CN112649040A

CN112649040A - 一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置及方法

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Publication number: CN112649040A
Application number: CN202011321163.1A
Authority: CN
Inventors: 邓小聘; 刘彬; 童悦; 叶国雄; 黄华; 刘勇; 王焱; 刘西超; 王晓周; 熊俊军; 黄咏喜; 万德峰; 唐芳; 万罡; 胡坤芳
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-04-13

Abstract

本发明公开了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置及方法，属于电气测量技术领域。本发明装置，包括：声表面波传感器，作为监测节点安装或分布在油浸倒立式电流互感器储油柜内，采集储油柜内压力和温度的特征参数信息，将特征参数信息转换为传输信号，传输至信号读写器；信号读写器，接收传输信号，对传输信号进行解调，获取特征参数信息，并将特征参数信息传输至监控终端；监控终端，完成对油浸倒立式电流互感器状态的监测。本发明可开展油浸式倒立式电流互感器内部压力，油温状态实时监测，可储存状态特征量的数据，现场技术人员可根据历史数据判断互感器健康状态，及时采取相关运行维护措施。

Description

一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置及方法

技术领域

本发明涉及电气测量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置及方法。

背景技术

电信号测量是现代工业精准控制的基础，在电力系统中大电流信号测量装备—电流互感器是在正常使用条件下其二次电流与一次电流实质上成正比，而其相位差在联接方法正确时接近于零，供测量仪器、仪表、继电器和其它类似电器用的变压器，是电力一次核心装备，承担着电流量值传递的功能，其稳定性和可靠性关系着电网的安全稳定运行和国家法制计量工作的顺利推进，对国民经济和社会的发展具有重要影响。其中油浸倒立式电流互感器由于其产品体积小，用油少，耗铜材少，重量轻，耐动热稳定能力强等诸多优点，近年来在电力系统中已经推广应用。

随着油浸倒立式电流互感器应用的不断扩大，不同制造厂家的产品相继出现爆炸起火或者膨胀器冲顶等类型的故障，即主绝缘击穿导致对地短路爆炸、膨胀器内部气体过多导致膨胀器异常升高。目前，针对上述故障仍采用传统的例行试验方法进行故障诊断，但油浸倒立式电流互感器的爆炸往往发生在内部绝缘缺陷快速发展，压力快速增大导致故障突发，传统的故障诊断方法并不能提供有效解决方法。油浸倒立式电流互感器爆炸起火对电网供电安全形成重大隐患，带来的大面积停电事故造成巨大的经济损失，随之引起的附近设施损毁和巡视人员伤亡造成严重的社会影响，油浸倒立式电流互感器爆炸事故成为电力系统亟需解决的技术难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置，包括：

声表面波传感器，所述声表面波传感器，作为监测节点安装或分布在油浸倒立式电流互感器储油柜内，采集储油柜内压力和温度的特征参数信息，将特征参数信息转换为传输信号，传输至信号读写器；

信号读写器，所述信号读写器接收传输信号，对传输信号进行解调，获取特征参数信息，并将特征参数信息传输至监控终端；

监控终端，所述监控终端接收特征参数信息，提取特征参数信息中的温度和压力信息，确定油浸倒立式电流互感器的运行状态，完成对油浸倒立式电流互感器状态的监测。

可选的，信号读写器与声表面波传感器通过无线射频通信。

可选的，信号读写器向声表面波传感器发射查询信号，声表面波传感器接收查收信号后，将传输信号传输至信号读写器。

可选的，监控终端根据确定的运行状态，发出报警或异常警告。

可选的，声表面波传感器使用SAW传感器。

本发明还提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的方法，包括：

使用声表面波传感器作为监测节点，并将声表面波传感器安装或分布在油浸倒立式电流互感器储油柜内，采集储油柜内压力和温度的特征参数信息，将特征参数信息转换为传输信号，传输至信号读写器；

控制信号读写器接收传输信号，对传输信号进行解调，获取特征参数信息，并将特征参数信息传输至监控终端；

控制监控终端接收特征参数信息，提取特征参数信息中的温度和压力信息，确定油浸倒立式电流互感器的运行状态，完成对油浸倒立式电流互感器状态的监测。

可选的，信号读写器与声表面波传感器通过无线射频通信。

可选的，声表面波传感器使用SAW传感器。

本发明可开展油浸式倒立式电流互感器内部压力，油温状态实时监测，可储存状态特征量的数据，现场技术人员可根据历史数据判断互感器健康状态，及时采取相关运行维护措施。

附图说明

图1为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置结构图；

图2为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置变电站中油浸倒立式电流互感器传感器组网安装示意图；

图3为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置SAW单端对谐振器结构图；

图4为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置双通道谐振式传感器示意图；

图5为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置信号读写器框图；

图6为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置信号读写器工作示意图；

图7为本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置，如图1所示，包括：

其中，信号读写器与声表面波传感器通过无线射频通信。

信号读写器向声表面波传感器发射查询信号，声表面波传感器接收查收信号后，将传输信号传输至信号读写器。

监控终端根据确定的运行状态，发出报警或异常警告。

声表面波传感器使用SAW传感器。

对于同一变电站内不同的油浸倒立式电流互感器的状态监测，可采用基于SAW技术的传感器组网安装方式，如图2所示。

传感器选用SAW传感器，传感器由压电基片、叉指换能器(IDT)、反射栅、天线及读写器(高频激励/接收装置)组成，其中，压电基片、IDT和反射栅构成谐振器，工作时信号读写器发射出脉冲激励信号，由压电基片的天线接收信号，并通过IDT将电磁波信号转换为SAW，SAW经过一段延迟后由反射栅反射回来，再通过IDT将信号转换为电磁波信号，并经天线发射出去，再由信号读写器接收处理，当谐振器基片表面的压力或周围环境温度发生变化时它的谐振频率发生相应变化，因此谐振频率的变化反映了压力和温度参数的变化，于是通过检测谐振器的谐振频率的变化便可实现对压力，温度参数的检测，SAW传感器的谐振器安装在电流互感器的储油柜内部，信号读写器安装在控制室，二者通过无线信号实现通讯，信号读写器可以实现传感器在充油环境下的参数远距离检测；

SAW器件选用SAW单端对谐振器，结构如图3所示，声表面波单端对谐振器由压电基片、叉指换能器和左右的反射栅组成，其中，发射和接收换能器共用一个叉指换能器，反射栅是一列沟槽或者金属条等不连续结构，其周期为SAW波长λ的一半，条(槽)宽和间隔与叉指换能器间隔相等。

声表面波传感器采用两个SAW传感器各自构成一个测量回路，每个测量回路得到携带压力和温度信息的一个频率变化量，通过两个谐振器的频率变化方程的联合求解，可得到压力和温度两个未知物理量的精确值，传感器信号通过与匹配网络连接的天线发射。设计中心频率有差别的双通道叉指电极(f1和f2)，双通道叉指电极通过各自的网络匹配电路与天线链接，将各自的谐振频率信号直接通过天线发射出去。通过测量电流检测各自在不同压力ΔP和温度ΔT载荷下的频率变化Δf₁和Δf₂，利用下列方程组可解得Δf₁和Δf₂，如图4所示：

信号读写器由发射回路、接收回路、天线和信号采集处理模块四部分组成，发射回路是产生激励信号实现对传感器的有效激励，接收回路实现获取传感信息。发射回路用集成DDS+PLL集成芯片作为可调本振信号源，可以得到高分辨率的本征频率，通过调节本征频率输出，可以控制双频输出的高频合成芯片的输出激励信号以得到精确的可调信号输出，接收回路采用一次变频的构成方式，接收回路和发射回路通过宽带匹配技术共用一根天线。传感器的信号采集处理模块采用硬件频率测量电路和CPU软件编程相结合的实现方式，如图5所示，在系统控制上采用单片机控制技术，具体读写器控制框图如图6所示，为同时保证电网绝缘距离和传感信号稳定性的要求，应尽量增大信号读写器和传感芯片之间的无线收发距离。

针对不同电压等级的油浸倒立式电流互感器，可根据需要进行状态监测，所述的状态监测方法包括：周期巡检监测：针对66kV及以下的油浸倒立式电流互感器，周期性地读取温度、压力传感器数值，并上传至监控终端。短时在线监测：对于周期性巡检中发现的高温和高压情况，进行24小时以上的连续监测，针对监测的情况可选择转为持续在线监测或周期巡检监测。持续在线监测：针对66kV以上及66kV及以上在短时在线监测中发现异常情况的进行持续在线监测。

对同一变电站内不同的油浸倒立式电流互感器的状态监测，需要进行区分，可以通过频分多路复用的方式区分不同采集节点，可采用谐振频率不同的SAW传感器进行组网安装，在传感器组网方面，同一个信号读写器可对应布置6个传感器。同一组内不同传感器在室温(25℃)下的相邻谐振频率以30MHz左右为间隔。通过合理设计，优化各个传感器的频谱带宽，保证每个传感器均能在频谱范围内准确测量压力和温度，降低各传感器之间的频率串扰，保证测量结果的可靠性。

本发明还提出了一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的方法，如图7所示，包括：

信号读写器与声表面波传感器通过无线射频通信。

监控终端根据确定的运行状态，发出报警或异常警告。

声表面波传感器使用SAW传感器。

本发明由前端压力、温度感知层、数据采集及传输层、数据平台层等部分组成，压力、温度传感器安装于油浸倒立式电流互感器储油柜内部，获取互感器内部压力、温度信息，通过信号读写器采集数据，并通过远程网络传输至数据平台层，用户可通过互联网，查询数据平台层内的设备压力、温度信息，数据平台层可提供对应数据接口，以帮助用户综合进行互感器状态判断，并进行各种数据应用的开发。

本发明可开展油浸式倒立式电流互感器内部压力，油温状态实时监测，可储存上述状态特征量的数据，现场技术人员可根据历史数据判断互感器健康状态，及时采取相关运行维护措施，当油温和油压两个个状态特征量达到阈值时实现报警，可以弥补此前传统的故障诊断方法不能及时诊断故障，导致油浸式倒立式电流互感器膨胀器冲顶和爆炸起火故障频发的不足。

本发明能够满足多个电压等级的油浸倒立式电流互感器状态监测，随着电压等级的升高，信号读写器和传感器之间需要的绝缘距离更远，此时，所监测的电压等级由无线信号收发有效距离决定。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的装置，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，所述信号读写器与声表面波传感器通过无线射频通信。

3.根据权利要求1所述的装置，所述信号读写器向声表面波传感器发射查询信号，声表面波传感器接收查收信号后，将传输信号传输至信号读写器。

4.根据权利要求1所述的装置，所述监控终端根据确定的运行状态，发出报警或异常警告。

5.根据权利要求1所述的装置，所述声表面波传感器使用SAW传感器。

6.一种用于监测油浸倒立式电流互感器状态的方法，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，所述信号读写器与声表面波传感器通过无线射频通信。

8.根据权利要求6所述的方法，所述信号读写器向声表面波传感器发射查询信号，声表面波传感器接收查收信号后，将传输信号传输至信号读写器。

9.根据权利要求6所述的方法，所述监控终端根据确定的运行状态，发出报警或异常警告。

10.根据权利要求6所述的方法，所述声表面波传感器使用SAW传感器。