CN110672156A - 带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，属于工业传感器技术领域。本发明包括油箱、套管、配电柜，其特点在于，该装置还包括油位传感器、油温传感器、电压采集和RS485通讯电缆，所述配电柜包括中央处理模块和与中央处理模块相连接的显示模块、电源模块以及GSM模块，为了解决现有油浸式变压器油温、油位和变压器电压检测不成熟的问题，进而采用在线实时监测变压器油温，避免变压器温度过高使绝缘材料性能降低并老化，延长变压器的使用寿命；监测变压器绝缘油液面，防止变压器绝缘油泄露；监测输出电压，确保变压器输出安全，通过报警，告知维修人员注意维修时绝缘安全操作，杜绝安全事故的发生。

Description

带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置

技术领域

本发明涉及一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，属于工业传感器技术领域。

背景技术

随着配电网规模的发展以及配电网设备质量的迅速提升，配电网设备定期检修模式已不适应电网及设备的管理要求，配电网设备应积极采用免维护、少维护设备，加强设备在线监测工作，不断探索新技术在配电网状态检修中的应用，积极推广应用带电测试技术和设备，有选择的安装应用成熟可靠的在线监测设备，进一步提高技术服务水平。

油浸式变压器温度过高使绝缘材料的绝缘性能降低并加快其老化，降低变压器的使用寿命，变压器上层油的温度是反映配电变压器运行状况的关键数值，配电网状态检修评价导则规定变压器上层油温不宜经常在85～95℃运行 。因此，设计一种能够实时监测变压器油温、当温度超过一定限值及时报警、通知有关人员进行及时处理的变压器在线监测装置。

变压器绝缘油液面高低可以直接反映变压器泄露问题 ，考虑到绝缘油的热胀冷缩，受户外环境影响较大，设计一种能监测液面高低阈值报警的在线监测装置。

变压器输出强电，维修人员必须采用保护措施，特别在变压器输出线路故障，地线短接的情况下，因此需要采集输出电压，确保其输出安全。通过采集报警信号，告知维修人员注意维修时绝缘安全操作；

而且由于整个配电网呈分散式分布，数据传输的有效性和及时性受到考验，变压器与维修人员的手持式后台通信距离不定，间接地提高检修难度和时间。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置 。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，包括油箱、套管、配电柜，其特点在于，该装置还包括油位传感器、油温传感器、电压采集和RS485通讯电缆，所述套管沿油箱顶部向内延伸，底部悬于油箱内部，所述油温传感器和油位传感器分别位于套管两侧，所述油温传感器位于套管侧壁上部，所述油位传感器为两个，分别位于套管侧壁上下两个位置，所述套管通过RS485通讯电缆与配电柜相连接，所述配电柜又通过RS485通讯电缆与电压采集连接。 所述配电柜包括中央处理模块和与中央处理模块相连接的显示模块、电源模块以及GSM模块。

进一步地，所述中央处理模块为STM2F03RCT6微控制器。

进一步地，所述显示模块为LCD1602显示屏。

进一步地，所述GSM模块由UART接口、射频芯片、功率放大器件和天线组成，通过USART接口与中央处理模块相连。

一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置的监测方法包括以下监测步骤：

步骤一，由所述信息采集装置，包括油位传感器、油温传感器、电压采集将采集的信息通过RS485通讯电缆发送到中央处理模块；

步骤二，所述中央处理模块将采集到的信息通过显示模块显示，并通过GSM模块向监控端定时发送监测到信息；

步骤三，所述中央处理模块在接收到信息的同时进行阈值判断，将符合阈值判断的信息通过GSM模块向监控端发送警报信息。

本发明的有益效果：本发明采用的油温传感器能在线实时监测变压器油温掌握变压器运行状况，当温度超过一定限值及时报警，避免变压器温度过高使绝缘材料的绝缘性能降低并加快其老化，增强变压器的使用寿命。本发明采用的油位传感器实时收集变压器绝缘油液面高低状况，监测液面高低阈值报警，防止变压器绝缘油泄露。采集输出电压，确保变压器输出安全，通过采集报警信号，告知维修人员注意维修时绝缘安全操作，杜绝安全事故的发生。

针对变压器使用中的关键因素绝缘油，进行油温油位的数据采集显示与传送报警，同时在显示模块上进行显示与报警，方便操作员巡检与记录；同时考虑变压器外部连线的安全，选取电压采集，进行安全提示。所用温度或油位传感器具有灵敏，小巧等特点，GSM通信具有稳定可靠及时等特点。

本发明实现了带有数据采集与通信报警的变压器状态监测系统的设计，包括油浸式变压器绝缘油的油温、油位，以及变压器的输出电压。从而提高了变压器的使用寿命，减小了维修时间与成本。

附图说明

图1是本发明所述带有数据采集与通信报警的油温传感器的结构框图；

图2是本发明的油温和油位传感器安装示意图；

图3是本发明的油温数据采集原理图；

图4是本发明的变压器输出电压采集原理图；

图5是本发明的软件工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置， 包括油箱、套管、配电柜，其特点在于，该装置还包括油位传感器、油温传感器、电压采集和RS485通讯电缆，其中配电柜包括中央处理模块和与中央处理模块相连接的显示模块、电源模块以及GSM模块；

电源模块4用于为中央处理模块和与中央处理模块相连接的其他模块芯片提供工作电源，可以输出标准5V和3.3V电压。

油温传感器用于采集所监测发电厂变压器的当前油温数据，油位传感器用于采集该当前所监测发电厂变压器的当前油位数据，电压采集用于采集该当前所监测发电厂变压器的输出电压，所采集到的这些数据传递给中央处理模块并经显示模块3进行当前变压器油温、油位和输出电压显示。

GSM模块用于接收来自中央处理模块的变压器油温、油位和输出电压等数据，再定时将数据以短信的形式发送至预设的电话号码，如果变压器发生异常，GSM模块则立刻发送短信报警。它由UART接口、射频芯片、功率放大器件和天线组成，通过USART接口与中央处理模块相连。

工作过程如下：本装置通电后，通过电源模块4向整个装置供电，正常工作情况下，油温传感器、油位传感器和电压采集将采集到的数据发送给中央处理模块，当中央处理模块接收到的各个数据在提前设定的阈值范围内时，在显示模块3中实时显示变压器油温、油位和输出电压值，并且定期通过GSM模块发送短信报告变压器油温、油位和输出电压等信息。如果变压器发生异常，即中央处理模块接收到的某种数据超出阈值范围，中央处理模块立刻发送信号给GSM模块，向管理员发出报警短信，提醒变压器异常。

中央处理模块采用STM2F03RCT6微控制器配合外围电路实现STM2F03RCT6单片机接收传感器输出的原始数据，STM2F03RCT6内部自带模数/数模转换功能，传感器输出的4-20mA电流通过电流电压转换电路转换为0-3.3V模拟电压信号，直接通过单片机的GPIO引脚输入数据，单片机判断接收到的数据是否在设置的阈值范围之内，如果数据正常，继续下一次采集循环，如果数据异常，单片机通过USART接口向GSM模块发送指令，立刻给管理员发送短信报警。显示模块3可采用LCD1602液晶屏，温湿度传感器采集到的数据可以通过LCD1602显示屏在单片机的控制下显示出来。

图2是油温和油位传感器安装示意图，油温传感器放置在变压器油箱内顶端用于测量顶层油温，油位传感器放置在油箱中上下两个位置，设置两个阈值，当低于第一个阈值时单片机就会报警，但此时可能是由于油的热胀冷缩而不是变压器异常报警，如果油位低于第二个阈值，此时一定发生变压器异常，必须马上处理。

图3所示是数据采集原理，油位和油温传感器输出的是4-20mA电流，通过此电路直接转换为可以直接输入单片机的0-3.3V电压，电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、PT100构成测量电桥，当PT100的电阻值和VR2的电阻值不等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经运放U3A放大后输出预期大小的电压信号，该信号可直连模数转换芯片。差动放大电路中R3=R4、R5=R6、放大倍数=R5/R3，运放采用单一5V供电。

图4所示是电压采集原理，电压采集由电压互感器和分压电路构成，电压互感器输出标准100V电压，经过电阻分压为2V电压直接与单片机的GPIO口相连，当单片机接收到的电压超出阈值即通过GSM模块报警。

实际环境中油位传感器、油温传感器、电压采集与中央处理模块相距较远，所以需采用RS485总线相连，RS485标准全称是TIA/EIA-485串行通信标准，是由美国电子工业协会(EIA)和美国通讯工业协会(TIA)共同制定和发布的[13]。RS485接口是应用最为广泛的标准通信接口之一，是一种多点差分数据传输的电气规范。这种通信接口允许在一对简单的双绞线上进行双向、多点通信，而且噪声抑制能力高、数据传输速率快、传输距离长。

图5是本发明软件工作流程图，开机上电后，先运行初始化函数，初始化时钟、GPIO、ADC、定时器等，然后开始采集循环，如果采集到的传感器数据在正常范围内则继续下一次循环，如果数据超出阈值范围则向GSM模块发送指令，向预设的手机号码发送报警信息，随后继续进入采集循环。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，包括油箱、套管、配电柜，其特点在于，该装置还包括油位传感器、油温传感器、电压采集和RS485通讯电缆，所述套管沿油箱顶部向内延伸，底部悬于油箱内部，所述油温传感器和油位传感器分别位于套管两侧，所述油温传感器位于套管侧壁上部，所述油位传感器为两个，分别位于套管侧壁上下两个位置，所述套管通过RS485通讯电缆与配电柜相连接，所述配电柜又通过RS485通讯电缆与电压采集连接； 所述配电柜包括中央处理模块和与中央处理模块相连接的显示模块、电源模块以及GSM模块。

2.根据权利要求1所述的一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，其特征在于，所述中央处理模块为STM2F03RCT6微控制器。

3.根据权利要求1所述的一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，其特征在于，所述显示模块为LCD1602显示屏。

4.根据权利要求1所述的一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，其特征在于，所述GSM模块由UART接口、射频芯片、功率放大器件和天线组成，通过USART接口与中央处理模块相连。

5.一种带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置的监测方法，基于权利要求1-4中任一项所述的带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置，其特征在于，所述带有数据采集与通信报警的变压器状态监测装置的监测方法包括以下监测步骤：

步骤一，由所述信息采集装置，包括油位传感器、油温传感器、电压采集将采集的信息通过RS485通讯电缆发送到中央处理模块；

步骤二，所述中央处理模块将采集到的信息通过显示模块显示，并通过GSM模块向监控端定时发送监测到信息；

步骤三，所述中央处理模块在接收到信息的同时进行阈值判断，将符合阈值判断的信息通过GSM模块向监控端发送警报信息。

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