CN113740110A - 基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多传感器融合技术的少油设备溶解氢监测系统，该系统能够同时监测少油设备的油温油压和溶解氢含量参数，该系统能够可靠运行，能够极大的减轻安装在取样口的组件的重量，提升安装可靠性。本发明包含安装在取样口上的三通阀，三通阀上的一个口上安装有分体式传感器组件；每个分体式传感器组件均与安装在现场的中继器进行无线通讯；所述中继器通过4G网络与接入平台通讯；所述接入平台通过Web服务器将数据传输至监控中心；所述分体式传感器组件包含采样壳体，采样壳体的一端通过螺纹安装头安装在所述三通阀上，采样壳体的另一端通过波纹管连接电源盒的接头；所述采样壳体内部设置有温度传感器、压力传感器和氢气传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，具体用于变压器高压套管等少油设备的油液中溶解氢等参数的含量。
背景技术
少油变压器等少油设备的油液参数监测对于少油设备状态判断以及故障预判有着非常重要的作用；少油设备中，高压变压器套管是变压器箱外的主要绝缘装置，变压器绕组的引出线必须穿过绝缘套管，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。如果变压器绝缘套管存在缺陷或发生故障，将直接危及变压器的安全稳定运行。
在运换流变网侧高压套管升高座高于本体箱盖，升高座内变压器油与本体交换较少，远离在线监测取样点，局部会形成“死油区”，该区域出线装置、套管等有潜在性缺陷或发展性故障时，色谱扩散至本体并通过在线油色谱监测到的时间至少要3个小时以上，依靠换流变本体装设的油色谱在线监测装置不利于升高座区域的早期预警。
因此，申请人基于现有技术的缺陷开展具备新创性的技术研发；申请人经过对氢气传感器本身的结构发现，氢气传感器保护的数据处理的部分占据了较大空间，主流的氢气传感器是基于钯镍合金技术，参考中国发明专利，申请号为2018109483922，专利申请公布号为CN108956957A，公布日期为2018年12月07日；该专利公开的氢气传感器造型和原理为目前市面上的主流氢气传感器的造型；一些对应实物产品经过测试我们发现，其重量过重，当用于部分变压器的高压套管的取样口时会将部分取样口损坏掰断，这种情况尤其发生在变压器本身及安装地存在振动情况的现场。
我们对全国少油变压器进行了调研，其中一部分变压器为意大利PV厂家生产的变压器，该变压器的高压套管的取样口为较大的法兰接口，强度较高，不易产生掰断现象，还有很大一部分变压器是沈阳市电力变压器组件厂生产的少油变压器，该变压器的取样口的尺寸宽度小，加装现有结构的氢气传感器有很大的掰断缺陷；经过电源，主流氢气传感器的高度在150mm以上，长度和宽度大于35mm；
在上述存在掰断隐患的情况下，申请人打算进一步的研发监测油温油压和溶解氢的多合一传感器，如果安装现有氢气传感器的结构增加功能将会使得掰断的隐患持续增加，导致项目推广的失败。
因此，有必要开发出一款能够将其安装在取样口上的传感器组件重量的监测系统，该系统能够可靠的安装，可靠的监测到少油设备的油温油压和溶解氢参数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于多传感器融合技术的少油设备溶解氢监测系统，该系统能够同时监测少油设备的油温油压和溶解氢含量参数，该系统能够可靠运行，能够极大的减轻安装在取样口的组件的重量，提升安装可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，用于监测少油式变压器的高压套管的溶解氢含量，所述高压套管包含三个，分别为A相高压套管、B相高压套管和C相高压套管；每个高压套管的底部均设置有取样口；本发明包含安装在取样口上的三通阀，三通阀上的一个口上安装有分体式传感器组件；
每个分体式传感器组件均与安装在现场的中继器进行无线通讯；
所述中继器通过4G网络与接入平台通讯；所述接入平台通过Web服务器将数据传输至监控中心；
所述分体式传感器组件包含采样壳体，采样壳体的一端通过螺纹安装头安装在所述三通阀上，采样壳体的另一端通过波纹管连接电源盒的接头；
所述采样壳体内部设置有温度传感器、压力传感器和氢气传感器；高压套管的油液经由取样口、三通阀至螺纹安装头内且与所述温度传感器、压力传感器和氢气传感器接触；用于传输温度传感器、压力传感器和氢气传感器采集的数据的信号线以及用于为分体式传感器组件供电的电源线为整组的柔性电缆，柔性电缆穿过所述波纹管内部深入电源盒内；
所述采样壳体内设置用于将温度传感器、压力传感器和氢气传感器采集的数据通过信号线外传的信号采集模块；所述电源盒内安装用于将信号线传输的数据进行处理的微处理器；电源盒内安装为分体式传感器组件供电的供电装置；电源盒内还安装有LORA无线传输模块，LORA无线传输模块通过外置天线将采集到且处理后的温度压力氢气数据传输至所述中继器。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述供电装置为太阳能供电；所述电源盒内安装可充电电池；所述电源盒表面铺设有太阳能电池板；所述中继器表面安装有用于为中继器供电的光伏板；所述中继器内安装有蓄电池。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述供电装置为现场通过电源线取电；电源线经由变压器顶部延伸至变压器侧面后经由地面下方延伸至所述中继器的电源输出端；所述中继器的电源输入端通过取电线缆连接至现场的取电箱；所述中继器顶部安装有用于和所述分体式传感器组件通讯的LORA天线以及用于和远端接入平台通过4G网络通讯的4G天线；所述4G天线为LTE全向玻璃钢天线，频段范围为698-2700MHz。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述螺纹安装头靠近采样壳体的位置设置有密封圈；所述采样壳体通过导电插头可插接的与柔性电缆连接；所述电源盒上设置有用于固定电源盒的支脚。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述中继器背部连接有固定铁板，固定铁板通过抱箍与立柱捆绑连接；所述固定铁板上向下引出用于接地的接地线。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述三通阀的包含一个用于和取样口连接的入口，两个出口，一个出口连接所述分体式传感器组件的采样壳，另一个连接用于延伸至地面以上150mm以内的引下线采样管，引下线采样管末端安装阀门；所述三通阀上还安装有用于控制两个出口通断的手动阀。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述微处理器为STM32L051K8U6型号的处理器，所述LORA无线传输模块包括LORA1268-470型号的LORA芯片。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述氢气传感器包含氢敏芯片，所述氢敏芯片包括氢敏元件，该氢敏元件为基于Pd-Cr薄膜的氢敏传感器。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述采样壳体内还安装有加热器。
作为本发明的一种优选实施方式，其特征在于：所述的中继器的光伏板通过紧固螺钉固定在中继器外壳的翻盖表面，对应的，所述中继器外壳的翻盖内表面在每个紧固螺钉的穿设位置设置用于密封绝缘的密封绝缘胶套；中继器外壳的翻盖内表面对应光伏板的线束穿设位置还设置用于密封绝缘的集线绝缘胶套；所述中继器内设置有电路板；所述中继器的外壳底部设置有通讯灯、航空插头和单向透气孔。
本发明有益效果是：
本发明公开的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其为一台变压器的每项高压套管都安装了分体式传感器组件，将高压套管的取样口进行充分利用，通过三通扩展接口数量，安装分体式传感器组件后依然有剩余的口实现取样功能；三个分体式传感器组件的采集信号无线传输至中继器，中继器再无线传输至接入平台，最终将数据传输至监控中心，确保远端集中监控；Web服务器可以在线实时异地登录浏览监测数据。
为了减轻取样口位置的加装重量，在确保最低重量的三通阀的基础上，我们把传感器设计为了分体式传感器组件，包含用于加装在三通阀上的采样壳体和用于固定的电源盒，采样壳体仅仅负责温度压力和氢气传感器的采用，数据处理和电源组件均设置在电源盒内，大大减轻了采样壳体的重量，波纹管的设置可以使得柔性线缆得到可靠的防护。
因此，本发明具有氢气、温度和压力监测功能，同时加装的组件能够可靠的固定，防止将取样口损坏；分体式传感器组件还能够让现场布置更加灵活，能够减少取样口的体积的占用，便于整个加装过程的可靠实现。
附图说明
图1为本发明的一种具体实施方式的整体结构示意图；
图2为本发明的分体式传感器组件的一种具体实施方式的结构示意图；
图3为本发明的一种具体实施方式的整体结构框图；
图4为本发明的一种优选实施方式的安装位置的放大示意图。
附图标记说明：
1-变压器，2-A相高压套管，3-B项高压套管，4-C相高压套管，5-电源线，6-取样口，7-分体式传感器组件，8-中继器，9-取电线缆，10-取电箱，11-地埋线，12-立柱，13-三通阀，14-引下线采样管；
701-采样壳体，702-温度传感器，703-压力传感器，704-氢气传感器，705-螺纹安装头，706-密封圈，707-波纹管，708-接头，709-导电插头，710-电源盒，711-支脚，712-外置天线，713-太阳能电池板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
如图1～4所示，其示出了本发明的具体实施方式，如图所示，本发明公开的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，用于监测少油式变压器的高压套管的溶解氢含量，所述高压套管包含三个，分别为A相高压套管2、B相高压套管3和C相高压套管4；每个高压套管的底部均设置有取样口6；包含安装在取样口6上的三通阀13，三通阀13上的一个口上安装有分体式传感器组件7；
每个分体式传感器组件7均与安装在现场的中继器8进行无线通讯；
所述中继器8通过4G网络与接入平台通讯；所述接入平台通过Web服务器将数据传输至监控中心；
所述分体式传感器组件7包含采样壳体701，采样壳体701的一端通过螺纹安装头705安装在所述三通阀13上，采样壳体701的另一端通过波纹管707连接电源盒710的接头708；
所述采样壳体701内部设置有温度传感器702、压力传感器703和氢气传感器704；高压套管的油液经由取样口6、三通阀13至螺纹安装头705内且与所述温度传感器702、压力传感器703和氢气传感器704接触；用于传输温度传感器702、压力传感器703和氢气传感器704采集的数据的信号线以及用于为分体式传感器组件7供电的电源线为整组的柔性电缆，柔性电缆穿过所述波纹管707内部深入电源盒710内；
所述采样壳体701内设置用于将温度传感器702、压力传感器703和氢气传感器704采集的数据通过信号线外传的信号采集模块；所述电源盒710内安装用于将信号线传输的数据进行处理的微处理器；电源盒710内安装为分体式传感器组件7供电的供电装置；电源盒710内还安装有LORA无线传输模块，LORA无线传输模块通过外置天线712将采集到且处理后的温度压力氢气数据传输至所述中继器8。
优选的，如图1和图2和图4所示：所述供电装置为太阳能供电；所述电源盒710内安装可充电电池；所述电源盒710表面铺设有太阳能电池板；所述中继器8表面安装有用于为中继器供电的光伏板；所述中继器内安装有蓄电池。本实施例是基于无源无线的设计理念；我们将传感器到中继器，中继器到最终的监控中心设计了可靠的经过实践验证的无线传输结构；考虑到如果能够实现无源无线的方式将大大减小现场布线的工作量和施工难度，我们为电源盒内配置可充电电池和太阳能电池板，可充电电池将太阳能转化的电能作为分体式传感器组件的电源；可充电电池可以设计为一个用于太阳能充电的可充电电池和一个用于备用的锂亚电池。与此同时，中继器也配合的使用了太阳能充电和蓄电池的模式，中继器内的信号处理等元器件的电源供给得到保障。
优选的，如图1和图3所示：所述供电装置为现场通过电源线取电；电源线经由变压器顶部延伸至变压器侧面后经由地面下方延伸至所述中继器的电源输出端；所述中继器的电源输入端通过取电线缆连接至现场的取电箱；所述中继器顶部安装有用于和所述分体式传感器组件通讯的LORA天线以及用于和远端接入平台通过4G网络通讯的4G天线；所述4G天线为LTE全向玻璃钢天线，频段范围为698-2700MHz。考虑到传感器包含的种类较多，氢气传感器的采集频率高且氢气传感器还要配合一个加热模块会增加耗电量，为了前期项目推广的可靠性，我们设计了有源无线的结构，即，信号传输依然采用无线传输的技术，传感器和中继器是LORA传输，中继器和远端是4G传输；有源是指分体式传感器组件的电源有中继器获取，中继器的电源由施工现场的取电箱获取；取电箱是一个概述，可以使变电站现场最近的能够可靠取电的装置，比如汇控箱或者现场监控室。
优选的，如图1和图3所示：所述螺纹安装头705靠近采样壳体701的位置设置有密封圈706；所述采样壳体701通过导电插头709可插接的与柔性电缆连接；所述电源盒710上设置有用于固定电源盒710的支脚。本实施例为了增加柔性电缆的组装和维护便捷性将柔性电缆和采样壳体的电连接结构设计为插接结构；这样施工的过程中，可以独立的先安装难度最大的取样口位置的所有组件，即三通阀和采样壳体；电源盒依然需要在现场可靠固定，因此我们设计了支脚，支脚可以是适合现场结构的最近的能够固定电源盒的结构，比如可以是两个带有螺纹孔的安装耳。
优选的，如图1所示：所述中继器背部连接有固定铁板，固定铁板通过抱箍与立柱12捆绑连接；所述固定铁板上向下引出用于接地的接地线。固定铁板是考虑到直接将中继器安装在立柱上容易造成中继器本身壳体现场开孔的损坏，损坏后影响密封性能；整个系统都是户外结构，可靠的安装对于技术效果的提升有很大帮助；固定铁板上有和中继器设计的完全匹配的四角的螺孔，最后将固定铁板可靠通过抱箍快速固定在立柱即可完成中继器的安装；为了可靠接地，固定铁板也能充当接地导体，无需由中继器单独引出接地线，只需要将接地线与固定铁板连接即可。中继器安装的立柱可以是现场的最近的柱状物体，比如灯杆。
优选的，如图1和图4所示：所述三通阀13的包含一个用于和取样口连接的入口，两个出口，一个出口连接所述分体式传感器组件的采样壳，另一个连接用于延伸至地面以上150mm以内的引下线采样管14，引下线采样管末端安装阀门；所述三通阀上还安装有用于控制两个出口通断的手动阀。本实施例设计了引下线采样管，目的是让三通阀上的取样口能够在较低的位置被使用；三通阀占用了原高压套管取样口的位置，但是预留出了一个新的取样口，通过引下线采样管将新的取样口的取样位置下沉至适合操作的位置。
优选的，如图所示：所述微处理器为STM32L051K8U6型号的处理器，所述LORA无线传输模块包括LORA1268-470型号的LORA芯片。
优选的，如图所示：所述氢气传感器包含氢敏芯片，所述氢敏芯片包括氢敏元件，该氢敏元件为基于Pd-Cr薄膜的氢敏传感器。关于氢气传感器的核心氢敏芯片本次我们没有进行改动，其结构原理采用现有市面上主流技术。
优选的，如图所示：所述采样壳体内还安装有加热器。设置加热器可以使得氢气传感器的采样更加准确，这个在氢气传感器单独工作时有比较重要的作用；加热器的使用需要通过隔热以及启动时间的控制来保证原有的油温油压传感器能够采集到可靠的真实数据。
优选的，如图1和图4所示：所述的中继器的光伏板通过紧固螺钉固定在中继器外壳的翻盖表面，对应的，所述中继器外壳的翻盖内表面在每个紧固螺钉的穿设位置设置用于密封绝缘的密封绝缘胶套；中继器外壳的翻盖内表面对应光伏板的线束穿设位置还设置用于密封绝缘的集线绝缘胶套；所述中继器内设置有电路板；所述中继器的外壳底部设置有通讯灯、航空插头和单向透气孔。本实施例公开的中继器的结构通过密封绝缘胶套实现了内部的密封和绝缘，大大增加了长期户外使用的可靠性。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，用于监测少油式变压器的高压套管的溶解氢含量，所述高压套管包含三个，分别为A相高压套管、B相高压套管和C相高压套管；每个高压套管的底部均设置有取样口；其特征在于：包含安装在取样口上的三通阀，三通阀上的一个口上安装有分体式传感器组件；
每个分体式传感器组件均与安装在现场的中继器进行无线通讯；
所述中继器通过4G网络与接入平台通讯；所述接入平台通过Web服务器将数据传输至监控中心；
所述分体式传感器组件包含采样壳体，采样壳体的一端通过螺纹安装头安装在所述三通阀上，采样壳体的另一端通过波纹管连接电源盒的接头；
所述采样壳体内部设置有温度传感器、压力传感器和氢气传感器；高压套管的油液经由取样口、三通阀至螺纹安装头内且与所述温度传感器、压力传感器和氢气传感器接触；用于传输温度传感器、压力传感器和氢气传感器采集的数据的信号线以及用于为分体式传感器组件供电的电源线为整组的柔性电缆，柔性电缆穿过所述波纹管内部深入电源盒内；
所述采样壳体内设置用于将温度传感器、压力传感器和氢气传感器采集的数据通过信号线外传的信号采集模块；所述电源盒内安装用于将信号线传输的数据进行处理的微处理器；电源盒内安装为分体式传感器组件供电的供电装置；电源盒内还安装有LORA无线传输模块，LORA无线传输模块通过外置天线将采集到且处理后的温度压力氢气数据传输至所述中继器。
2.如权利要求1所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述供电装置为太阳能供电；所述电源盒内安装可充电电池；所述电源盒表面铺设有太阳能电池板；所述中继器表面安装有用于为中继器供电的光伏板；所述中继器内安装有蓄电池。
3.如权利要求1所述的基于多传感器融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述供电装置为现场通过电源线取电；电源线经由变压器顶部延伸至变压器侧面后经由地面下方延伸至所述中继器的电源输出端；所述中继器的电源输入端通过取电线缆连接至现场的取电箱；所述中继器顶部安装有用于和所述分体式传感器组件通讯的LORA天线以及用于和远端接入平台通过4G网络通讯的4G天线；所述4G天线为LTE全向玻璃钢天线，频段范围为698-2700MHz。
4.如权利要求1所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述螺纹安装头靠近采样壳体的位置设置有密封圈；所述采样壳体通过导电插头可插接的与柔性电缆连接；所述电源盒上设置有用于固定电源盒的支脚。
5.如权利要求1所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述中继器背部连接有固定铁板，固定铁板通过抱箍与立柱捆绑连接；所述固定铁板上向下引出用于接地的接地线。
6.如权利要求1所述的基于多传感器融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述三通阀的包含一个用于和取样口连接的入口，两个出口，一个出口连接所述分体式传感器组件的采样壳，另一个连接用于延伸至地面以上150mm以内的引下线采样管，引下线采样管末端安装阀门；所述三通阀上还安装有用于控制两个出口通断的手动阀。
7.如权利要求1所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述微处理器为STM32L051K8U6型号的处理器，所述LORA无线传输模块包括LORA1268-470型号的LORA芯片。
8.如权利要求1所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述氢气传感器包含氢敏芯片，所述氢敏芯片包括氢敏元件，该氢敏元件为基于Pd-Cr薄膜的氢敏传感器。
9.如权利要求8所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述采样壳体内还安装有加热器。
10.如权利要求2所述的基于多传感融合技术的少油设备溶解氢监测系统，其特征在于：所述的中继器的光伏板通过紧固螺钉固定在中继器外壳的翻盖表面，对应的，所述中继器外壳的翻盖内表面在每个紧固螺钉的穿设位置设置用于密封绝缘的密封绝缘胶套；中继器外壳的翻盖内表面对应光伏板的线束穿设位置还设置用于密封绝缘的集线绝缘胶套；所述中继器内设置有电路板；所述中继器的外壳底部设置有通讯灯、航空插头和单向透气孔。
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