CN113959522A - 电力变压器油位数字化检测装置、电力变压器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力变压器油位数字化检测装置、电力变压器及方法，本发明的电力变压器油位数字化检测装置包括信号采集测量模块和信号处理远传模块，信号采集测量模块包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头，连接头内部中空且一端为用于与电力变压器的储油柜放油管相连的连接法兰、另一端封闭或设有放油阀，连接头内部设有高度不同的至少两个压力传感器，压力传感器的输出端与信号处理远传模块相连。本发明可利用压强检测原理及双压力传感器实现油位监测，具有检测准确度高的优点，可将油位信号实时传输至站内后台及监控平台，满足智能化变电站的管理需求。
Description
技术领域
本发明涉及电力变压器的油位检测设备，具体涉及一种电力变压器油位数字化检测装置、电力变压器及方法。
背景技术
电力变压器是电网系统的核心设备，其安全稳定运行是电网系统可靠供电的必要条件。油位是表征变压器是否能安全稳定运行的重要参数之一，油位过低可能导致变压器少油的风险，而油位过高则可能造成变压器喷油的事故，因此对于变压器油位的准确检测具有重要意义。目前，我国变压器的油位检测主要采用指针式油位计和管式油位计，但均存在以下问题：一是上述两种油位计分别利用机械传动和连通器原理进行检测，机构卡涩或油位计漏油时会造成“假油位”现象，且指针式表盘刻度过于粗略以及管中绝缘油长时间受到阳光照射产生的油泥会给运维人员的准确读数造成影响；二是上述两种油位计均只能就地读取检测结果，不具备远传功能，无法进行实时监测及主动预警，且会给就地读取异常变压器油位的运维人员带来安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种电力变压器油位数字化检测装置、电力变压器及方法，本发明可利用压强检测原理以及双压力传感器实现油位监测，具有检测准确度高的优点，将信号采集测量与信号远传进行集成，可将油位信号实时传输至站内后台及监控平台，满足智能化变电站的管理需求。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电力变压器油位数字化检测装置，包括信号采集测量模块和信号处理远传模块，所述信号采集测量模块包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头，所述连接头内部中空且一端为用于与电力变压器的储油柜放油管相连的连接法兰、另一端封闭或设有放油阀，所述连接头内部设有油温传感器和高度不同的至少两个压力传感器，所述压力传感器的输出端与信号处理远传模块相连。
可选地，所述连接头的中部设有用于观察内部情况的透明观察窗口。
可选地，所述连接头封闭或设有放油阀的一端设有电连接端子，所述压力传感器的输出端通过电连接端子与信号处理远传模块相连。
可选地，所述至少两个压力传感器在沿竖直方向高度各不相同，且两个压力传感器(12)在沿竖直方向高度差h3满足ρgh3≥2Aα，其中ρ为变压器油的密度，g为重力加速度，A为压力传感器(12)的极限量程，α为压力传感器(12)的精度。
可选地，还包括供电电源，所述供电电源的输出端分别与信号采集测量模块、信号处理远传模块的电源端相连。
可选地，所述供电电源包括电源模块和开关电路，所述电源模块的输出端通过开关电路分别与信号采集测量模块、信号处理远传模块的电源端相连。
可选地，所述开关电路为定时开关电路。
可选地，所述电源模块为电池模块。
可选地，所述连接法兰为螺纹口连接法兰，且螺纹口连接法兰上套设有密封圈。
此外，本发明还提供一种电力变压器，包括带有变压器本体油箱和储油柜的变压器本体，所述储油柜的储油柜放油管上连接有所述的电力变压器油位数字化检测装置。
此外，本发明还提供一种前述电力变压器油位数字化检测装置的应用方法，包括：
1)接收高度不同的两个压力传感器输出的压力值P1,P2，其中，较上侧的压力传感器输出的压力值为P1，较下侧的压力传感器输出的压力值为P2；
2)根据下式计算得到较上侧的压力传感器对应的油位高度h1：
h1＝P1h3/(P2-P1)
上式中，h3为输出压力值为P1的较上侧的压力传感器、输出压力值为P2的较下侧的压力传感器之间的高度差
可选地，步骤2)之后还包括：S1)将油温传感器输出的当前油温代入当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，得到当前油温对应的预测油位高度h，计算当前的油位高度h1与预测油位高度h之间的差值，若两者的差值超过预设阈值，则判定电力变压器的油位故障；否则，判定电力变压器的油位正常，跳转执行下一步；S2)将油温传感器输出的当前油温、当前的油位高度h1与当前时刻对应的历史油温、历史油位高度一起进行数据拟合以更新当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，得到当前时刻对应的更新后的拟合油温-油位曲线。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、本发明的信号采集测量模块包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头，连接头内部设有高度不同的至少两个压力传感器，可利用压强检测原理以及双压力传感器实现油位监测，具有检测准确度高的优点。
2、本发明包括信号采集测量模块和信号处理远传模块，将信号采集测量与信号远传进行集成，可将油位信号实时传输至站内后台及监控平台以用于拟合油温-油位曲线，可用于对异常油位信号进行主动告警，满足智能化变电站的管理需求。
3、本发明的信号采集测量模块包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头，连接头内部中空且一端为用于与电力变压器的储油柜放油管相连的连接法兰、另一端封闭或设有放油阀，可以方便地与现有电力变压器进行集成，且在采用放油阀的情况下还可以不影响储油柜放油管的放油功能。
4、本发明所有传感器以及模块单元均布置在变压器的外部，不会引起变压器内部结构及性能的变化，可在充分保证变压器原有特性的基础上，完成油位参数的准确测量、处理计算以及远程输出。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图例说明：1、信号采集测量模块；11、连接头；12、压力传感器；13、透明观察窗口；2、信号处理远传模块；3、供电电源。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例的电力变压器油位数字化检测装置包括信号采集测量模块1和信号处理远传模块2，信号采集测量模块1包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头11，连接头11内部中空且一端为用于与电力变压器的储油柜放油管相连的连接法兰、另一端封闭，连接头11内部设有油温传感器(图中未绘出)和高度不同的至少两个压力传感器12，压力传感器12的输出端与信号处理远传模块2相连。本实施例的电力变压器油位数字化检测装置连接头11内部设有高度不同的至少两个压力传感器12，可利用压强检测原理以及双压力传感器12实现油位监测，具有检测准确度高的优点。本实施例所有传感器以及模块单元均布置在变压器的外部，不会引起变压器内部结构及性能的变化，可在充分保证变压器原有特性的基础上，完成油位参数的准确测量、处理计算以及远程输出。
本实施例的信号采集测量模块1包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头，连接头内部中空且一端为用于与电力变压器的储油柜放油管相连的连接法兰、另一端封闭，可以方便地与现有电力变压器进行集成。本实施例中，连接头11采用不锈钢制成。
本实施例中，压力传感器12采用极限绝对压力值为-100kPa～200kPa，工作温度范围为-20℃～160℃，精度为0.2％。
如图1所示，本实施例中连接头11的中部设有用于观察内部情况的透明观察窗口13，可方便观察连接头11的内腔中的进油状态。
本实施例中，连接头11封闭或设有放油阀的一端设有电连接端子，压力传感器12的输出端通过电连接端子与信号处理远传模块2相连。
如图1所示，本实施例中至少两个压力传感器12在沿竖直方向高度各不相同，且两个压力传感器12在沿竖直方向高度差h3满足ρgh3≥2Aα，其中ρ为变压器油的密度，g为重力加速度，A为压力传感器12的极限量程，α为压力传感器12的精度。两个压力传感器(12)在沿竖直方向高度差h3的选择考虑了下述因素：一是两个传感器之间的压力差应大于传感器的正负偏差范围，即若传感器极限量程为A，精度为α；二是两个传感器所处位置不能因油温差别过大导致绝缘油密度有所差异。本实施例中高度差h3取值为30cm。
两个压力传感器12沿竖直方向布置，两个压力传感器12之间的高度差h3，两个压力传感器12之间的高度差h3应既能保证两处位置的压力差能在传感器的精度范围内进行体现，又需使两个压力传感器12所处位置不因油温差别过大导致绝缘油密度有所差异。
本实施例中，信号采集测量模块1和信号处理远传模块2是两个独立的功能模块，且通过带铠屏蔽电缆相连。毫无疑问，信号采集测量模块1和信号处理远传模块2既可以为分体式结构，也可以根据需要采用一体式结构。
本实施例中，还包括供电电源3，供电电源3的输出端分别与信号采集测量模块1、信号处理远传模块2的电源端相连。
本实施例中，供电电源3包括电源模块和开关电路，电源模块的输出端通过开关电路分别与信号采集测量模块1、信号处理远传模块2的电源端相连。
本实施例中，电源模块为电池模块，因此无需从站内额外引接电源，有利于施工以及提高系统的安全性。具体地，本实施例中电源模块采用AC220V/5A内置电池。毫无疑问，信号采集测量模块1、信号处理远传模块2两者所需的电压和电流的规格既可以相同，也可以不同，电源模块所需输出电压和电流的规格可根据信号采集测量模块1、信号处理远传模块2两者的实际需求进行定制，而且在信号采集测量模块1、信号处理远传模块2两者所需的电压和电流的规格不同的情况下，可以采用转换电路来实现多输出的目标。
本实施例中，信号处理远传模块2数据远传以无线传输模式进行。
考虑到变压器油位参数不是突变量，无需进行实施监测，因此本实施例中开关电路进一步为定时开关电路，例如可根据需要每间隔12小时唤醒一次，实现一日两次的变压器油位检测，既能保证油位检测的频次要求，又能延长电池使用寿命。需要说明的是，定时开关电路为现有功能电路，例如可通过定时器和由定时器触发的开关电路来实现(利用定时器实现硬件定时)，也可以通过控制器和由控制器控制的开关电路来实现(利用控制器实现软件定时)。
本实施例中，连接法兰为螺纹口连接法兰(图中未绘出)，且螺纹口连接法兰上套设有密封圈(图中未绘出)，可确保和储油柜放油管连接的可靠性，防止漏油现象。
本实施例包括信号采集测量模块1和信号处理远传模块2，将信号采集测量与信号远传进行集成，可将油位信号实时传输至站内后台及监控平台以用于拟合油温-油位曲线，可用于对异常油位信号进行主动告警，满足智能化变电站的管理需求。将检测压力信号实时传输至站内后台及监控平台后，站内后台及监控平台可实现液位检测。
此外，本实施例还提供一种前述电力变压器油位数字化检测装置的应用方法，包括：
1)接收高度不同的两个压力传感器12输出的压力值P1,P2，其中，较上侧的压力传感器12输出的压力值为P1，较下侧的压力传感器12输出的压力值为P2；
2)根据下式计算得到较上侧的压力传感器12对应的油位高度h1：
h1＝P1h3/(P2-P1)
上式中，h3为输出压力值为P1的较上侧的压力传感器12、输出压力值为P2的较下侧的压力传感器12之间的高度差。上述公式的推导过程如下：根据液体压强计算公式计算单点的液位高度，液体压强计算公式为：
P1＝ρ1gh1，P2＝ρ2gh2
其中，P1和P2分别为1号压力传感器(上部的压力传感器12)及2号压力传感器(下部的压力传感器12)处的油位压力，ρ1和ρ2分别为1号压力传感器(上部的压力传感器12)及2号压力传感器(下部的压力传感器12)处的绝缘油密度，g为重力加速度，h1和h2分别为1号压力传感器(上部的压力传感器12)及2号压力传感器(下部的压力传感器12)处的液位高度。或者，在前述液体压强计算公式的基础上，假设两个压力传感器12位置的绝缘油密度视为一致，即ρ1＝ρ2，则可推算得到油位高度h1的计算表达式为：
h1＝P1h3/(P2-P1)
上式中，h3为输出压力值为P1的较上侧的压力传感器12(1号压力传感器)、输出压力值为P2的较下侧的压力传感器12(2号压力传感器)之间的高度差。由于高度h1的函数表达式中不含密度参数，故剔除了温度对绝缘油密度以及油位计算的影响，无需进行额外补偿计算(无需进行温度补偿)。
进一步地，本实施例步骤2)之后还包括：S1)将油温传感器输出的当前油温代入当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，得到当前油温对应的预测油位高度h，计算当前的油位高度h1与预测油位高度h之间的差值，若两者的差值超过预设阈值，则判定电力变压器的油位故障；否则，判定电力变压器的油位正常，跳转执行下一步；S2)将油温传感器输出的当前油温、当前的油位高度h1与当前时刻对应的历史油温、历史油位高度一起进行数据拟合以更新当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，得到当前时刻对应的更新后的拟合油温-油位曲线。通过上述方式，一方面基于油温、油位两者之间的关联关系来实现液位的动态判断，相对简单、机械地仅仅根据油位判断而言，判断准确度更好；另一方面，在判定电力变压器的油位正常后，可利用正常的当前油温、当前的油位高度h1与当前时刻对应的历史油温、历史油位高度一起进行数据拟合以更新当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，从而确保拟合油温-油位曲线更加准确，可以随着变压器的工作情况发生自适应性变化，从而提高油位检测的准确度。
本实施例中，上述应用方法的步骤1)和2)均为通过信号处理远传模块2实现，此外也可以通过与信号处理远传模块2相连的后台服务器来实现；步骤S1)～S2)则通过后台服务器来实现。在后台服务器上电初始化以后，后台服务器首先完成本实施例的电力变压器油位数字化检测装置的初始化设置，主要包括输出压力值为P1的较上侧的压力传感器12、输出压力值为P2的较下侧的压力传感器12之间的高度差h3，此外还需要设置拟合油温-油位曲线所需数据量的时间跨度、其他系统通讯调试初始化设置。系统后台软件还需完成将接收的高度h1的参数转化为实际油位的处理计算，后台已有油温信号的接入，并将同一时刻下的油温信号及油位信号进行存储，作为拟合油温-油位曲线的原始数据样本。系统后台软件同时需要根据油温信号和油位信号构成的数据样本完成油温-油位曲线的拟合。基于初始化设置的时间跨度内的油位、油温信号数据，在剔除畸形数据后，实现油温-油位曲线的计算拟合，并利用后续采集数据对曲线准确度不断进行优化。当采集的信号数据与油温-油位曲线偏差较大时，发出预警信号。在对变压器进行油位调整后，可以对油温-油位曲线绘制重新初始化设置，更新符合现场实际情况的油温-油位曲线。
此外，本实施例还提供一种电力变压器，包括带有变压器本体油箱和储油柜的变压器本体，储油柜的储油柜放油管上连接有前述电力变压器油位数字化检测装置。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别点为：本实施例的电力变压器油位数字化检测装置不包括供电电源3，而是利用变电站的现有弱电系统进行供电，同样也可以保证信号采集测量模块1和信号处理远传模块2的正常工作。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别点为：本实施例中连接头11另一端设有放油阀，可以不影响储油柜放油管的放油功能。
实施例四：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别点为：本实施例中至少两个压力传感器12倾斜布置，但是仍然在沿竖直方向高度各不相同，且两个压力传感器12之间的高度差h3，同样也可通过两个压力传感器12之间的高度差h3能保证两处位置的压力差能在传感器的精度范围内进行体现，又使两个压力传感器12所处位置不因油温差别过大导致绝缘油密度有所差异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，包括信号采集测量模块(1)和信号处理远传模块(2)，所述信号采集测量模块(1)包括用于与电力变压器的储油柜放油口相连的连接头(11)，所述连接头(11)内部中空且一端为用于与电力变压器的储油柜放油管相连的连接法兰、另一端封闭或设有放油阀，所述连接头(11)内部设有油温传感器和高度不同的至少两个压力传感器(12)，所述压力传感器(12)的输出端与信号处理远传模块(2)相连。
2.根据权利要求1所述的电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，所述连接头(11)的中部设有用于观察内部情况的透明观察窗口(13)。
3.根据权利要求2所述的电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，所述连接头(11)封闭或设有放油阀的一端设有电连接端子，所述压力传感器(12)的输出端通过电连接端子与信号处理远传模块(2)相连。
4.根据权利要求3所述的电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，所述至少两个压力传感器(12)在沿竖直方向高度各不相同，且两个压力传感器(12)在沿竖直方向高度差h3满足ρgh3≥2Aα，其中ρ为变压器油的密度，g为重力加速度，A为压力传感器(12)的极限量程，α为压力传感器(12)的精度。
5.根据权利要求4所述的电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，还包括供电电源(3)，所述供电电源(3)的输出端分别与信号采集测量模块(1)、信号处理远传模块(2)的电源端相连。
6.根据权利要求5所述的电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，所述供电电源(3)包括电源模块和开关电路，所述电源模块的输出端通过开关电路分别与信号采集测量模块(1)、信号处理远传模块(2)的电源端相连，所述开关电路为定时开关电路。
7.根据权利要求6所述的电力变压器油位数字化检测装置，其特征在于，所述连接法兰为螺纹口连接法兰，且螺纹口连接法兰上套设有密封圈。
8.一种电力变压器，包括带有变压器本体油箱和储油柜的变压器本体，其特征在于，所述储油柜的储油柜放油管上连接有权利要求1～7中任意一项所述的电力变压器油位数字化检测装置。
9.一种权利要求1～7中任意一项所述的电力变压器油位数字化检测装置的应用方法，其特征在于，包括：
1)接收高度不同的两个压力传感器(12)输出的压力值P1,P2，其中，较上侧的压力传感器(12)输出的压力值为P1，较下侧的压力传感器(12)输出的压力值为P2；
2)根据下式计算得到较上侧的压力传感器(12)对应的油位高度h1：
h1＝P1h3/(P2-P1)
上式中，h3为输出压力值为P1的较上侧的压力传感器(12)、输出压力值为P2的较下侧的压力传感器(12)之间的高度差。
10.根据权利要求9所述的电力变压器油位数字化检测装置的应用方法，其特征在于，步骤2)之后还包括：S1)将油温传感器输出的当前油温代入当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，得到当前油温对应的预测油位高度h，计算当前的油位高度h1与预测油位高度h之间的差值，若两者的差值超过预设阈值，则判定电力变压器的油位故障；否则，判定电力变压器的油位正常，跳转执行下一步；S2)将油温传感器输出的当前油温、当前的油位高度h1与当前时刻对应的历史油温、历史油位高度一起进行数据拟合以更新当前时刻对应的拟合油温-油位曲线，得到当前时刻对应的更新后的拟合油温-油位曲线。
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|---|---|---|---|---|
| CN115116705A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-09-27 | 国网山西省电力公司超高压变电分公司 | 一种变压器储油柜状态监测系统 |
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2021
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|---|---|---|---|---|
| CN115116705A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-09-27 | 国网山西省电力公司超高压变电分公司 | 一种变压器储油柜状态监测系统 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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