CN113804240A - 用于变压器充油套管的一体化监测装置及变压器 - Google Patents

Abstract

本公开提供用于变压器充油套管的一体化监测装置及变压器，所述监测装置包括：传感器模块、贯通器和信号处理模块；贯通器穿入充油套管，其位于充油套管内部的一端连接传感器模块，其位于充油套管外部的一端连接信号处理模块；传感器模块与信号处理模块电连接；传感器模块包括集成为一体的压力传感器和温度传感器；信号处理模块用于对传感器模块输出的信号进行信号转换处理，并将处理结果进行显示。本公开的一体化监测装置实现对充油套管内部压力和温度的实时在线监测，并将信号传输至远程控制室，实现远程监控，实现变电站设备由计划检修转向状态检修，在保证电网安全运行的情况下，节约运行维护成本。

Description

用于变压器充油套管的一体化监测装置及变压器

技术领域

本公开涉及变压器监测技术领域，具体涉及一种用于变压器充油套管的一体化监测装置，以及一种变压器。

背景技术

变压器套管是将线圈的高、低压引线引到箱外的绝缘装置，它是引线对地(外壳)的绝缘，又担负着固定引线的作用。套管大多数设于箱盖上，中间穿有导电杆，套管下端伸进油箱内并与绕组引线相连，套管上部露出油箱外并与外电路连接。套管的结构形式主要决定于电压等级，根据电压等级不同，变压器的套管分为纯瓷套管、空心充气或充油套管和电容式套管。套管属于配电变压器内部的一个重要构件，其故障的发生将对配电变压器正常与稳定运行产生严重影响。因此，在变压器的运行过程中，需要保证套管内部的环境稳定，并能及时发现套管是否出现故障。

由于套管结构的特殊性，目前还没有能够针对套管的有效带电检测或在线监测手段，如能采取一种简单有效的在线监测方式在套管发生故障前及时发现缺陷，并采取有效措施，将能有效避免变压器事故的发生，保障变压器安全。

发明内容

本公开提供一种用于变压器充油套管的一体化监测装置及变压器，可以实时监测充油套管内部温度及压力，高效集成，监测数据准确，并且安装维修方便，可以有效保护充油套管的安全。

其技术方案如下：

本公开实施例提供一种用于变压器充油套管的一体化监测装置，所述监测装置包括：传感器模块、贯通器和信号处理模块；

所述贯通器穿入充油套管，其位于所述充油套管内部的一端连接传感器模块，其位于所述充油套管外部的一端连接信号处理模块；所述传感器模块与信号处理模块电连接；所述传感器模块包括集成为一体的压力传感器和温度传感器；所述信号处理模块用于对传感器模块输出的信号进行信号转换处理，并将处理结果进行显示。

进一步的，所述压力传感器和温度传感器集成在同一芯片上，所述芯片固定在贯通器上。

进一步的，所述贯通器的中间部位具有安装部，所述安装部与充油套管可拆卸地连接；所述安装部和充油套管的接触位置设有密封件。

进一步的，所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器，量程为50kPa～200kPa；

所述温度传感器采用铂电阻型温度传感器，量程为-50℃-150℃。

进一步的，所述信号处理模块包括压力变送器和温度变送器；

所述压力变送器与所述压力传感器电连接，用于将压力传感器输出的量程范围内的压力信号转换为4-20mA标准电流信号；

所述温度变送器与所述温度传感器电连接，用于将温度传感器输出的量程范围内的温度信号转换为4-20mA标准电流信号。

进一步的，所述监测装置还包括通信模块；

所述通信模块分别与压力变送器和温度变送器电连接，用于将压力变送器和温度变送器各自输出的4-20mA标准电流信号分别上传至远程控制室。

进一步的，所述信号处理模块包括模数转换器和RS422接口模块；

所述模数转换器用于将传感器模块输出的信号进行模数转换处理；

所述RS422接口模块与模数转换器电连接，用于将模数转换器输出的经过模数转换后的电信号上传至远程控制室。

进一步的，所述监测装置还包括控制模块；

所述控制模块包括继电器，所述继电器与模数转换器电连接，用于接收模数转换器输出的经过模数转换后的电信号，并在所述电信号的值达到预设阈值时输出相应的开关量信号至变压器对应开关。

进一步的，所述控制模块还包括报警器；所述报警器与所述继电器电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行报警。

再一方面，本公开实施例还提供一种变压器，包括变压器主体、充油套管及如上任一所述的一体化监测装置。

有益效果：

本公开所述的变压器充油套管的一体化监测装置及变压器，将压力传感器和温度传感器在结构上做优化集成，设置在贯通器的一端，一起伸入到充油套管内部，实现对充油套管内部压力和温度的实时在线监测，并通过数据处理模块进行信号调理和数据处理后，通过RS422接口传输至远程控制室，实现远程监控，保障变压器安全。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种用于变压器充油套管的一体化监测装置的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一体化监测装置安装于充油套管处的结构示意图；

图3为本公开实施例提供的一体化监测装置的传感器模块结构示意图；

图4为本公开实施例提供的硅压阻式压力传感器的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的硅压阻式压力传感器内部电路框图；

图6为本公开实施例提供的硅压阻式压力传感器应用电路图；

图7为本公开实施例提供的铂电阻温度传感器器电路图；

图中，1-均压环；2-一体化监测装置；3-充油套管；21-贯通器；22-传感器器模块；23-信号处理模块；221-压力传感器；222-温度传感器；2211-陶瓷膜片；2212-应变片；2213-玻璃密封件；2214-外围基座。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和实施例对本公开作进一步详细描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

目前，大部分变压器的变压器线圈之间充满了变压器油，以起到增加绝缘强度，散热冷却和灭弧的作用，并且能够保护铁芯和线圈，以及延缓氧化。油浸变压器的套管一般为充油套管，将线圈的高、低压引线引到箱外，套管大多数设于箱盖上，中间穿有导电杆，套管下端伸进油箱与绕组引线相连，套管上部露出箱外，与外电路连接。由于套管结构的特殊性，目前还没有有效针对套管的有效带电检测或在线监测手段，不能在变压器的运行过程中，很好的确定充油套管内部的运行环境，并能及时发现套管是否出现故障。

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本公开实施例提供一种用于变压器充油套管的一体化监测装置，如图1所示，所述监测装置包括：传感器模块22、贯通器21和信号处理模块23；

所述贯通器21穿入充油套管，其位于所述充油套管内部的一端连接传感器模块22，其位于所述充油套管外部的一端连接信号处理模块23；所述传感器模块22与信号处理模块23电连接；所述传感器模块22包括集成为一体的压力传感器和温度传感器；所述信号处理模块23用于对传感器模块22输出的信号进行信号转换处理，并将处理结果进行显示。

如图2所示，图2为本公开实施例提供的一体化监测装置安装于充油套管处的结构示意图，均压环1设置于充油套管3的顶部，均压环1为改善绝缘子串电压分布的环状金具。主要作用是防侧击雷，适用于电压形式为交流的，可将高压均匀分布在物体周围，保证在环形各部位之间没有电位差，从而达到均压的效果。

一体化监测装置2设置于充油套管3的一侧，充油套管3的一侧设置有一体化监测装置贯穿孔，用于安装一体化监测装置2；使一体化监测装置2的一端伸入到充油套管3内部。

本实施例将压力传感器、温度传感器集成于传感器模块22中，一起伸入到充油套管内部，与充油套管内部的填充油接触；实时监测套管内的压力和温度；与此同时，将压力传感器输出的压力信号以及温度传感器输出的温度信号通过贯通器21内部的信号线传输到充油套管外部的信号处理模块23；由信号处理模块23对信号进行可能的降噪，信号放大，温度性能补偿，标准电流信号转换，以及数模转换等，在信号处理模块23还具有显示器，经过处理转换后的信号实时显示充油套管内部的压力值和温度值。通过集成温度传感器和压力传感器形成一体化的监测装置，通过贯通器21安装在充油套管上，实现了高效集成、安装维护方便、降低成本的目的。

图3为本公开实施例提供的一体化监测装置的传感器模块结构示意图，如图3所示，传感器模块22包括力传感器221和温度传感器222；所述压力传感器221和温度传感器222集成在同一芯片上，所述芯片固定在贯通器21上。

压力传感器221和温度传感器222的体积较小，通过芯片集成，并固定贯通器21的连通杆上，贯通器21的连通杆内部中空，信号线密封的从贯通器21中间引出与信号处理模块23连接。

进一步的，所述贯通器21的中间部位具有安装部，所述安装部与充油套管3可拆卸地连接；所述安装部和充油套管3的接触位置设有密封件。

贯通器21的中间部位具有安装部，安装部可拆卸地安装于充油套管3一体化监测装置贯穿孔的内侧，安装部通过螺纹与充油套管3旋合安装，安装部和充油套管3的接触位置具有密封件以实现密封。使得监测装置安装、拆卸过程简便，当压力传感器221、温度传感器222一体化集成的传感器模块22产生故障时，便于维修。

进一步的，所述压力传感器221采用硅压阻式压力传感器，量程为50kPa～200kPa；

所述温度传感器222采用铂电阻型温度传感器，量程为-50℃-150℃。

本实施例采用的压力传感器221为硅压阻式压力传感器，图4为硅压阻式压力传感器的结构示意图，图5为硅压阻式压力传感器内部电路框图，图6为硅压阻式压力传感器应用电路图。硅压阻式压力传感器包括陶瓷膜片2211、应变片2212、玻璃密封件2213和外围基座2214；工作原理是压力直接作用在硅压阻式传感器的应变片2212上，传感器内部采用硅单晶材料，借助其在受到外力作用下电阻率会发生变化的现象(压阻效应原理)，可以用来检传感器是否受到压力，其变化的阻值与受到的压力成正比对应关系，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于该压力的标准信号。采用TO-5镍金属技术封装结构的硅压阻式压力传感器。无引压管设计，压力直接作用于传感器顶部。本实力例的压力传感器221量程范围为50kPa～200kPa(数字量，绝对压力)。通过采用压力介质环绕芯片的结构设计，可应用于变压器绝缘液体压力检测。

本实施例采用的温度传感器222为铂电阻型温度传感器；图7为铂电阻温度传感器器电路图；通过热敏电阻实现温度测量；其量程为-50℃-150℃；铂电阻型温度传感器具有精度高、环境适应性强、范围宽的特性；在工业应用得到充分验证。在本实施例的一种实施方式中，对于铂电阻型温度传感器，采用惠斯特平衡电桥方法进行采集。充分保证了在复杂电磁环境及温度恶劣使用环境下都可进行高精度温度采集的良好性能。

除传感器本身外，一体化的组件不使用抽油泵、软管、电池、阀、薄膜或其它可能发生故障或导致电力中断的易磨损零件。该传感器模块22可直接置于充油套管3内，在线实时测量，探头的最大耐受压力可达20bar，能够耐受宽幅度温度变化、震动和恶劣室外环境。所有电气连接均设计为电气隔离，并可耐受短时间的断电。

进一步的，所述信号处理模块23包括压力变送器和温度变送器；

所述压力变送器与所述压力传感器221电连接，用于将压力传感器221输出的量程范围内的压力信号转换为4-20mA标准电流信号；

所述温度变送器与所述温度传感器222电连接，用于将温度传感器222输出的量程范围内的温度信号转换为4-20mA标准电流信号。

按技术指标要求，压力变送器和温度变送器需对传感器的信号进行零点输出调整、信号放大、温度性能补偿以及数模转换等，最终得到4～20mA电信号。

具体地，压力变送器及温度变送器可以集成于信号处理模块23中，其中压力变送器可将50kPa～200kPa的压力信号转换为4-20mA标准电流信号，温度变送器可将-50℃-150℃的温度信号转换为4-20mA标准电流信号。

进一步的，所述监测装置还包括通信模块；

所述通信模块分别与压力变送器和温度变送器电连接，用于将压力变送器和温度变送器各自输出的4-20mA标准电流信号分别上传至远程控制室。

通信模块通过MQTT协议通讯网络传输至远程控制室，可以实时查看变压器充油套管内部状况，保障变压器安全。

通信模块可设于信号处理模块23处；将信号处理模块处理后的信号传输到远程控制室。

进一步的，所述信号处理模块23包括模数转换器和RS422接口模块；

所述模数转换器用于将传感器模块输出的信号进行模数转换处理；

所述RS422接口模块与模数转换器电连接，用于将模数转换器输出的经过模数转换后的电信号上传至远程控制室。

在本实施例的一种实施方式中，还可以通过通信模块与信号处理模块23的模数转换器电连接，用于将经过模数转换器模数转换后的电信号通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台。

经过信号处理模块23进行信号调理和数据处理后，由通信模块通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台。监控平台可以24小时不间断监测变压器油的实时数据，动态显示各监测点监测数据，自动形成报表，工作人员可通过APP访问监控平台，实时查看相应数据。

本公开实施例可以扩大远程监测服务中心的被监测设备规模，充分挖掘和发挥远程监测诊断中心对变电站供电设备的优势和作用；开展集中在线监测云计算、大数据分析和风险评估；推动变电站主设备由计划检修向状态检修发展，在保证电网安全运行的情况下，节约运行维护成本。

进一步的，所述监测装置还包括控制模块；

所述控制模块包括继电器，所述继电器与模数转换器电连接，用于接收模数转换器输出的经过模数转换后的电信号，并在所述电信号的值达到预设阈值时输出相应的开关量信号至变压器对应开关。

在控制模块中通过设定变压器运行参数的阈值，在超过阈值时通过输出相应的开关量信号，打开报警器，提醒值班人员进行处理，防止变压器故障。

进一步的，所述控制模块还包括报警器；所述报警器与所述继电器电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行报警。

具体地，此处开关量信号为继电器开关的打开/闭合信号，其中可以在压力值达到预设压力阈值或温度值达到预设温度阈值时闭合继电器开关并输出开关量信号至远程控制室及压力报警器和温度报警器中，其中预设温度阈值根据不同的变压器性能设置在45℃～120℃之间，预设压力阈值根据不同的变压器性能设置在55kpa～150kpa之间，当相应的变压器油箱温度值或/和压力值达到上述相应的阈值时，则闭合开关并输出开关量信号至温度报警器或压力报警器以及远程控制室中，以便远程控制室及变压器现场同时拉响警报，确保变压器运行安全。

本公开实施例通过将镍金属技术封装结构的硅压阻式压力传感器及铂电阻型温度传感器做优化集成后，固定在贯穿器上植入充油套管内，实时监测充油套管内部的压力和温度，并通过数据处理模块进行信号调理和数据处理后，由通信模块传输至监控平台，从而实现对运行中变压器充油套管内压力及温度的实时监测，及时地掌握变压器套管的真实状况，尽早地发现变压器套管内部存在的故障隐患。并能根据需要决定是否进行检修以及其他处理，以防止发生事故损坏。

另一方面，本公开实施例还提供一种变压器，包括变压器主体、充油套管及如上任一所述的一体化监测装置。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于变压器充油套管的一体化监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：传感器模块、贯通器和信号处理模块；

所述贯通器穿入充油套管，其位于所述充油套管内部的一端连接传感器模块，其位于所述充油套管外部的一端连接信号处理模块；所述传感器模块与信号处理模块电连接；所述传感器模块包括集成为一体的压力传感器和温度传感器；所述信号处理模块用于对传感器模块输出的信号进行信号转换处理，并将处理结果进行显示。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述压力传感器和温度传感器集成在同一芯片上；所述芯片固定在贯通器上。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述贯通器的中间部位具有安装部，所述安装部与充油套管可拆卸地连接；所述安装部和充油套管的接触位置设有密封件。

4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，

所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器，量程为50kPa～200kPa；

所述温度传感器采用铂电阻型温度传感器，量程为-50℃-150℃。

5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括压力变送器和温度变送器；

所述压力变送器与所述压力传感器电连接，用于将压力传感器输出的量程范围内的压力信号转换为4-20mA标准电流信号；

所述温度变送器与所述温度传感器电连接，用于将温度传感器输出的量程范围内的温度信号转换为4-20mA标准电流信号。

6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括通信模块；

所述通信模块分别与压力变送器和温度变送器电连接，用于将压力变送器和温度变送器各自输出的4-20mA标准电流信号分别上传至远程控制室。

7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括模数转换器和RS422接口模块；

所述模数转换器用于将传感器模块输出的信号进行模数转换处理；

所述RS422接口模块与模数转换器电连接，用于将模数转换器输出的经过模数转换后的电信号上传至远程控制室。

8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括控制模块；

所述控制模块包括继电器，所述继电器与模数转换器电连接，用于接收模数转换器输出的经过模数转换后的电信号，并在所述电信号的值达到预设阈值时输出相应的开关量信号至变压器对应开关。

9.如权利要求8所述的监测装置，其特征在于，所述控制模块还包括报警器；所述报警器与所述继电器电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行报警。

10.一种变压器，其特征在于，包括变压器主体、充油套管及如权利要求1-9中任一项所述的一体化监测装置。

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