CN111579942A - 一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，包括第一圆柱金属体、油中气体检测传感器、局部放电检测传感器、微水检测传感器、电路板、天线、供电电路板、电池模块、电源接口、第一线缆、第二线缆、第二圆柱金属体、金属法兰、变压器放油管中绝缘油的接触面。实现油中溶解气体、局部放电、微水的一体化综合监测，提升装置可靠性，降低状态感知成本，提高多类数据综合利用率，最终降低变压器潜伏性突发故障的发生。本发明同时传感器兼容多种取能和通信方式，安装、使用、维护的灵活度较高。能实现变压器油气、局部放电和微水检测的同步检测，并能对检测数据进行处理和发送。同时传感器兼容多种电源供电方式和多种无线通信方式。
Description
技术领域
本发明属于电力设备状态在线监测技术领域，具体涉及一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器。该传感器可同时实现变压器油中气体、局部放电和微水的检测，实现了变压器多种绝缘参量的智能检测。
背景技术
变压器是电力系统的核心设备，其运维质量直接关系到电网的运行可靠性。变压器运行状态的准确获取是开展针对性、差异化运维的基础。受益于检测、通信、数据处理等技术的快速发展，带电检测和在线监测已经成为获取变压器运行状态的有效工具。
目前，针对变压器运行状态的不同表征及维度，有油中溶解气体、局部放电、微水、铁芯电流等多种监测手段。其中油中溶解气体、局部放电、微水是表征变压器油的绝缘状态，并用以判断变压器内部故障的重要依据。经过电网公司多年的推广应用，油中溶解气体、局部放电、微水等监测装置已经成为变压器运维检修的重要工具。这些手段的成功应用在一定程度上提高了电网运行的可靠性，但也逐渐暴露出技术应用上的不足，主要表现在：
(1)装置的可靠性不够。目前油中溶解气体监测仍普遍采用气相色谱分析技术，其采用油循环回路，从变压器油箱中取样、脱气后，对气体进行组分分析。装置在长期运行过程中，易发生油路循环机构不稳定、载气不足等故障，导致较大的检测误差。故尚无法完全替代实验室油样检测。
(2)状态感知成本较高。目前要实现油中溶解气体、局部放电、微水等监测，需安装三类监测装置，由此带来的购置、安装、维护成本较高，装置综合故障率也较高。降低设备状态感知成本，提高在线监测装置的运行质量是建设可靠设备感知层的关键。
(3)监测数据难以有效利用。由于监测装置的分立式安装，监测装置采样时效、通信方式上的不同，导致同一台变压器不同监测装置的数据往往缺少关联性，无法做到关联挖掘和综合分析，难以刻画变压器故障前的真实状态。
(4)在线监测传感器的取能、通信功能的兼容性较差，大多数只选用一种取能和通信方式，兼容性差，出现取能和通信故障时，无法灵活转化，影响传感器的可靠性。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，包括第一圆柱金属体、油中气体检测传感器、局部放电检测传感器、微水检测传感器、电路板、天线、供电电路板、电池模块、电源接口、第一线缆、第二线缆、第二圆柱金属体、金属法兰、变压器放油管中绝缘油的接触面，所述油中气体检测传感器的一端伸出第一圆柱金属体，所述微水检测传感器的一端伸出第一圆柱金属体，所述局部放电检测传感器置于第一圆柱金属体中，所述第一圆柱金属体与变压器放油管中绝缘油的接触面通过环氧树脂固定；所述供电电路板与电源接口连接，用于转换处理自电源接口输入的电能，并将电能存储在电池模块中；所述电路板包含数据采集、数据分析和通信模块；所述电路板与油中气体检测传感器、局部放电检测传感器、微水检测传感器通过第一线缆进行连接，所述天线、电池模块通过第二线缆进行连接，用于采集处理检测信号；所述天线安装在第二圆柱金属体外部，天线与电路板通过第二线缆进行连接，用于和远端设备进行数据通信；所述第二圆柱金属体的周边设置有传感器金属法兰盘，所述传感器金属法兰盘设置有用于和变压器放油管法兰连接的螺孔，所述电池模块安装在第二圆柱金属体内部，所述电池模块与电路板、供电电路板通过第二线缆连接，用于存储取供电电路板转换的电能，所述电池模块并向电路板进行供电。
优选的，所述油中气体检测传感器用于和变压器放油管中的变压器绝缘油接触，所述油中气体检测传感器既可以采用单组分的气体检测传感器，也可采用多组分的气体检测传感器。
优选的，所述微水检测传感器用于和变压器放油管中的变压器绝缘油接触，并检测油中微水含量。
优选的，所述局部放电检测传感器置于第一圆柱金属体中，用于感应变压器油中局部放电的信号，所述局部放电检测传感器即可以选用特高频传感器、超声传感器、暂态地电压传感器中的一种，或者由特高频传感器、超声传感器、暂态地电压传感器等两种或三种组合形成。
优选的，所述环氧树脂构成既可以对整个传感器起到密封作用，又可以对传感器起到结构保护的作用。
优选的，所述电源接口可以与市电、锂电池、蓄电池、超级电容等多种外部电源连接。
优选的，所述电路板中通信模块包括核心MCU芯片、蜂窝模块2G/3G/4G/5G和非蜂窝模块WiFi/蓝牙/ZigBee，主要将信号采集模块采集的数字信号，利用天线通过无线的方式将采集数据传输到后台上位机。
优选的，所述传感器包含油中气体检测传感器、局部放电检测传感器、微水检测传感器，通过检测变压器放油管绝缘油中气体含量、局部放电信号和微水含量等参量，实现多种绝缘参量的智能监测。
优选的，所述螺孔用于和变压器放油管的法兰连接，起到传感器安装固定作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现油中溶解气体、局部放电、微水的一体化综合监测，提升装置可靠性，降低状态感知成本，提高多类数据综合利用率，最终降低变压器潜伏性突发故障的发生。同时传感器兼容多种取能和通信方式，安装、使用、维护的灵活度较高。能实现变压器油气、局部放电和微水检测的同步检测，并能对检测数据进行处理和发送。同时传感器兼容多种电源供电方式和多种无线通信方式，灵活性较高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的俯视结构图。
图中：第一圆柱金属体1、油中气体检测传感器2、局部放电检测传感器3、微水检测传感器4、电路板5、天线6、供电电路板7、电池模块8、电源接口9、第一线缆10、第二线缆11、第二第二圆柱金属体12、金属法兰13、变压器放油管中绝缘油的接触面14、螺孔15。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
请参阅图1-2,本发明提供以下技术方案：一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，包括第一圆柱金属体1、油中气体检测传感器2、局部放电检测传感器3、微水检测传感器4、电路板5、天线6、供电电路板7、电池模块8、电源接口9、第一线缆10、第二线缆11、第二第二圆柱金属体12、金属法兰13、变压器放油管中绝缘油的接触面14，油中气体检测传感器2的一端伸出第一圆柱金属体1，微水检测传感器4的一端伸出第一圆柱金属体1，局部放电检测传感器3置于第一圆柱金属体1中，第一圆柱金属体1与变压器放油管中绝缘油的接触面14通过环氧树脂固定；供电电路板7与电源接口9连接，用于转换处理自电源接口9输入的电能，并将电能存储在电池模块8中；电路板5包含数据采集、数据分析和通信模块；电路板5与油中气体检测传感器2、局部放电检测传感器3、微水检测传感器4通过第一线缆10进行连接，天线6、电池模块8通过第二线缆11进行连接，用于采集处理检测信号；天线6安装在第二第二圆柱金属体12外部，天线6与电路板5通过第二线缆11进行连接，用于和远端设备进行数据通信；第二第二圆柱金属体12的周边设置有传感器金属法兰盘13，传感器金属法兰盘13设置有用于和变压器放油管法兰连接的螺孔15，电池模块8安装在第二第二圆柱金属体12内部，电池模块8与电路板5、供电电路板7通过第二线缆11连接，用于存储取供电电路板7转换的电能，电池模块8并向电路板5进行供电。
进一步地，油中气体检测传感器2用于和变压器放油管中的变压器绝缘油接触，油中气体检测传感器2既可以采用单组分的气体检测传感器，也可采用多组分的气体检测传感器。
进一步地，微水检测传感器4用于和变压器放油管中的变压器绝缘油接触，并检测油中微水含量。
进一步地，局部放电检测传感器3置于第一圆柱金属体1中，用于感应变压器油中局部放电的信号，局部放电检测传感器3即可以选用特高频传感器、超声传感器、暂态地电压传感器中的一种，或者由特高频传感器、超声传感器、暂态地电压传感器等两种或三种组合形成。
进一步地，环氧树脂构成既可以对整个传感器起到密封作用，又可以对传感器起到结构保护的作用。
进一步地，电源接口9可以与市电、锂电池、蓄电池、超级电容等多种外部电源连接。
进一步地，电路板5中通信模块包括核心MCU芯片、蜂窝模块2G/3G/4G/5G和非蜂窝模块WiFi/蓝牙/ZigBee，主要将信号采集模块采集的数字信号，利用天线6通过无线的方式将采集数据传输到后台上位机。
进一步地，传感器包含油中气体检测传感器2、局部放电检测传感器3、微水检测传感器4，通过检测变压器放油管绝缘油中气体含量、局部放电信号和微水含量等参量，实现多种绝缘参量的智能监测。
进一步地，螺孔15用于和变压器放油管的法兰连接，起到传感器安装固定作用。
具体的：第一圆柱金属体1和第二圆柱金属体12、金属法兰13通过焊接连接。传感器安装时，第一圆柱金属体1置于变压器放油管内，并通过金属法兰13与变压器放油管法兰实现固定。第一线缆10位于第一圆柱金属体1中部，用于油中气体检测传感器2、局部放电检测传感器3、微水检测传感器4等三个传感器与电路板5的连接，实现油中气体含量、局部放电、微水含量等三类检测量的数据传输。油中气体检测传感器2、局部放电检测传感器3、微水检测传感器4安装在第一圆柱金属体1中，用于检测线缆中局部放电信号和泄漏电流信号。供电电路板7安装在第二圆柱金属体12内部，其与电源接口9连接，用于转换处理自电源接口9输入的电能，并将电能存储在电池模块8中。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，包括第一圆柱金属体(1)、油中气体检测传感器(2)、局部放电检测传感器(3)、微水检测传感器(4)、电路板(5)、天线(6)、供电电路板(7)、电池模块(8)、电源接口(9)、第一线缆(10)、第二线缆(11)、第二圆柱金属体(12)、金属法兰(13)、变压器放油管中绝缘油的接触面(14)，其特征在于：所述油中气体检测传感器(2)的一端伸出第一圆柱金属体(1)，所述微水检测传感器(4)的一端伸出第一圆柱金属体(1)，所述局部放电检测传感器(3)置于第一圆柱金属体(1)中，所述第一圆柱金属体(1)与变压器放油管中绝缘油的接触面(14)通过环氧树脂固定；所述供电电路板(7)与电源接口(9)连接，用于转换处理自电源接口(9)输入的电能，并将电能存储在电池模块(8)中；所述电路板(5)包含数据采集、数据分析和通信模块；所述电路板(5)与油中气体检测传感器(2)、局部放电检测传感器(3)、微水检测传感器(4)通过第一线缆(10)进行连接，所述天线(6)、电池模块(8)通过第二线缆(11)进行连接，用于采集处理检测信号；所述天线(6)安装在第二圆柱金属体(12)外部，天线(6)与电路板(5)通过第二线缆(11)进行连接，用于和远端设备进行数据通信；所述第二圆柱金属体(12)的周边设置有传感器金属法兰盘(13)，所述传感器金属法兰盘(13)设置有用于和变压器放油管法兰连接的螺孔(15)，所述电池模块(8)安装在第二圆柱金属体(12)内部，所述电池模块(8)与电路板(5)、供电电路板(7)通过第二线缆(11)连接，用于存储取供电电路板(7)转换的电能，所述电池模块(8)并向电路板(5)进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，其特征在于：所述油中气体检测传感器(2)用于和变压器放油管中的变压器绝缘油接触，所述油中气体检测传感器(2)既可以采用单组分的气体检测传感器，也可采用多组分的气体检测传感器。
3.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器,其特征在于：所述微水检测传感器(4)用于和变压器放油管中的变压器绝缘油接触，并检测油中微水含量。
4.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器,其特征在于：所述局部放电检测传感器(3)置于第一圆柱金属体(1)中，用于感应变压器油中局部放电的信号，所述局部放电检测传感器(3)即可以选用特高频传感器、超声传感器、暂态地电压传感器中的一种，或者由特高频传感器、超声传感器、暂态地电压传感器等两种或三种组合形成。
5.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，其特征在于：所述环氧树脂构成既可以对整个传感器起到密封作用，又可以对传感器起到结构保护的作用。
6.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，其特征在于：所述电源接口(9)可以与市电、锂电池、蓄电池、超级电容等多种外部电源连接。
7.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，其特征在于：所述电路板(5)中通信模块包括核心MCU芯片、蜂窝模块(2G/3G/4G/5G)和非蜂窝模块(WiFi/蓝牙/ZigBee)，主要将信号采集模块采集的数字信号，利用天线(6)通过无线的方式将采集数据传输到后台上位机。
8.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，其特征在于：所述传感器包含油中气体检测传感器(2)、局部放电检测传感器(3)、微水检测传感器(4)，通过检测变压器放油管绝缘油中气体含量、局部放电信号和微水含量等参量，实现多种绝缘参量的智能监测。
9.根据权利要求1所述的一种集成变压器油气、局部放电和微水检测的智能传感器，其特征在于：所述螺孔(15)用于和变压器放油管的法兰连接，起到传感器安装固定作用。
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