CN111477497A - 一种智能型双浮球气体继电器及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能型双浮球气体继电器，包括：凸字型外壳，凸字型外壳的上部设置接线盒，接线盒采用密闭式封装结构、用于实现数据传输和轻瓦斯报警及重瓦斯跳闸保护功能；在接线盒的下侧面设置主导管，主导管为感测连杆、用于实现变压器油液位实时监测功能；上浮子安装在上挡圈与中挡圈之间的主导管处，下浮子安装在中挡圈与下挡圈之间的主导管处。一种变压器气体继电器监控系统，包括：智能型双浮球气体继电器，以及设置在远端的管理后台。本发明结构简单，实施成本低、易推广，智能型双浮球结构使监测结果更加精准；可实现对变压器的远程监测和控制；可以大大提高生产效率。

Description

一种智能型双浮球气体继电器及监控系统

技术领域

本发明属于继电器技术领域，具体涉及一种智能型双浮球气体继电器及监控系统，该气体继电器能够实时监测气体继电器内部气体积聚情况、并且采用了双浮球结构分别实现了在线监测气体积聚量、轻瓦斯报警、低油位报警和跳闸功能。

背景技术

储油柜通过可调节的胶囊或波纹把变压器油与外界大气隔离，通过集气管与变压器本体联接构成了一个变压器油热胀冷缩补偿系统。当温度升高时，变压器油体积膨胀，随着与变压器连通的集气管路流至储油柜内；当温度降低时，变压器油体积收缩，又会从储油柜中流回变压器内，从而保证变压器内部各组件始终处于绝缘油的保护中。

变压器上常用的一种非电量保护装置称为气体继电器(又叫瓦斯继电器)，气体继电器安装位置就位于储油柜和油箱之间导气管的最高处，紧靠储油柜。若变压器存在故障，无论是变压器内部故障，如：匝间短路、过热、局部放电等造成绝缘油分解产生气体；还是变压器外部故障，如：漏油、密封不严进气或安装工艺不当导致内部积气等，这些情况导致变压器产生变化，这些变化都会逐渐体现在气体继电器上。

轻瓦斯报警：在正常运行状态下，当变压器(或有载开关)内部发生故障时(如放电或过热故障)，变压器油或固体绝缘材料会随着故障的发生而产生分解，并产生如氢气、烃类气体以及一氧化碳、二氧化碳等气体，这些气体会随着变压器油对流循环运动至安装在高点位置处的气体继电器中，随着时间的推移，在气体继电器顶部，这些气体将缓慢聚集并形成一定压力，压低油面高度。当气体聚集达到一定体积时，气体继电器的轻瓦斯报警信号接点接通，并发出报警信号。

重瓦斯跳闸保护：当变压器内部出现高能能量、电弧放电等严重故障时，变压器油急剧分解产生大量气体，通过集气管向瓦斯继电器和储油柜方向积聚，形成的油、气流达到一定流速，冲击挡圈，下置磁铁使干簧接点接通启动跳闸信号，切断变压器电源，保护变压器。

目前在运行中的常规气体继电器采用的多是单浮子、单接点干簧管结构，单浮子结构气体继电器虽然能够使变压器在内部故障时信号报警或跳闸，但是当变压器发生严重漏油时，该结构的继电器只会信号报警而不会跳闸，这对变压器的安全运行造成了很大隐患。同时，单接点干簧由于受到震动等影响，稳定性较差，经常造成变压器跳闸，也存在较大的安全隐患。

《DL/T 540-2013气体继电器检验规程》中规定气体容积值的检定方法是：将气体继电器充满变压器油后，两端封闭，水平放置，打开气体继电器放气阀，并对继电器缓慢放油，直至有信号动作输出时，测量放出油的体积值，即为气体继电器气体容积动作值。重复试验三次。Φ50、Φ80气体继电器气体动作范围在250mL-300mL。气体继电器检验不符合整定值时，可以调整的气体继电器应进行调整，使之达到整定值。

根据行业标准，气体继电器内气体积聚量在250mL-300mL时，应发出轻瓦斯报警信号，这种功能目前的气体继电器一般都能够实现，但是却不能实时监测气体积聚量，无法掌握气体积聚量的变化趋势，在发出轻瓦斯报警之前的气体积聚量和趋势不可知。随着国网提出的泛在电力物联网以及南网公司提出的数字化电网对产品智能化的要求，对变压器的感知层的数据需求越来越迫切。现有的国产气体继电器厂家还没有数字式的产品，他们现有的改进策略只是实现国网十八项反措要求中提出的双浮球结构，打破国外厂家专利壁垒，将原有的双浮球式改为双浮子或者双浮筒式，将原有的空心浮球改为实心泡沫球，未对气体继电器本质的信息输出方式进行研究。

浮球式液位计使用磁力运作，无机械连接件，运作简单可靠。当浮球开关被测介质浮动浮子时，浮子带动主体移动，同时浮子另一端的磁体将控制开关动作杆上的磁体。浮球式液位计的技术优势：浮球开关不含导致故障发生的波纹管、弹簧、密封等部件，而是采用直浮子驱动开关内部磁铁，浮球开关的简捷的杠杆使开关瞬间动作。浮子悬臂角限位设计，防止浮子垂直。在密闭的金属或塑胶管内，设计一点或多点的磁簧开关，然后将管子贯穿一个或多个中空而内部装有环型磁铁的浮环，并利用固定环，控制浮球与磁簧开关在相关位置上，使浮球在一定范围内上下浮动。利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点，产生开与关的动作，实现液位的控制或指示。

用来改变连杆内的电阻与磁簧开关所组成的分压电路，磁簧开关的间隙越小、精度越高，从而实现连续性液位监测。分压信号可经过转换器转变成4-20mA或其它不同之标准信号。指示器可以配合其它表头作远距离指示，是一种原理简单，可靠性极佳的液位指示器。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明将传统结构的气体继电器气体容积报警机构用浮球式液位计替代。为了实现气体积聚量的实时监测以及轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸保护，依据气体是高点聚集、由高变低逐渐压低油面的规律，变压器漏油故障时油位也是由上而下逐渐降低的规律，本发明采用两个磁性浮子串联的支路结构，上磁簧开关的精度高，能够识别油面的微小变化，从而可以实时传递油面上方气体积聚情况。在自上而下体积达到250mL-300mL处设置轻瓦斯报警磁簧开关；下磁簧开关，在最低油面位置设置重瓦斯跳闸磁簧开关，进行重瓦斯跳闸保护。本发明所采用的技术方案如下：

一种智能型双浮球气体继电器，包括：凸字型外壳，凸字型外壳的上部设置接线盒，接线盒采用密闭式封装结构、用于实现数据传输和轻瓦斯报警及重瓦斯跳闸保护功能；

在接线盒的下侧面设置主导管，主导管为感测连杆、用于实现变压器油液位实时监测功能；在主导管的上端部设置上挡圈，在主导管的中间设置中挡圈，在主导管的下端部设置下挡圈；上挡圈和下挡圈为圆形金属结构、穿过主导管后固定，中挡圈为固定在主导管上的环形金属块；

上浮子安装在上挡圈与中挡圈之间的主导管处，上挡圈与中挡圈之间的主导管内部设置用于轻瓦斯报警的上磁簧开关；下浮子安装在中挡圈与下挡圈之间的主导管处，中挡圈与下挡圈之间的主导管中内部设置用于重瓦斯跳闸的下磁簧开关；上浮子、下浮子是环形轻质材料，内部带有磁铁。

优选的，所述的接线盒内部安装有接线板、瞬态气体积聚量特征量测量模块、信号调理与采集模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块，所述的信号调理与采集模块分别与瞬态气体积聚量特征量测量模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块电连接实现数据交互。

优选的，所述的瞬态气体积聚量特征量测量模块，将变压器油液位信号转换成气体积聚量监测，输出4～20mA信号；

所述的气体继电器开关量输入模块，将上磁簧开关的轻瓦斯报警和下磁簧开关的重瓦斯跳闸保护信号值直接输入信号调理和采集模块；

所述的信号调理与采集模块将瞬态气体积聚量特征量测量模块传输来的数据进行统一数据格式转换、转换为数字核心处理模块能识别的标准数字信号，再输出标准数字信号到数字核心处理模块；并对信号进行初步筛选和存储；

所述的数字核心处理模块对信号调理与采集模块传输来的信号进行判断。

优选的，在凸字型外壳上设置有第一视窗、第二视窗，所述的第一视窗、第二视窗是可视透明窗口，第一视窗的位置与上浮子的活动范围相对应；第二视窗的位置与下浮子的活动范围相对应。

优选的，上挡圈、中挡圈和下挡圈采用焊接方式固定。

优选的，接线盒通过焊接方式与主导管固定连接，接线盒下部有一与主导管直径相同的小孔。

优选的，所述的主导管的长度不小于气体继电器内部浸油部分油位最深处的一半。

一种变压器气体继电器监控系统，包括：智能型双浮球气体继电器，以及设置在远端的管理后台，所述的管理后台用于变压器运维管理人员查询变压器的运行状态数据。

优选的，智能型双浮球气体继电器与管理后台之间通过以太网实现信息交换、数据传输。

本发明的有益效果：

1)本发明结构简单，实施成本低、易推广，智能型双浮球结构使监测结果更加精准。

2)本发明的监测系统可实现对变压器的远程监测和控制。

3)本发明既实现了气体继电器内气体积聚量的实时监测，又实现了轻瓦斯报警、重瓦斯低油位跳闸功能，可以大大提高生产效率。

4)本发明由轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸两路信号构成，结构可靠；并配备后台智能化系统，智能化系统有人机对话界面，可以进行远方操作和维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的双浮球气体继电器的结构示意图；

图2是浮球式液位计的工作原理示意图；

图3是本发明实施例的变压器油液位监测原理示意图；

图中，1－上挡圈，2－主导管，3－中挡圈，4－下挡圈，5－第一法兰，6－凸字型外壳，7－接线盒，8－第一视窗，9－上浮子，10－下浮子，11－第二法兰，12－第二视窗，13－磁簧开关，14－永久磁铁，15－磁性浮球，16－感测连杆。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

如图1所示，是本发明实施例的双浮球气体继电器的结构示意图。一种智能型双浮球气体继电器，气体继电器通过第一法兰5和第二法兰11安装在储油柜与变压器相通的联管之间。双浮球气体继电器包括：凸字型继电器外壳6，外壳6的上部设置接线盒7，接线盒7与外壳6之间采用螺栓连接；接线盒7采用密闭式封装结构，内部安装有接线板、瞬态气体积聚量特征量测量模块、信号调理与采集模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块，所述的信号调理与采集模块分别与瞬态气体积聚量特征量测量模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块电连接实现数据交互，实现数据传输和轻瓦斯报警及重瓦斯跳闸保护功能。接线板是电路背板，上面插接有瞬态气体积聚量特征量测量模块、气体继电器开关量输入模块等；同时，连接板内设置有轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸触发电路，轻瓦斯报警电路动作后经延时发出报警信号，重瓦斯跳闸电路动作后启动变压器保护的总出口，使断路器跳闸。接线板及其实现方法是现有技术，在此不再赘述。

在接线盒7的下侧面通过焊接方式设置主导管2，避免变压器油渗入接线盒7，保证接线盒7的密封性。接线盒7下部有一与主导管2直径相同的小孔，主导管2通过小孔穿入气体继电器内部，主导管2上部有导线连接接线板，深入气体继电器内部的部分装置挡圈和浮球。主导管2为感测连杆(感测连杆内部装有磁簧模组，通过磁耦合作用，使传感器内电阻成线性变化，当浮子在感测连杆上活动时，干簧管受磁性吸和，引起电阻值变化，该电阻信号通过转换器转换成4～20mA标准信号输出，将油面液位信息转换成电信号)，通过浮子带动磁铁活动，实现变压器油液位实时监测功能。在主导管2的上端部设置上挡圈1，在主导管2的中间设置中挡圈3，在主导管2的下端部设置下挡圈4。上挡圈1和下挡圈4为圆形金属结构、穿过主导管2后固定，中挡圈3为固定在主导管2上的环形金属块，限制上浮子9、下浮子10的活动范围，上挡圈1、中挡圈3和下挡圈4采用焊接方式固定。

主导管2的长度依据变压器与储油柜导油管的直径、气体继电器的内径和浸油部分深度确定，主导管2的长度不小于气体继电器内部浸油部分油位最深处的一半。比如，导油管的连接管径为80mm，气体继电器内部浸油部分油位最深处为180mm，主导管2的长度可以设置为90-95mm之间。这样的设计充分考虑到检测精度和气体继电器的内部构造，既保证检测精度的需要，又能减小气体继电器的空间上的设计。

上浮子9安装在上挡圈1与中挡圈3之间的主导管2处，上挡圈1与中挡圈3之间的主导管2内部的上磁簧开关的间隙小、精度高，能够识别绝缘变压器油液面的微小变动。上浮子9只能在上挡圈1和中挡圈3之间运动，在这段主导管2内设置用于轻瓦斯报警的上磁簧开关。下浮子10安装在中挡圈3与下挡圈4之间的主导管2处，中挡圈3与下挡圈4之间的主导管2中的下磁簧开关的间隙大，在这段主导管2中设置用于重瓦斯跳闸的下磁簧开关即可，下浮子10只能在中挡圈3和下挡圈4之间运动，大多时候浸在变压器油中，紧靠中挡圈3的下方。上浮子9、下浮子10是环形轻质材料，内部带有磁铁，当上浮子9、下浮子10活动到固定位置后，上、下磁簧开关动作连通分压电路。

本发明实施例中，在外壳6上设置有第一视窗8、第二视窗12，所述的第一视窗8、第二视窗12是可视透明窗口，第一视窗8的位置与上浮子9的活动范围相对应、用于观察上浮子9的位置和气体积聚情况；第二视窗12的位置与下浮子10的活动范围相对应、用于观察下浮子10的位置和变压器油位情况。

本发明实施例中，利用现有的浮球式液位计的原理和设计，即可实现轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸保护功能，浮球式液位计的工作原理如图2所示。根据浮力原理和磁性耦合的原理，当变压器内部产生气体后，气体迫使磁性浮球15下降，磁性浮球15内的永久磁铁14通过磁耦合传递到感测连杆16，永久磁铁14所在的位置将改变感测连杆16中磁簧开关13的状态(闭合)，感测连杆16的电阻值随着磁性浮球15的位置变化，变压器油液位越低、电阻值越大，进而可以转化为对应的4～20mA信号，实现气体继电器内气体积聚量的实时监测。本发明实施例中，在气体积聚自上而下体积达到250mL-300mL处设置上磁簧开关(报警开关)，发送报警信号(轻瓦斯报警)；在出现低油位处设立下磁簧开关(跳闸开关)，实现重瓦斯跳闸保护。这样既实现了气体继电器内气体积聚量的实时监测，又实现了轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸保护功能。

本发明实施例中，变压器运行过程中，大多情况下气体继电器内充满变压器油，上浮子9位于上挡圈1下方、紧靠上挡圈1的下表面，下浮子10处于中挡圈3下方，紧靠中挡圈3的下表面。若变压器出现故障、内部产生气体，气体积聚到气体继电器上方，油面逐渐下降，首先，上浮子9随着油面下降，因为主导管2上半部内部的上磁簧开关精度高，液面微小变动也能够实时传出信号，从而实现了对气体积聚量的实时监测。当油面继续下降，降至中挡圈3以下时，上浮子9不再下移，位于中挡圈3的上表面，这时一般故障比较严重，需要重点关注变压器运行情况。此时下浮子10随着油面下降，当降至设置好的下磁簧开关处，会触动重瓦斯跳闸保护功能。

所述的瞬态气体积聚量特征量测量模块，通过双浮球液位计监测变压器油液位信号，并将液位信号转换成气体积聚量监测，输出4～20mA信号。

所述的气体继电器开关量输入模块，将上磁簧开关的轻瓦斯报警和下磁簧开关的重瓦斯跳闸保护信号值直接输入信号调理和采集模块，并设定好不同状态下的电路触发信号，可通过硬件和程序实现。

所述的信号调理与采集模块将瞬态气体积聚量特征量测量模块传输来的数据进行统一数据格式转换、转换为数字核心处理模块能识别的标准数字信号，再输出标准数字信号到数字核心处理模块；并对信号进行初步筛选和存储，自动地、准确地记录跳闸或报警信号发出前后的电气量如气体积聚量的数值变化情况，可通过程序模块实现。

所述的数字核心处理模块对信号调理与采集模块传输来的信号进行判断，是否满足轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸，满足条件后、将发出相应的触发信号，发出轻瓦斯报警或重瓦斯跳闸，并将信号发出前后的数据进行存储，便于后期查看。可通过程序模块实现功能。数字核心处理模块内部已事先输入轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸的判断条件，判断传送过来的信号是否满足跳闸或报警的条件，若满足条件则发出报警或跳闸信号，不满足条件则判断下一组数据。如轻瓦斯报警电路已接通，再对气体积聚量进行判断，当两个分压电路信号均满足报警条件，则发出报警信号，二者缺一不可，提高瓦斯继电器运行的准确性。数字核心处理模块进行气体继电器动作信息的测量、运算、记录、通信等操作，实现气体继电器气体积聚变化特征与气体继电器动作情况的录波功能。

如图3所示，是本发明实施例的变压器油液位监测原理示意图。瞬态气体积聚量特征量测量模块、信号调理与采集模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块通过硬件或者程序实现的方法，均为现有技术，仅涉及数据的采集、模数转换、传输和比对，不涉及程序和方法的改进，在此不再赘述。

一种变压器气体继电器监控系统，包括：智能型双浮球气体继电器，以及设置在远端的管理后台，智能型双浮球气体继电器通过数字核心处理模块，将数据转换成统一数据传输的报文格式以及通讯协议(《电力设备无线传感器网络节点组网协议》)，利用以太网实现与远端的管理后台之间的信息交换、数据传输和远方操作和维护。变压器运维管理人员登录远端的管理后台，可输入数据查询命令并输入查询时间段，快速查询变压器在该时间段内运行状态数据，获取气体积聚量特征、分析事故原因、提出相应的解决方案。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：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，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，包括：凸字型外壳(6)，凸字型外壳(6)的上部设置接线盒(7)，接线盒(7)采用密闭式封装结构、用于实现数据传输和轻瓦斯报警及重瓦斯跳闸保护功能；

在接线盒(7)的下侧面设置主导管(2)，主导管(2)为感测连杆、用于实现变压器油液位实时监测功能；在主导管(2)的上端部设置上挡圈(1)，在主导管(2)的中间设置中挡圈(3)，在主导管(2)的下端部设置下挡圈(4)；上挡圈(1)和下挡圈(4)为圆形金属结构、穿过主导管(2)后固定，中挡圈(3)为固定在主导管(2)上的环形金属块；

上浮子(9)安装在上挡圈(1)与中挡圈(3)之间的主导管(2)处，上挡圈(1)与中挡圈(3)之间的主导管(2)内部设置用于轻瓦斯报警的上磁簧开关；下浮子(10)安装在中挡圈(3)与下挡圈(4)之间的主导管(2)处，中挡圈(3)与下挡圈(4)之间的主导管(2)中内部设置用于重瓦斯跳闸的下磁簧开关；上浮子(9)、下浮子(10)是环形轻质材料，内部带有磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，所述的接线盒(7)内部安装有接线板、瞬态气体积聚量特征量测量模块、信号调理与采集模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块，所述的信号调理与采集模块分别与瞬态气体积聚量特征量测量模块、气体继电器开关量输入模块、数字核心处理模块电连接实现数据交互。

3.根据权利要求2所述的一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，所述的瞬态气体积聚量特征量测量模块，将变压器油液位信号转换成气体积聚量监测，输出4～20mA信号；

所述的气体继电器开关量输入模块，将上磁簧开关的轻瓦斯报警和下磁簧开关的重瓦斯跳闸保护信号值直接输入信号调理和采集模块；

所述的信号调理与采集模块将瞬态气体积聚量特征量测量模块传输来的数据进行统一数据格式转换、转换为数字核心处理模块能识别的标准数字信号，再输出标准数字信号到数字核心处理模块；并对信号进行初步筛选和存储；

所述的数字核心处理模块对信号调理与采集模块传输来的信号进行判断。

4.根据权利要求1－3任一项所述的一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，在凸字型外壳(6)上设置有第一视窗(8)、第二视窗(12)，所述的第一视窗(8)、第二视窗(12)是可视透明窗口，第一视窗(8)的位置与上浮子(9)的活动范围相对应；第二视窗(12)的位置与下浮子(10)的活动范围相对应。

5.根据权利要求1－3任一项所述的一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，上挡圈(1)、中挡圈(3)和下挡圈(4)采用焊接方式固定。

6.根据权利要求1－3任一项所述的一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，接线盒(7)通过焊接方式与主导管(2)固定连接，接线盒(7)下部有一与主导管(2)直径相同的小孔。

7.根据权利要求1－3任一项所述的一种智能型双浮球气体继电器，其特征在于，所述的主导管(2)的长度不小于气体继电器内部浸油部分油位最深处的一半。

8.一种变压器气体继电器监控系统，其特征在于，包括：如权利要求1－3任一项所述的智能型双浮球气体继电器，以及设置在远端的管理后台，所述的管理后台用于变压器运维管理人员查询变压器的运行状态数据。

9.根据权利要求8所述的一种变压器气体继电器监控系统，其特征在于，智能型双浮球气体继电器与管理后台之间通过以太网实现信息交换、数据传输。

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