CN107064224A - 一种变压器油微水在线测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种变压器油微水在线测量系统及其测量方法涉及的是一种用于变压器的测量装置，特别是一种测量变压器油中水分的装置，适用于电力系统使用的油浸式变压器、电流、电压互感器（简称CT、PT）。包括控制器、传感器、显示器、输入输出设备、远程通讯模块和电源，所述控制器分别与传感器、显示器、输入输出设备以及远程通讯模块相连；电源为控制器、传感器、显示器以及输入输出设备提供电能；所述传感器包括射频传感器、超声波传感器、环境温度传感器和油温传感器。

Description

一种变压器油微水在线测量系统及其测量方法

技术领域

本发明一种变压器油微水在线测量系统及其测量方法涉及的是一种用于变压器的测量装置，特别是一种测量变压器油中水分的装置，适用于电力系统使用的油浸式变压器、电流、电压互感器（简称CT、PT）。

背景技术

随着近年来电力行业的迅猛发展，变电站的新建改扩迅速,有大量设备的投入，尤其是大型高压变压器的不断增加，为了确保电器设备的安全运行，对电器设备定期进行检修维护的要求越来越高，特别是对电力变压器的日常检修，更是要快捷高效。

目前国内已有测量原理的变压器油中水分测量系统，它们是：

1、阻容法

阻容法一般是采用阻容原理的传感器，水分子通过电容的两极时，会改变电容的电容量，水分的含量就是通过电容量的多少计算出来的，这种测量原理的测量精度不高，重复性也不是很好，而且受传感器自身的影响，数据漂移会很大。

2、卡尔—菲休库仑滴定法

卡尔—菲休库仑滴定法用于测量样品中微量水分含量，此方法具有精度高、测试成本低廉的优点而被应用。

卡尔—菲休试剂溶液是由碘和充有二氧化硫的吡啶、甲醇等混合而成。卡尔-菲休试剂同水的反应原理是：基于有水时，碘被二氧化硫还原，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸氢吡啶。反应式为：

H20+I2+SO2+3C5H5N → 2C5H5N·HI+C5H5N·SO3 (1)

C5H5N·SO3+CH3OH → C5H5N·HSO4CH3 (2)

在电解过程中,电极反应如下：

阳极：2I- - 2e → I2 (3)

阴极：2H+ + 2e → H2↑ (4)

阳极产生的碘又与水反应生成氢碘酸，直至全部水分反应完毕为止，反应终点用一对铂电极所组成的检测单元指示。依据法拉第电解定律可知, 参加反应的碘的分子数等于水的分子数，同电荷量成正比例关系。

此方法的缺点是卡尔菲休试剂在于水发生反应的过程中，生成的物质是有毒的，所以在试验过程中要把测试仪器放到通风柜中，以免人员发生中毒；而且，该方法只能在实验室内使用，不可以做在线使用。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种变压器油微水在线测量系统及其测量方法，是一种采用射频声波法进行变压器油微水在线测量的系统，是一种维护方便，测量精度高，不会产生有毒物质的测量系统，大大降低了配置设备的成本。

本发明采取以下技术方案实现的：

一种变压器油微水在线测量系统包括控制器、传感器、显示器、输入输出设备、远程通讯模块和电源，所述控制器分别与传感器、显示器、输入输出设备以及远程通讯模块相连；电源为控制器、传感器、显示器以及输入输出设备提供电能；

所述传感器包括射频传感器、超声波传感器、环境温度传感器和油温传感器。

射频传感器采用市售的射频电容传感器，用于测量油中水分含量。

超声波传感器采用市售的超声波传感器，用于使油分子和水分充分分离。

油温传感器采用市售的四线制高精度铂电阻温度传感器，用于精确监测油的温度变化；并根据油温的变化对射频传感器进行温度补偿。

环境温度传感器采用市售的温度传感器。

所述控制器采用市售的恩智谱LPC3230高性能微处理器为核心，使系统的数据处理能力和稳定性大大提高。

所述远程通讯模块采用市售的无线通讯模块。

所述输入输出设备采用键盘和触摸屏，通过输入输出设备设定系统的工作时间和工作模式。

所述显示屏采用LED液晶屏。

变压器油微水在线测量系统的测量方法，包括如下步骤：

1）超声波传感器发出超声波，使变压器油产生振荡，使变压器油中的油分子和水分子充分分离，保证后期测量数值的真实性和准确性；

2）油温传感器实时采集待测变压油的温度变化，并将产生的油温变化信号发送到控制器，由控制器根据油温的变化对射频传感器进行温度补偿；

3）环境温度传感器实时采集室温的变化，并将产生的室温信号发送到控制器；

4）射频传感器发出的射频信号，射频信号通过射频天线发射到被测油样中，射频传感器输出和含水率相应的电信号，并将该信号传送到控制器中；

5）控制器通过归一化测量值和样本比例值构建分段线性插值函数，从而得出油中的含水率；

6）控制器将室温和步骤5）中得到的含水率通过显示屏显示出来，同时通过远程通讯模块发送到上位机进行统一管理。

由于油中含有水分，射频信号通过时信号将衰减，并且该信号随着油中含水量的比例增大而信号的衰减就非常显著；所述射频信号的频率设定为10MHz，此时水和油的射频阻抗特性差别最大。

本发明设计合理，利用变压器中油水的特性，通过采用射频传感器来实现微水测量，并考虑环境影响，采用超声波传感器和油温传感器，实现补偿，提高了测量的精度，智能化程度高，系统工作时不受外界环境温度的影响，且不产生二次污染；核心测量和控制部分所采用的部件都是经国内设计加工而成的，所以在设备维护方面就不存在任何困难的问题，并大大降低设备的成本。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构框图。

具体实施方式

参照附图1，本发明一种变压器油微水在线测量系统包括控制器、传感器、显示器、输入输出设备、远程通讯模块和电源，所述控制器分别与传感器、显示器、输入输出设备以及远程通讯模块相连；电源为控制器、传感器、显示器以及输入输出设备提供电能；

所述传感器包括射频传感器、超声波传感器、环境温度传感器和油温传感器。

本发明采用射频声波法进行变压器油微水，在线测量射频声波法的原理就是根据电磁波的物理特性，即射频阻抗原理，在电磁波通过介质时，电磁波有一部分被介质所吸收，相同频率的电磁波通过不同浓度的介质时，由于电磁波被介质吸收掉一部分，电磁波的强度就发生了改变，若介质没有发生改变，介质的浓度越大，电磁波强度发生的变化就越显著。吸收的多少是遵从比尔定律的。

油的介电常数是2.3，而水的介电常数是80，两者相差很大，而呈现出来的射频阻抗特性也有很大的变化，当一定频率和一定幅度的射频信号经天线发射到油中，该负载阻抗就会随着油中水分多少变化而发生变化。再通过电流传感器测量出由于阻抗变化引起的电路回路中电流的变化，再把电流变化转化为电压变化进行计算处理等，最终测量出油中水分含量多少。由于油和水有相互交融现象存在的，而采用声波是为了让油分子和水分在获得一定的动能后，两者可以相互分离，这样保证测量数值的真实性。

由于变压器油在运输途中和变压器运行过程中，有部分油分子和水分会相互交融，这样就导致测量数值的偏差；而采用超声波传感器就是为了使变压器油中的油分子和水分子充分分离，保证后期测量数值的真实性和准确性。

Claims (6)

1.一种变压器油微水在线测量系统，其特征在于：包括控制器、传感器、显示器、输入输出设备、远程通讯模块和电源，所述控制器分别与传感器、显示器、输入输出设备以及远程通讯模块相连；电源为控制器、传感器、显示器以及输入输出设备提供电能；

所述传感器包括射频传感器、超声波传感器、环境温度传感器和油温传感器。

2.根据权利要求1所述的变压器油微水在线测量系统，其特征在于：射频传感器采用射频电容传感器。

3.根据权利要求1所述的变压器油微水在线测量系统，其特征在于：所述控制器采用微处理器为核心。

4.根据权利要求1所述的变压器油微水在线测量系统，其特征在于：所述远程通讯模块采用无线通讯模块。

5.权利要求1所述的变压器油微水在线测量系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤，

1）超声波传感器发出超声波，使变压器油产生振荡，使变压器油中的油分子和水分子充分分离，保证后期测量数值的真实性和准确性；

2）油温传感器实时采集待测变压油的温度变化，并将产生的油温变化信号发送到控制器，由控制器根据油温的变化对射频传感器进行温度补偿；

3）环境温度传感器实时采集室温的变化，并将产生的室温信号发送到控制器；

4）射频传感器发出的射频信号，射频信号通过射频天线发射到被测油样中，射频传感器输出和含水率相应的电信号，并将该信号传送到控制器中；

5）控制器通过归一化测量值和样本比例值构建分段线性插值函数，从而得出油中的含水率；

6）控制器将室温和步骤5）中得到的含水率通过显示屏显示出来，同时通过远程通讯模块发送到上位机进行统一管理。

6.根据权利要求5所述的变压器油微水在线测量系统的测量方法，其特征在于：步骤1）中射频信号的频率设定为10MHz。