CN107064135A - 电力变压器呼吸器在线监测与再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，包括：电力变压器呼吸器、数据采集终端、云服务器终端和监控终端。电力变压器呼吸器与数据采集终端连接，数据采集终端、云服务器终端、监控终端依次通过无线网络连接。本发明将嵌入式技术、光纤传感技术、图像采集技术、无线通信技术和云服务器技术应用于电力变压器呼吸器的状态数据采集、存储、传输及远程监测中，实现了电力变压器呼吸器的在线监测与再生；可减少变压器的停运时间，提高变压器的绝缘性能，降低变色硅胶的更换频率节约维护成本，减少对环境的污染。

Description

电力变压器呼吸器在线监测与再生系统

技术领域

本发明涉及电力变压器呼吸器，具体涉及一种基于云服务器终端的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统。

背景技术

电力变压器呼吸器是一种用于清除和干燥由于变压器油温的变化而进入变压器、储油柜中的杂质和潮气，保证变压器油的绝缘强度的装置。传统电力变压器呼吸器内部装有经过化学处理过的干燥剂：变色硅胶，在干燥情况下，变色硅胶多呈蓝色；当吸收潮气后，变色硅胶逐渐变为粉红色、变色的硅胶失效。运维人员必须经常巡视，一旦发现变色硅胶的颜色发生改变，要及时进行更换。这不仅增加了工作量，也为电力变压器的正常运行增加了安全隐患，而且更换变色硅胶存在高额的成本、更换下来的变色硅胶也会带来环境污染及垃圾处理问题。

随着智能变电站的建设及智能化运维的逐步推广，要求电力变压器呼吸器能够具备监测、控制、免维护等功能，进一步提升电力变压器的智能化水平，而传统的电力变压器呼吸器已不能满足实际需要。

发明内容

针对现有背景技术存在的不足，本发明将嵌入式技术、光纤传感技术、图像采集技术、无线通信技术和云服务器技术应用于电力变压器呼吸器的状态数据采集、存储、传输及远程监测中，实现了电力变压器呼吸器的在线监测与再生，所采用的技术方案如下：

电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，包括：电力变压器呼吸器、数据采集终端、云服务器终端和监控终端；电力变压器呼吸器与数据采集终端连接，数据采集终端、云服务器终端、监控终端依次通过无线网络连接；

数据采集终端包括呼吸器状态数据采集模块、图像信息采集模块、用于接收并处理呼吸器状态数据及图像信息的嵌入式中央处理模块以及为嵌入式中央处理模块供电的电源管理模块；

嵌入式中央处理模块包括ARM处理器、数据存储模块、人机交互系统、数据传输模块、时钟模块、声光报警模块、加热控制模块。

电力变压器呼吸器包括安装法兰、内装变色硅胶的吸湿筒、金属薄膜过滤器。呼吸器采用法兰式安装，安装法兰连接变压器储油柜上的呼吸管与电力变压器呼吸器的出气口，安装法兰通过连接法兰与吸湿筒连接，吸湿筒与金属薄膜过滤器通过两根长螺栓连接，且吸湿筒底部边缘与过滤器接触位置有O型密封圈。金属薄膜过滤器取代传统呼吸器中的油杯，以滤除空气中的水分和杂质，避免了清洗油杯的工作；内装变色硅胶的吸湿筒用于干燥潮气。

数据采集终端是这样的：呼吸器状态数据采集模块包括位于安装法兰与吸湿筒连接处且通过通信电缆与所述嵌入式中央处理模块连接的光纤分布式温度传感器、湿度传感器和压力传感器；

图像信息采集模块包括用于采集吸湿筒内变色硅胶颜色图像的远程摄像头，图像信息采集模块通过无线网络与嵌入式中央处理模块连接，并以Tcpip数据流的形式将远程摄像头拍摄的图像传给嵌入式中央处理模块；

嵌入式中央处理模块通过螺栓与所述吸湿筒的外壳连接。

数据采集终端实时采集变压器呼吸器的相关状态参数，包括呼吸器的运行状态数据和变色硅胶的图像信息，通过无线网络传输给云服务器终端、并通过监控终端实现在线监测；同时，根据变压器呼吸器的监测状态自动控制进行相应的操作，实现呼吸器中的变色硅胶再生。

加热控制模块包括变色硅胶加热器、金属薄膜过滤器加热器和继电器；变色硅胶加热器位于吸湿筒内，金属薄膜过滤器加热器位于金属薄膜过滤器内、紧靠过滤器内的金属滤网；变色硅胶加热器和金属薄膜过滤器加热器均通过线缆与嵌入式中央处理模块连接，继电器位于嵌入式中央处理模块的电路板上，通过继电器的触点吸合或断开分别控制两加热器的启动或关闭。当电力变压器呼吸器内的空气湿度超过程序设定值时，表示干燥剂(即变色硅胶)暂时失去吸水能力，此时加热控制模块控制相应的继电器动作、启动变色硅胶加热器为硅胶加热，以便使变色的硅胶再生。当环境温度低于程序设定值时，加热控制模块控制相应的继电器动作、启动金属薄膜过滤器加热器为金属薄膜过滤器加热，以防止金属薄膜过滤器在低温时产生凝露或者冰冻，从而确保呼吸器保持良好的工作状态。

此处的程序设定值是针对不同环境湿度有个浮动范围，可通过PC、平板电脑登录云服务器终端的网络客户端进行设置，也可通过手机APP、触摸屏进行设置，通常是在产品安装调试时进行设置，正式运行后就不建议更改。参考国外设备的设置，湿度设定值建议为20～30％之间，太低的话没有实质性的意义、反而会造成设备的频繁启动，这个阈值可以在程序中调整。温度阈值有两个，一个是硅胶再生的控制温度，设定为120摄氏度，过高的温度会对使用者人身安全带来隐患。另一个温度的阈值是金属薄膜过滤器加热器的启动温度，设定为5摄氏度，防止冷凝水在天冷的时候结冰堵塞呼吸孔。

嵌入式中央处理模块用于实现数据的采集、传输、报警并最终实现在线监测，同时通过加热控制模块实现变色硅胶的再生；

作为优选，ARM处理器采用基于Cortex-A8架构的ARM处理器；

作为优选，数据存储模块分为内部存储和外部存储；

作为优选，人机交互系统包括显示模块、触摸屏与键盘；

作为优选，数据传输模块包括采用基于SIM900A芯片开发的GPRS模块的无线通信模块、RS485接口和USB接口；

作为优选，时钟模块采用装置内置的RTC实时时钟，并配置有锂电池电源，在系统失电状态下，最长可保持时间约20年；

作为优选，声光报警模块采用蜂鸣器和LED指示灯。

电源管理模块包括220V交流电源、光伏电源模块、交流适配器、蓄电池，220V交流电源通过交流适配器连接蓄电池，光伏电源模块连接蓄电池，蓄电池连接嵌入式中央处理模块；光伏电源为各个无线设备提供电能，为有线设备提供辅助电能；220V交流电源连接变压器装置以及蓄电池构成供电电源。本发明采用太阳能电池和220V交流电源的双供电方式，当有220V交流电源时，通过直流低压继电器巧妙断开太阳能电池；当220V交流电源断开时，太阳能电池充当电源，太阳能电池通过太阳能智能充电器连接太阳能板，充电器在阳光充足时为电池充电，电池充满时自动断开充电，在阳光充足的条件下使充电电流能达到4A以上，完全满足电路需要。

云服务器终端包括云服务器、网络客户端和数据库。

云服务器：实现对指定端口的侦听，识别并接受数据采集终端发送的连接请求，并进行相应的服务应答，最终实现各类数据的接收、解析及存储等操作。

网络客户端：用户可通过登录网络客户端实时监测电力变压器呼吸器的运行状态，并对状态参数进行设置，控制电力变压器呼吸器变色硅胶的再生。

数据库：存储和管理数据，存储电力变压器呼吸器的运行状态及各类参数，如电力变压器呼吸器内空气湿度、温度、压力、呼吸器的加热启动状态、加热时间、加热次数等，以及用户信息。

监控终端包括PC、平板电脑、智能手机APP多平台用户终端；用于实时显示电力变压器呼吸器在线监测与再生系统所上传的相关信息，实现在线监测的功能。

本发明所采用的技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明将嵌入式技术、光纤传感技术、图像采集技术、无线通信技术和云服务器技术应用于电力变压器呼吸器的状态数据采集、存储、传输及远程监测中，实现了电力变压器呼吸器的在线监测与再生。

2)本发明在生产方面，可减少变压器的停运时间，提高供电可靠性；在安全运行方面，可提高变压器的绝缘性能，保证设备安全运行；在经济运行方面，可降低变色硅胶的更换频率，节约维护成本；在环境保护方面，将失效变色硅胶再生，可减少对环境的污染。

本发明不论是对于智能电网监测的要求，还是变电站的智能化运维、保护环境方面，都有相当大的作用和意义。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的数据采集终端的结构图；

图3是本发明的云服务器终端结构图；

图4是本发明的呼吸器与数据采集终端连接部位的主视图；

图5是本发明的呼吸器与数据采集终端连接部位的俯视图。

图中，1－安装法兰，2－呼吸器吸湿筒，3－金属薄膜过滤器，4－呼吸器状态数据采集模块安装孔，5－嵌入式中央处理模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，包括：电力变压器呼吸器、数据采集终端、云服务器终端和监控终端；电力变压器呼吸器与数据采集终端连接，数据采集终端、云服务器终端、监控终端依次通过无线网络连接。

其中，数据采集终端包括呼吸器状态数据采集模块、图像信息采集模块、用于接收并处理呼吸器状态数据及图像信息的嵌入式中央处理模块5以及为嵌入式中央处理模块5供电的电源管理模块；

所述嵌入式中央处理模块5包括ARM处理器、数据存储模块、人机交互系统、数据传输模块、时钟模块、声光报警模块、加热控制模块。

电力变压器呼吸器包括安装法兰1、内装变色硅胶的吸湿筒2、金属薄膜过滤器3。

图1中，数据采集终端采集与其连接的电力变压器呼吸器的运行状态数据和变色硅胶图像信息，并将采集到的数据通过GPRS模块、3G/4G无线网络实时上传至云服务器终端进行存储，监控终端和云服务器终端进行信息交互，可通过监控终端实时了解呼吸器的运行状态，实现对呼吸器运行状态的远程在线监控。

如图2所示，是本发明的数据采集终端的结构原理图，电源管理模块包括220V交流电源、光伏电源模块、交流适配器、蓄电池，220V交流电源通过交流适配器连接蓄电池，光伏电源模块连接蓄电池，蓄电池连接嵌入式中央处理模块。

呼吸器状态数据采集模块包括光纤分布式温度传感器、湿度传感器和压力传感器；采用分布式光纤温度传感器采集呼吸器吸湿筒多点温度，实现吸湿筒内整体温度的采集与监测；采用湿度传感器对呼吸器内部的空气湿度进行连续监测，以了解呼吸器内干燥剂(变色硅胶)的吸水状况；采用压力传感器对呼吸器内部的压力值进行连续监测，以监测呼吸器内是否通畅。

图像信息采集模块包括安装于呼吸器附近的远程摄像头，用于观察呼吸器内干燥剂(变色硅胶)的变色情况。优选地，远程摄像头与呼吸器的距离在2m左右，必须保证可获得呼吸器吸湿筒内变色硅胶颜色的清晰图像。所述远程摄像头通过无线通讯的方式，并以Tcpip数据流的形式将远程摄像头拍摄的图像传给嵌入式中央处理模块，实现对呼吸器内干燥剂变色情况的连续监测。

嵌入式中央处理模块采用基于Cortex-A8架构的ARM处理器，ARM处理器分别与数据存储模块、人机交互系统、数据传输模块、时钟模块、声光报警模块和加热控制模块相连接。

数据存储模块：分为内部存储和外部存储两个部分，所述内部存储为系统自带的容量1GB的Nand Flash，用于存储操作系统内核、日志型文件系统和用户应用程序等，默认可保存一年的温湿度采集数据，所述外部存储为TF卡，可根据实际现场的需求选择容量大小，最大支持到64G。

人机交互系统：包括显示模块、触摸屏与键盘，所述显示模块为3.5英寸64K真彩显示屏，用于显示系统装置的各项参数，以及采样温湿度实时变化数据值。所述触摸屏与键盘用于操作显示屏，查看或者设置显示屏上的参数。

数据传输模块：包括无线通信模块、RS485接口和USB接口，无线通信模块使用SIM900A芯片开发的GPRS模块，通过GPRS无线通信链路，实现数据采集终端与云服务器终端的互联，从而实现呼吸器状态运行数据和图像信息的远程无线传输，将采集到的数据信息传送至云服务器终端。

时钟模块：采用内置的RTC实时时钟，以确保呼吸器温湿度等状态数据采样周期的精准性，并配置有锂电池电源，在系统失电状态下，最大可保持时间约20年。

声光报警模块：采用蜂鸣器和LED指示灯，当呼吸器发生装置故障时(如加热控制模块故障、呼吸器内部压力过大)，相应LED指示灯指示红灯报警，以便变电运行人员巡视检查，并触发蜂鸣器报警。

加热控制模块：包括变色硅胶加热器、金属薄膜过滤器加热器和继电器。

如图4、图5所示，呼吸器上部有呼吸器状态数据采集模块的安装孔4，嵌入式中央处理模块5通过螺栓安装于呼吸器吸湿筒2的外壳上。呼吸器状态数据采集模块位于安装法兰与吸湿筒间的连接处，通过RS232/RS485通信电缆与嵌入式中央处理模块连接，嵌入式中央处理模块通过螺栓与吸湿筒的外壳连接。

如图3所示，云服务器终端包括云服务器、网络客户端、数据库等；监控终端包括PC、平板电脑、智能手机APP多平台用户终端。

Claims (9)

1.电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，包括：电力变压器呼吸器、数据采集终端、云服务器终端和监控终端；所述电力变压器呼吸器与数据采集终端连接，所述数据采集终端、云服务器终端、监控终端依次通过无线网络连接；

所述数据采集终端包括呼吸器状态数据采集模块、图像信息采集模块、用于接收并处理呼吸器状态数据及图像信息的嵌入式中央处理模块以及为嵌入式中央处理模块供电的电源管理模块；

所述嵌入式中央处理模块包括ARM处理器、数据存储模块、人机交互系统、数据传输模块、时钟模块、声光报警模块、加热控制模块。

2.根据权利要求1所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述电力变压器呼吸器包括安装法兰、内装变色硅胶的吸湿筒、金属薄膜过滤器；

安装法兰连接变压器储油柜上的呼吸管与电力变压器呼吸器的出气口，安装法兰通过连接法兰与吸湿筒连接，吸湿筒与金属薄膜过滤器通过两根长螺栓连接，且吸湿筒底部边缘与过滤器接触位置有O型密封圈。

3.根据权利要求2所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述数据采集终端是这样的：

所述呼吸器状态数据采集模块包括位于安装法兰与吸湿筒连接处且通过通信电缆与所述嵌入式中央处理模块连接的光纤分布式温度传感器、湿度传感器和压力传感器；

所述图像信息采集模块包括用于采集吸湿筒内变色硅胶颜色图像的远程摄像头，图像信息采集模块通过无线网络与嵌入式中央处理模块连接，并以Tcpip数据流的形式将远程摄像头拍摄的图像传给嵌入式中央处理模块；

所述嵌入式中央处理模块通过螺栓与所述吸湿筒的外壳连接。

4.根据权利要求2所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述的加热控制模块包括变色硅胶加热器、金属薄膜过滤器加热器和继电器；

变色硅胶加热器位于吸湿筒内，金属薄膜过滤器加热器位于金属薄膜过滤器内、紧靠过滤器内的金属滤网；

变色硅胶加热器和金属薄膜过滤器加热器均通过线缆与嵌入式中央处理模块连接，继电器位于嵌入式中央处理模块的电路板上，通过继电器的触点吸合或断开分别控制两个加热器的启动或关闭。

5.根据权利要求3或4所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述ARM处理器采用基于Cortex-A8架构的ARM处理器；

所述数据存储模块分为内部存储和外部存储；

所述人机交互系统包括显示模块、触摸屏与键盘；

所述数据传输模块包括无线通信模块、RS485接口和USB接口；

所述时钟模块采用内置的RTC实时时钟，并配置有锂电池电源；

所述声光报警模块采用蜂鸣器和LED指示灯。

6.根据权利要求5所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述电源管理模块包括220V交流电源、光伏电源模块、交流适配器、蓄电池，所述220V交流电源通过交流适配器连接蓄电池，所述光伏电源模块连接蓄电池，所述蓄电池连接嵌入式中央处理模块。

7.根据权利要求5所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述无线通信模块采用基于SIM900A芯片开发的GPRS模块。

8.根据权利要求7所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述云服务器终端包括：

云服务器，用于识别并接受所述数据采集终端发送的连接请求，并进行服务应答实现数据的接收、解析及存储；

网络客户端，用于实现用户登录后实时监测电力变压器呼吸器的运行状态，并对状态参数进行设置，控制电力变压器呼吸器变色硅胶的再生；

数据库，用于存储和管理电力变压器呼吸器的运行状态参数，以及用户信息。

9.根据权利要求8所述的电力变压器呼吸器在线监测与再生系统，其特征在于，所述监控终端包括PC、平板电脑、智能手机APP多平台用户终端。