CN110501939B - 一种基于电力物联网的变压器故障预警系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力物联网的变压器故障预警系统及其控制方法，包括变压器、控制器、远程终端、降温装置以及温度感应装置，所述的控制器包括控制箱，所述控制箱内设置有微处理器、电源单元、电源转换模块、数据存储模块、通信模块、报警模块以及继电器组，所述电源单元通过电源转换模块与微处理器电源输入引脚电连接，通信模块、报警模块、数据存储模块以及继电器组分别与未处理器电连接，远程终端通过通信模块与控制器通讯连接，所述温度感应装置固定安装在变压器侧壁上，所述控制器与温度感应装置连接，降温装置控制器电连接。本方案通过油气缸与齿轮电位计实现联动，控制排风扇工作，进而对降温室内的变压器油进行智能降温。

Description

一种基于电力物联网的变压器故障预警系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及变电站设备安全运行监控技术，特别地，涉及一种基于电力物联网的变压器故障预警系统及其控制方法。

背景技术

变电站是改变电压的场所，为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变压器是变电站的主要设备，变压器的性能决定了变电站是否能安全稳定运行，由于变压器运行会产生铜耗和铁耗，使得变压器线圈周围的油温迅速升高，如果不采取迅速有效的降温措施，会导致内部线路短路，由此引发电力线路中断和设备损坏，造成经济损失。

变压器的腔室内充满了变压器油，变压器油是石油的一种分馏产物，它的主要成分是烷烃,环烷族饱和烃，芳香族不饱和烃等化合物，被注入变压器的金属壳内起到散热、绝缘以及灭弧的作用，传统的降温装置是通过温度传感器实时传输油温值，通过对传感器采集到的数据进行数值转换，然后主控制器通过对数据进行处理，进而产生控制信号，通过降温设备对变压器油采取降温措施，目前工业上采用的测温元件多采用铂电阻，而铂电阻的阻值随温度变化的曲线是非线性的，不易预测和计算，且其测温精度和稳定性易受强磁场的干扰。

发明内容

本发明的目的是解决通过电子元器件测得的变压器油温测量不准导致的变压器得不到有效降温的问题，提出了一种基于电力物联网的变压器故障预警系统及其控制方法，该装置通过温度感应装置感知变压器油体积随温度的变化，进而制定降温策略，可以智能的对降温装置内的变压器油进行降温，当出现故障时，会向远程终端发送故障报警信号，该装置结构简单，实用性强，具有很好的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，包括变压器、控制器、远程终端、降温装置以及温度感应装置，所述的控制器包括控制箱，所述控制箱内设置有微处理器、电源单元、电源转换模块、数据存储模块、通信模块、报警模块以及控制电路，所述电源单元通过电源转换器与微处理器电源输入引脚电连接，所述通信模块、报警模块、数据存储模块以及控制电路分别与未处理器电连接，所述远程终端通过通信模块与控制器通讯连接，所述温度感应装置固定安装在变压器侧壁上，所述控制器与温度感应装置连接，所述降温装置控制器电连接。本方案中，温度感应装置感知变压器油体积随温度的变化，控制器接收温度感应装置的温度信号，控制器驱动降温装置内的排风扇工作，根据不同的变压器油温制定不同的散热等级，实现智能降温，可以根据需求有方向有目的的进行降温，可以节约能源，保障变压器安全运行。

所述的温度感应装置包括有油气缸、齿条、齿轮以及齿轮电位计，所述油气缸包括有第一活塞头、第二活塞头和中间部，所述中间部套接在油管端口处，所述第一活塞头滑动连接于油管内壁，所述第二活塞头的下端固定连接有齿条，所述齿条与齿轮啮合，所述齿轮的轴心通过传动轴与齿轮电位计传动连接。本方案中，油气缸的第一活塞头设置在油管内，与油管内壁紧密贴合；第二活塞头与第一齿条固定连接，中间部固定在油管端口，使得第一活塞头与第二活塞头实现联动，当第二活塞头下行是，固定安装在第二活塞头上的第一齿条带动齿轮转动，与齿轮轴心啮合的齿轮电位计转动，输出电位信号，控制器接收电位信号，根据不同的电位信号执行不同的散热策略，方便可靠。

所述控制电路包括有继电器组，所述继电器组包括有继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、继电器K5以及继电器K6；继电器K1的线圈通过限流电阻R1与微处理器的控制端电连接，继电器K1的动触头J1的一端通过限流电阻R7与电源单元电连接，继电器K1的动触头J1的另一端与排风扇M1正极端电连接，排风扇M1负极端接地；继电器K2的线圈通过限流电阻R2与微处理器的控制端电连接，继电器K2的动触头J2的一端通过限流电阻R8与电源单元电连接，继电器K2的动触头J2的另一端与排风扇M2正极端电连接，排风扇M2负极端接地；继电器K3的线圈通过限流电阻R3与微处理器的控制端电连接，继电器K3的动触头J3的一端通过限流电阻R9与电源单元电连接，继电器K3的动触头J3的另一端与排风扇M3正极端电连接，排风扇M3负极端接地；继电器K4的线圈通过限流电阻R4与微处理器的控制端电连接，继电器K4的动触头J4的一端通过限流电阻R10与电源单元电连接，继电器K4的动触头J4的另一端与排风扇M4正极端电连接，排风扇M4负极端接地；继电器K5的线圈通过限流电阻R5与微处理器的控制端电连接，继电器K5的动触头J5的一端通过限流电阻R11与电源单元电连接，继电器K5的动触头J5的另一端与排风扇M5正极端电连接，排风扇M5负极端接地；继电器K6的线圈通过限流电阻R6与微处理器的控制端电连接，继电器K6的动触头J6的一端通过限流电阻R12与电源单元电连接，继电器K6的动触头J6的另一端与排风扇M6正极端电连接，排风扇M6负极端接地。本方案中，壳体内的油管成网状排列，增大了扇热面积，与排风扇对立面设置有排气孔，提高了散热的效率。

所述继电器组包括有与排风扇数目相同的继电器，所述继电器的线圈与微处理器控制引脚电连接，所述排风扇通过继电器的动触头与电源单元电连接，所述齿轮电位计的输出端与微处理器的检测引脚电连接。本方案中，每一个继电器对应控制一个触头，每一个触头对应一路排风扇，微处理器控制继电器线圈的通电，进而控制排风扇电路的导通和关断，微处理器内部集成了模数转换模块，可以将电位计测得的模拟信号转换成数字信号进行处理，通过电位比较，可以得到散热等级，进而控制继电器组动作，该装置原理简单，控制效果好。

作为优选，所述变压器侧壁设置有支撑件，所述油气缸的中间部与支撑件通过抱箍固定。本方案中，由于中间部与油管端口套接，如果不牢固会导致油气缸动作失去平衡，更坏的结果是导致变压器油泄露，因此在变压器外壳的侧壁设置支撑件，中间部与支撑件通过抱箍固定，具有稳定可靠的优点。

作为优选，所述的微处理器为内部集成有模数转换功能的stm32f103型号微处理器。本方案中，stm32f103型号单片机可以在户外恶劣的条件下具有较高的稳定性。

作为优选，所述的齿轮电位计为GP43型号齿轮电位计。本方案中，GP43型号齿轮电位计的可调范围大，灵敏度高。

一种变压器智能降温系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、零电位置设置；变压器未启动，油气缸回到最初位置，调节齿轮电位计零电位置，排风扇未启动；

S2、变压器启动，变压器油温升高，油气缸运动，齿条带动齿轮转动，齿轮带动电位器转动；

S3、微处理器检测齿轮电位计信号，根据电位信号，判定散热等级，控制继电器组通电；

S4、继电器动作，排风扇开始工作；

S5、判定变压器油温变化，若油温降低，判定齿轮电位计是否为回零点，若为零点，继电器组断电，排风扇停止动作，反之执行步骤S3。

所述散热等级分为六个等级，具体散热等级制定如下：

第一等级：齿轮电位计转动角度为1~60度，此时，排风扇M1开始工作；

第二等级：齿轮电位计转动角度为61~120度，此时，排风扇M1、M2开始工作；

第三等级：齿轮电位计转动角度为121~180度，此时，排风扇M1、M2、M3开始工作；

第四等级：齿轮电位计转动角度为181~240度，此时，排风扇M1、M2、M3、M4开始工作；

第五等级：齿轮电位计转动角度为241~300度，此时，排风扇M1、M2、M3、M4、M5开始工作；

第六等级：齿轮电位计转动角度为301~360度，此时，排风扇M1、M2、M3、M4、M5、M6开始工作。

本发明的有益效果：本技术方案通过变压器油温度升高导致的变压器油体积膨胀驱动活塞，通过活塞驱动齿轮电位计转动，微处理器检测齿轮电位计电位的变化，通过数值分析比较，制定对应的散热策略，进而对降温装置内的变压器油进行智能降温，当出现设备故障时，通讯模块将故障信号发送给远程终端，进行故障预警，及时通知检修人员进行检修，保障电力系统安全，该装置结构简单，实用性强，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的结构框图。

图2为一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的结构示意图。

图3为一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的温度感应装置结构示意图。

图4为一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的排风扇控制电路原理图。

图5为一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的控制方法的方法流程图。

图中标记说明：1-变压器、2-降温装置、3-温度感应装置，4-控制器、5-远程终端、21-排风扇、31-油气缸、32-齿条、33-齿轮、34齿轮电位计、311-第一活塞头、312-中间部、313-第二活塞头、41-微处理器、42-电源单元、43-电源转换模块、44-数据存储模块、45-通信模块、46-报警模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例，如图1所示，是一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的结构框图，由变压器1、控制器4、远程终端、降温装置2以及温度感应装置3，所述的控制器4包括控制箱，所述控制箱内设置有微处理器41、电源单元42、电源转换模块43、数据存储模块44、通信模块45、报警模块46以及继电器组，电源单元42通过电源转换器43与微处理器41的电源输入引脚电连接，通信模块45、报警模块46、数据存储模块44以及继电器组分别与微处理器41电连接，远程终端5通过通信模块与控制器4通讯连接，温度感应装置3固定安装在变压器1侧壁上，控制器4与温度感应装置3连接，所述降温装置2控制器4电连接，如图2所示，是一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的结构示意图，变压器1通过油管与降温装置2连接形成密封循环回路，降温装置2壳体内设置有网状排列的油管，增大了散热面积，六个排风扇21均匀安装在壳体的一侧面，排风扇21对立侧面上提高了散热的效率；如图3所示，一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的温度感应装置结构示意图，温度感应装置3由油气缸31、齿条32、齿轮33、齿轮电位计34组成，油气缸31包括有第一活塞头311、第二活塞头313和中间部312，中间部312套接在油管端口处，由于中间部312与油管端口套接，如果不牢固会导致油气缸31动作失去平衡，更坏的结果是导致变压器油泄露，因此在变压器1外壳的侧壁设置支撑件（未示出），中间部312与支撑件通过抱箍固定，具有稳定可靠的优点，第一活塞头311滑动连接于油管内壁，第二活塞头313的下端固定连接有齿条32，齿条32与齿轮33啮合，齿轮33的轴心通过传动轴与齿轮电位计34传动连接，控制器4接收电位信号，根据不同的电位信号执行不同的散热策略，方便可靠；控制器4包括控制箱，控制箱内设置有微处理器41、电源单元42以及继电器组，继电器组由六个继电器组成，电源单元42通过电源转换模块43与微处理器41电源输入引脚电连接，每一个继电器对应控制一个触头，每一个触头对应一路排风扇21，微处理器41控制继电器线圈的通电，进而控制排风扇电路的导通和关断，微处理器41内部集成了模数转换模块，可以将电位计测得的模拟信号转换成数字信号进行处理，通过电位比较，可以得到散热等级，进而控制继电器组动作，该装置原理简单，控制效果好；降温装置2内设置有六个排风扇21，每一个排风扇21通过一个继电器单独控制，每一个继电器通过微处理器41引脚单独控制，根据不同的变压器油温对应的体积膨胀程度，对应不同的齿轮电位计转动的角度，输出不同大小的电位信号，制定六个散热等级，微处理器41采用stm32f103型号单片机，可以在户外恶劣的条件下具有较高的稳定性；齿轮电位计34采用GP43型号齿轮电位计34，它可调范围大，灵敏度高，能够减小控制误差。

如图4所示，是一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的排风扇控制电路原理图，齿轮电位计34的电源信号线与微处理器41的电源输出端电连接，齿轮电位计34的信号线与微处理器41的信号检测端电连接，电源VCC通过电源转换模块43给微处理器41提供给工作电压，继电器K1线圈通过限流电阻R1与微处理器41的控制端电连接，继电器K1的动触头J1与排风扇M1的控制回路电连接，排风扇M1通过限流电阻R7与电源VCC电连接；继电器K2线圈通过限流电阻R2与微处理器41的控制端电连接，继电器K2的动触头J2与排风扇M2的控制回路电连接，排风扇M2通过限流电阻R8与电源VCC电连接；继电器K3线圈通过限流电阻R3与微处理器41的控制端电连接，继电器K3的动触头J3与排风扇M3的控制回路电连接，排风扇M3通过限流电阻R9与电源VCC电连接；继电器K4线圈通过限流电阻R4与微处理器41的控制端电连接，继电器K4的动触头J4与排风扇M4的控制回路电连接，排风扇M4通过限流电阻R10与电源VCC电连接；继电器K5线圈通过限流电阻R5与微处理器41的控制端电连接，继电器K5的动触头J5与排风扇M5的控制回路电连接，排风扇M5通过限流电阻R11与电源VCC电连接；继电器K6线圈通过限流电阻R6与微处理器41的控制端电连接，继电器K6的动触头J6与排风扇M6的控制回路电连接，排风扇M6通过限流电阻R112与电源VCC电连接。

如图4所示，是一种基于电力物联网的变压器故障预警系统的控制方法的方法流程图，包括如下步骤：

S1、零点位置设置；变压器1未启动，油气缸31回到最初位置，调节齿轮电位计34零电位置，排风扇21未启动。

S2、变压器1启动，变压器油温升高，油气缸31运动，齿条32带动齿轮33转动，齿轮33带动电位器转动。

S3、微处理器41检测齿轮电位计34信号，根据电位信号，判定散热等级，控制继电器组通电。

一种电位等级的制定策略如下：

齿轮电位计34的可转动角度为360度，制定六个散热等级；

齿轮电位计转动角度为1~60度，为散热等级一，此时，排风扇M1开始工作；

齿轮电位计转动角度为61~120度，为散热等级二，此时，排风扇M1、M2开始工作；

齿轮电位计转动角度为121~180度，为散热等级三，此时，排风扇M1、M2、M3开始工作；

齿轮电位计转动角度为181~240度，为散热等级四，此时，排风扇M1、M2、M3、M4开始工作；

齿轮电位计转动角度为241~300度，为散热等级五，此时，排风扇M1、M2、M3、M4、M5开始工作；

齿轮电位计转动角度为301~360度，为散热等级六，此时，排风扇M1、M2、M3、M4、M5、M6开始工作。

S4、根据检测到的电位信号，微处理器41控制相应的继电器动作，根据散热等级排风扇21开始工作，如果排风扇21运行故障，报警器响起，通信模块45将故障信息传送给远程终端5。

S5、判定变压器油温变化，若油温降低，判定齿轮电位计34是否为回零点，若为零点，继电器组断电，排风扇21停止动作，反之执行步骤S3，指导齿轮电位计34回到零点，所有排风扇21停止工作。

S6、判定散热等级，若散热等级最高，等待10分钟，若油温还是稳定在最高阈值以上，报警器响起、通信模块45将故障信息传送给远程终端5。

以上所述之具体实施方式为本发明一种基于电力物联网的变压器故障预警系统及其控制方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于电力物联网的变压器故障预警系统，其特征在于，包括变压器、控制器、远程终端、降温装置以及温度感应装置，所述的控制器包括控制箱，所述控制箱内设置有微处理器、电源单元、电源转换模块、数据存储模块、通信模块、报警模块以及控制电路，所述电源单元通过电源转换模块与微处理器电源输入引脚电连接，所述通信模块、报警模块、数据存储模块以及控制电路分别与微处理器电连接，所述远程终端通过通信模块与控制器通讯连接，所述温度感应装置固定安装在变压器侧壁上，所述控制器与温度感应装置连接，所述降温装置与控制器电连接，

所述的温度感应装置包括有油气缸、齿条、齿轮以及齿轮电位计，所述油气缸包括有第一活塞头、第二活塞头和中间部，所述中间部套接在油管端口处，所述第一活塞头滑动连接于油管内壁，所述第二活塞头的下端固定连接有齿条，所述齿条与齿轮啮合，所述齿轮的轴心通过传动轴与齿轮电位计传动连接，

所述的降温装置包括有壳体和若干排风扇；所述壳体内设置有网状排列的油管，所述若干排风扇均匀安装在壳体的一侧面，排风扇对立侧面上设置有排气孔，

该基于电力物联网的变压器故障预警系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、零点位置设置；变压器未启动，油气缸回到最初位置，调节齿轮电位计零点位置，排风扇未启动；

S2、变压器启动，变压器油温升高，油气缸运动，齿条带动齿轮转动，齿轮带动齿轮电位计转动；

S3、单片机检测齿轮电位计信号，根据电位信号，判定散热等级，控制继电器组通电；

S4、继电器动作，排风扇开始工作，若风扇运转异常，报警器响起，通信模块将故障信息传送给远程终端；

S5、判定变压器油温变化：

A1、若油温降低，判定齿轮电位计是否为零点，若为零点，继电器组断电，排风扇停止动作；

A2、若油温升高，继续返回步骤S3进行检测；

S6、判定散热等级，若散热等级最高，等待10分钟，若油温还是稳定在最高阈值以上，报警器响起，通信模块将故障信息传送给远程终端，

所述散热等级分为六个等级，具体散热等级制定如下：

第一等级：齿轮电位计转动角度为1~60度，此时，排风扇M1开始工作；

第二等级：齿轮电位计转动角度为61~120度，此时，排风扇M1、M2开始工作；

第三等级：齿轮电位计转动角度为121~180度，此时，排风扇M1、M2、M3开始工作；

第四等级：齿轮电位计转动角度为181~240度，此时，排风扇M1、M2、M3、M4开始工作；

第五等级：齿轮电位计转动角度为241~300度，此时，排风扇M1、M2、M3、M4、M5开始工作；

第六等级：齿轮电位计转动角度为301~360度，此时，排风扇M1、M2、M3、M4、M5、M6开始工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网的变压器故障预警系统，其特征在于，所述控制电路包括有继电器组，所述继电器组包括有继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、继电器K5以及继电器K6；继电器K1的线圈通过限流电阻R1与微处理器的控制端电连接，继电器K1的动触头J1的一端通过限流电阻R7与电源单元电连接，继电器K1的动触头J1的另一端与排风扇M1正极端电连接，排风扇M1负极端接地；继电器K2的线圈通过限流电阻R2与微处理器的控制端电连接，继电器K2的动触头J2的一端通过限流电阻R8与电源单元电连接，继电器K2的动触头J2的另一端与排风扇M2正极端电连接，排风扇M2负极端接地；继电器K3的线圈通过限流电阻R3与微处理器的控制端电连接，继电器K3的动触头J3的一端通过限流电阻R9与电源单元电连接，继电器K3的动触头J3的另一端与排风扇M3正极端电连接，排风扇M3负极端接地；继电器K4的线圈通过限流电阻R4与微处理器的控制端电连接，继电器K4的动触头J4的一端通过限流电阻R10与电源单元电连接，继电器K4的动触头J4的另一端与排风扇M4正极端电连接，排风扇M4负极端接地；继电器K5的线圈通过限流电阻R5与微处理器的控制端电连接，继电器K5的动触头J5的一端通过限流电阻R11与电源单元电连接，继电器K5的动触头J5的另一端与排风扇M5正极端电连接，排风扇M5负极端接地；继电器K6的线圈通过限流电阻R6与微处理器的控制端电连接，继电器K6的动触头J6的一端通过限流电阻R12与电源单元电连接，继电器K6的动触头J6的另一端与排风扇M6正极端电连接，排风扇M6负极端接地。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力物联网的变压器故障预警系统，其特征在于，所述变压器侧壁设置有支撑件，所述油气缸的中间部与支撑件通过抱箍固定。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力物联网的变压器故障预警系统，其特征在于，所述的微处理器为内部集成有模数转换功能的stm32f103型号单片机。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网的变压器故障预警系统，其特征在于，所述的齿轮电位计为GP43型号齿轮电位计。

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