呼吸动作过程：

吸气过程：负压作用下，外油杯1内油经内外油杯1间呼吸间隙23通过内油杯呼吸口22流进内油杯2，当内油杯2油位上升，外油杯1油位降低至一定位置时，环境中的空气经内油杯2和外油杯1之间形成的呼吸空隙23通过内油杯呼吸口22进入内油杯2中，由于环境中的空气比重低于油的比重，在浮力作用下使空气泡经过油过滤后进入硅胶室干燥，再进入储油柜上部气室内，储油柜上部气室内压力恢复升高，内油杯2油位下降，外油杯1油位上升，达到新的动态压力平衡，实现呼吸器的吸气过程的空气过滤和干燥。

呼气过程：正压作用下，内油杯2内油经内油杯呼吸口22流进外油杯1中，此时外油杯1油位上升，内油杯2的油位降低至一定位置，经过硅胶室的储油柜内空气泡通过内油杯呼吸口排至外油杯，由于储油柜内空气比重低于油比重，浮力作用使储油柜内空气泡再经内外油杯间呼吸空隙排出，内油杯2的油位下降，外油杯1的油位上升，达到新的该，实现呼吸器的呼气过程。图1中，箭头方向表示呼吸空气流动方向。

本实施例的电气设备油路呼吸器工作状态监测装置，包括光源发射模块4、光源接收模块5及用于将光源发射模块发射4的光反射给光源接收模块5的反射镜3，反射镜3安装于呼吸器外油杯1的内侧，光源发射模块4和光源接收模块5均为多个，该多个光源发射模块4和光源接收模块5分别分布在呼吸器外侧且与呼吸器上最高油位13、最低油位12、呼吸动作检测位置14及参考标准油位11呈相对设置，经光源发射模块4发射的光所形成的发射光柱41与经反射镜3反射的光所形成的反射光柱42处于同一水平面且发射光柱41与反射光柱42与呼吸器内油杯2中的呼吸口22上、下呈相对设置，发射光柱41与反射光柱42均为扁平状单色光，发射光柱41与反射光柱42的横截面积相同，以使呼吸器内油杯法兰21移动到发射光柱41、反射光柱42位置时，该发射光柱41和反射光柱42能够覆盖呼吸器内油杯2上的呼吸口22。

本实施例的反射镜3包括两个长条形的第一平面镜和第二平面镜，第一平面镜和第二平面镜的曲面形状与呼吸器外油杯1内侧的形状相匹配，第一平面镜和第二平面镜分别竖直设置于呼吸器外油杯1的内侧，且第一平面镜和第二平面镜的顶端均应超过呼吸器上的最高油位线13。发射光柱41与反射光柱42均为扁平柱状单色光，发射光柱41与反射光柱42的长度和横截面积均相同。光源接收模块5包括光电传感器，光电传感器采集的光电信号数值通过控制模块进行分析并发出当前油位信息。

如图1、3所示，最高油位位置的发射光柱41与反射光柱42与最高油位线13水平面重合，最低油位位置的发射光柱41与反射光柱42与最低油位线12水平面重合。呼吸动作检测位置14的发射光柱41与反射光柱42的上方平面位置与内油杯法兰21底部水平面重合，且呼吸动作检测位置14的发射光柱41与反射光柱42的宽度能够完全覆盖通过内油杯法兰21的内油杯呼吸口22。

参考标准油位11位置的发射光柱41和反射光柱42始终完全沉浸在油内，不受油面变化和呼吸气泡的影响，随油质变化提供动态的标准参考值。

由于空气和油对单色光的吸收率不同，光接收模块5所接收到的光电转换信号随扁平柱形单色光柱路径中空气和油所占空间比例变化而变化。为判断所接收光电信号的正确性和可靠性，在同一油杯内，靠近底部充满油且不会发生注入空气的空间内作为参考标准油位，在该位置发射同源的一根扁平柱形单色光柱，经同一反射镜实现多次反射后由同一型号的光电接收转换模块接收信号，其扁平柱形单色光柱作为标准参考值。

设备制造厂在设备出厂前已在油杯上明确标注最高油位13和最低油位12。在最高油位13、最低油位12和呼吸动作检测位置14分别安置同源的并且与标准扁平柱形单色光柱相同截面积和光照强度的扁平柱形单色光柱，各条单色方形冷光柱通过同一组反射镜实现多次反射后保持扁平柱形单色光柱路径长度一致，由同一型号的光电接收转换模块接收信号。最高油位位置13的扁平柱形单色光柱的底面与最高油位线水平面重合。最低油位位置的扁平柱形单色光柱的底面位置与最低油位线水平面重合。呼吸动作检测位置的扁平柱形单色光柱的上方平面位置与内油杯法兰21底水平面重合且呼吸动作检测位置的扁平柱形单色光柱宽度完整的覆盖通过内油杯法兰21的内油杯呼吸口22。

检测过程：每天24小时内，由于环境温度和负荷波动必然会引起变压器储油柜下部油室内油的体积发生变化，必然引起呼吸器发生呼吸动作过程。呼吸过程中最高油位13面在油杯的最高油位线及以下发生升降，若发生油杯内油位面超出最高油位线13的位置，则扁平柱形单色光柱将局部或完全会被高油位面浸入，最高油位线13处的光电传感器所接受到的光信号由强变弱，通过光电传感器接收反射镜反射的单色光信号，将最高油位、最低油位及呼吸动作检测位置的光电传感器所接受到的单色光信号数值与参考标准油位处的光电传感器所接受到的单色光信号参考值进行对比，当高油位线13处的光电传感器所接受到的单色光信号数值趋向参考标准油位的光电传感器所接受到的单色光信号参考值，说明油杯内油位已经越线，控制模块发出油杯油位过高信息，需要及时人工降低最高油位，否则可能存在油杯内油浸入硅胶桶内，使硅胶丧失干燥功能。

呼吸过程中最低油位12在油杯的最低油位线及以上发生升降，若发生油杯内油位面低出最低油线位置，则扁平柱形单色光柱将局部或完全会曝露在空气中，低油位线处的光电传感器所接受到的光信号由弱变强，将最低油位的光电传感器所接受到的单色光信号数值与标准扁平柱形单色光柱产生的单色光信号参考值和所处时间的高油位线处的光电传感器所接受到的单色光信号数值进行对比，当最低油位12的光电传感器所接受到的单色光信号数值趋向参考标准油位11光电传感器所接受到的单色光信号参考值，说明油杯内油位正常。当最低油位12处的光电传感器所接受到的光电信号数值大于标参考标准油位11光电传感器所接受到的单色光信号参考值，但小于最高油位13处的光电传感器所接受到的单色光信号数值，说明油杯内油位偏低，控制模块发出油杯油位偏低信息，需要安排人工补油。当最低油位12处的光电传感器所接受到的单色光信号数值趋向所处时间的最高油位13处的光电传感器所接受到的单色光信号数值，说明油杯内油位快到最低油位线，控制模块发出油杯油位过低信息，需要及时人工补油，否则会较短时间内发生呼吸空气失去过滤的能力。

呼吸动作检测过程中，内油杯法兰21底面的内油杯呼吸口是空气流通的唯一通道，内油杯呼吸口22的气泡将改变呼吸动作扁平柱形单色光柱所产生的检测电信息，将呼吸动作检测过程中内油杯法兰21底面的呼吸动作检测位置14处的传感器所接收到的单色光信号数值与标参考标准油位11光电传感器所接受到的单色光信号参考值进行对比，当内油杯法兰21底面的呼吸动作检测位置14处的传感器所接收到的单色光信号数值短时大于标参考标准油位11光电传感器所接受到的单色光信号参考值后即恢复到标准扁平柱形单色光柱产生的标准光电信息参考值附近，一天的时间内因负荷或环境温度的变化，在不同的时间段内，呼吸动作检测的扁平柱形单色光柱所产生的光电信息数值会发生间隙性波动，当其数值发生变化时，说明呼吸器正常运行。当变压器本体温度发生变化，而呼吸动作检测的扁平柱形单色光柱所产生的单色光信号参考值没有发生间隙性波动，说明存在呼吸堵塞或其封闭的中间连接环节发生与大气环境直接形成通路的可能，控制模块发出呼吸异常信息，需要人工及时处理，否则可能会发生呼吸失去空气过滤和干燥或直接引起事故。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置，其特征在于：包括分别安装在呼吸器上最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位的光源检测装置，所述光源检测装置包括光源发射模块、光源接收模块及用于将光源发射模块发射的光反射给光源接收模块的反射镜，所述光源发射模块发射的光所形成的发射光柱与经反射镜反射的光所形成的反射光柱处于同一水平面；

所述发射光柱与反射光柱均为扁平柱状单色光，发射光柱与反射光柱的长度和横截面积均相同；所述反射镜安装于呼吸器外油杯的内侧，所述光源发射模块和光源接收模块分别位于呼吸器的外侧，且与呼吸器上最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位呈相对设置；所述最高油位位置的发射光柱与反射光柱与最高油位线水平面重合，所述最低油位位置的发射光柱与反射光柱与最低油位线水平面重合；所述呼吸动作检测位置的发射光柱与反射光柱的上方平面位置与内油杯法兰底部水平面重合，且呼吸动作检测位置的发射光柱与反射光柱的宽度能够完全覆盖通过内油杯法兰的内油杯呼吸口；

所述反射镜包括两个长条形的第一平面镜和第二平面镜，所述第一平面镜和第二平面镜的曲面形状与呼吸器外油杯内侧的形状相匹配，第一平面镜和第二平面镜分别竖直设置于呼吸器外油杯的内侧，且第一平面镜和第二平面镜的顶端均应超过呼吸器上的最高油位线。

2.根据权利要求1所述的电气设备油路呼吸器工作状态监测装置，其特征在于：所述参考标准油位位置的发射光柱和反射光柱始终完全沉浸在油内，不受油面变化和呼吸气泡的影响，随油质变化提供动态的标准参考值。

3.根据权利要求1所述的电气设备油路呼吸器工作状态监测装置，其特征在于：所述光源接收模块包括光电传感器，所述光电传感器采集的光电信号数值通过控制模块进行分析并发出当前油位信息。

4.根据权利要求1所述的一种电气设备油路呼吸器工作状态监测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位发射单色光，并将该单色光通过反射镜进行反射，发射的单色光所形成的发射光柱与反射镜反射的光所形成的反射光柱在呼吸器内油杯运行到当前位置时，该发射光柱与反射光柱能够覆盖呼吸器内油杯上的呼吸口；

（2）通过光电传感器接收最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置及参考标准油位的光电信息；

（3）将最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置的光电信息与参考标准油位的标准单色光柱产生的标准电信息参考值进行对比，判断油杯内油位和呼吸器是否正常。

5.根据权利要求1所述的电气设备油路呼吸器工作状态监测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤（3），将最高油位、最低油位、呼吸动作检测位置的光电信息与参考标准油位的标准单色光柱产生的标准电信息参考值进行对比，判断油杯内油位是否正常，具体包括以下步骤：

（31）当低油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值趋向标准位置光电传感器所接受到的光电信号数值，则油杯内油位正常；

（32）当低油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值大于标准位置光电传感器所接受到的光电信号数值，但小于高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值，则油杯内油位偏低，控制模块发出油杯油位偏低信息；

（33）当低油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值趋向所处时间的高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值，则控制模块发出油杯油位过低信息；

（34）当呼吸动作检测位置的单色光柱所产生的光电信息数值发生间隙性波动，则呼吸器正常运行，当变压器本体温度发生变化，而呼吸动作检测位置的单色光柱所产生的光电信息数值没有发生间隙性波动时，则控制模块发出呼吸异常信息；

（35）当高油位线处的光电传感器所接受到的光电信号数值趋向标准位置光电传感器所接受到的光电信号数值，则控制模块发出油杯油位过高信息。