CN116453816B - 一种油浸式变压器油箱及其安全检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油浸式变压器技术领域，公开了一种油浸式变压器油箱及其安全检测系统。一种油浸式变压器油箱，包括：底座，所述底座上固定安装有一侧端面为光滑面的油箱本体，所述油箱本体上安装有辅助电磁阀。形变检测单元，所述形变检测单元包括两组测距组件，两个所述测距组件分别设置在所述油箱本体侧端面的左下角处和右上角处。通讯模块，设置于所述测距组件上，用于传输所述测距组件的检测数据。本发明能够对油箱本体的形变进行检测，并根据检测结果辅助油箱卸压，延长变压器油箱的寿命。本发明还能够检测出油箱侧端面的形变均匀性，间接检测油箱的端面是否存在局部塑性损坏的情况。
Description
技术领域
本发明涉及油浸式变压器技术领域，具体涉及一种油浸式变压器油箱及其安全检测系统。
背景技术
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯或磁芯；变压器按冷却方式可分为干式变压器和油浸式变压器，而油浸式变压器则是主要依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环的变压器，所以油浸式变压器中油箱是必不可少的储油结构。
油浸式变压器是变压器的一种结构形式，即变压器的线圈是浸泡在油中的。油浸式变压器由于防火的需要，一般安装在单独的变压器室内或室外，具有体积大、成本低、维修简单、散热好、过负荷能力强、适应环境广泛的特点。油式变压器适用于电力系统、工矿企业、交通、邮电部门、科研单位等，对各种高压电气设备、电器元件、绝缘 材料进行工频或直流高压下的绝缘强度试验。
油浸式变压器油箱上通常安装有压力释放阀，当油浸式变压器在运行中出现故障时，由于线圈过热，使一部分变压器油汽化，变压器油箱中压力迅速增加，这时压力释放阀起到排除气体的作用，保护油箱不致变形或爆裂。然而油箱的长期受热应力以及压力的疲劳破坏，容易产生形变，容易出现的情况是：当油箱中产生气体，内压增加，当由于油箱壁产生形变而抵消了部分压力，造成压力释放阀不能正常反映箱内压力并将气体完全排出，而其当排气动作完毕后，油箱壁仍然处于受压的工况中，长此以往油箱容易产生塑形变形，大大降低了油箱的使用寿命，且若不对其进行形变检测，则存在着很大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油浸式变压器油箱及其安全检测系统，解决以下技术问题：
如何对油浸式变压器油箱的形变安全检测，并根据检测结果辅助油箱卸压，延长变压器油箱的寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种油浸式变压器油箱，包括：
底座，所述底座上固定安装有一侧端面为光滑面的油箱本体，所述油箱本体上安装有辅助电磁阀；
形变检测单元，所述形变检测单元包括两组测距组件，两个所述测距组件分别设置在所述油箱本体侧端面的左下角处和右上角处；
通讯模块，设置于所述测距组件上，用于传输所述测距组件的检测数据；
处理模块，用于对检测数据进行处理，根据处理结果对所述油箱本体的形变做状态分析，并根据状态分析结果制定安全评价策略；
控制模块，所述控制模块与所述辅助电磁阀电性连接，用于根据安全评价策略控制所述辅助电磁阀的启闭。
于一实施例中，所述测距组件包括：
微距电滑轨，所述微距电滑轨安装在所述底座上且滑向垂直于所述油箱本体的侧端面；
滑块，所述滑块滑动连接在所述微距电滑轨上，且所述滑块的上端开有凹槽，所述凹槽内转动连接有与所述微距电滑轨平行的转轴；
激光测距雷达，所述激光测距雷达固定安装在所述转轴上，且所述激光测距雷达发射的激光垂直于所述转轴的轴线；
伺服电机，所述伺服电机安装在所述滑块上，并与所述转轴传动连接。
于一实施例中，所述形变检测单元的检测过程为：对于两个所述测距组件均实行以下操作：
S1、控制所述滑块在所述微距电滑轨上做多段单位距离为D的间歇运动，运动至激光光线第一次无法投射在所述油箱本体侧端面上停止，并记录所述滑块运动单位距离的总次数n；
S2、在所述滑块间歇运动的间歇时间段内，驱动所述伺服电机控制激光光线绕所述转轴由水平方向扫过所述油箱本体的侧端面转动至竖直方向；
S3、基于两个所述激光测距雷达，分别在所述滑块第i段单位距离运动后，生成各自光激光线长度随激光光线偏转角变化的曲线和/>。
于一实施例中，所述处理模块对检测数据进行处理的过程包括：
将所述滑块运动单位距离的总段数n与预设标准值做对比分析：
若，则将曲线/>整合在与曲线/>同一极坐标中，具体通过公式：
获得曲线；
其中，/>，b为两束激光光线发射点的水平距离，h为两束激光光线发射点的竖直距离；
若，则不需要做上述处理。
于一实施例中，所述处理模块对检测数据进行处理的过程还包括：
通过公式计算获得曲线/>的长度；
公式计算获得曲线/>的长度；
其中、/>分别为曲线/>的两个端点对应的偏转角度；/>、/>分别为曲线/>的两个端点对应的偏转角度；
通过=/>计算获得曲线/>和/>围成图形的周长/>。
于一实施例中，所述状态分析的过程包括：
通过公式计算出曲线/>和/>围成图形的面积/>；
其中，、/>分别为各曲线的两个端点对应的偏转角度；
通过公式计算得出所述油箱本体的侧端面的形变量特征值；
将形变量特征值与安全阈值/>作比对：
若，控制所述辅助电磁阀开启，进行排气卸压；
若，所述辅助电磁阀保持关闭状态。
于一实施例中，所述状态分析的过程还包括：
通过公式：计算获得所述油箱本体的侧端面的形变均匀度值/>；
其中，为第i次测距对应的权重系数；
将形变均匀度值与预设阈值/>、/>进行比对：
若∈[/>]，则判断所述油箱本体的侧端面形变均匀，
若 [/>]，则判断所述油箱本体的侧端面形变不均匀。
一种油浸式变压器油箱的安全检测系统，所述系统用于对所述油箱本体的侧端面形变量以及形变均匀度进行检测。
本发明的有益效果：
本发明通过设置两组测距组件对油箱本体的一个侧端面进行参数数据检测收集，收集到的参数数据可以通过通讯模块传输至处理模块，处理模块对检测数据进行处理，根据处理结果对油箱本体的形变做状态分析，并根据状态分析结果制定安全评价策略，同时，本实施例还设置有控制模块，可以根据安全评价策略控制辅助电磁阀的启闭。因本发明能够对油箱本体的形变进行检测，并根据检测结果辅助油箱卸压，延长变压器油箱的寿命。
本发明还可以通过对测得的油箱本体的参数数据分析，检测出油箱侧端面的形变均匀性，间接检测油箱的端面是否存在局部塑性损坏的情况。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明中油浸式变压器油箱的立体结构示意图；
图2为本发明中油浸式变压器油箱的局部立体结构示意图；
图3为本发明中形变检测单元检测的过程流程图；
附图说明：1、底座；2、油箱本体；3、辅助电磁阀；4、测距组件；401、微距电滑轨；402、滑块；403、激光测距雷达；404、伺服电机；405、凹槽。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图图1所示，一种油浸式变压器油箱，包括：
底座1，所述底座1上固定安装有一侧端面为光滑面的油箱本体2，所述油箱本体2上安装有一个辅助电磁阀3；
形变检测单元，所述形变检测单元包括两组测距组件4，两个所述测距组件4分别设置在所述油箱本体2一侧端面的对角线上，示例性的如左下角处和右上角处；
通讯模块，设置于所述测距组件4上，用于传输所述测距组件4的检测数据；
处理模块，用于对检测数据进行处理，根据处理结果对所述油箱本体2的形变做状态分析，并根据状态分析结果制定安全评价策略；
控制模块，所述控制模块与所述辅助电磁阀3电性连接，用于根据安全评价策略控制所述辅助电磁阀3的启闭。
通过上述技术方案，本实施例通过设置两组测距组件4对油箱本体2的一个侧端面进行参数数据检测收集，收集到的参数数据可以通过通讯模块传输至处理模块，处理模块对检测数据进行处理，根据处理结果对油箱本体2的形变做状态分析，并根据状态分析结果制定安全评价策略，同时，本实施例还设置有控制模块，可以根据安全评价策略控制辅助电磁阀3的启闭。需要说明的是，两个测距组件4分别设置在油箱本体2一侧端面的左下角处和右上角处，该设置虽然直接针对油箱本体2的一个端面进行具体检测，但由于为保证油箱内压力平衡，变压器油箱的侧壁均为同种材料所制，因此该检测反映的是整个油箱本体2的形变状态。
请参阅附图图2所示，所述测距组件4包括：
微距电滑轨401，所述微距电滑轨401安装在所述底座1上且滑动方向垂直于所述油箱本体2的侧端面，此处所指的垂直对应关系，具体为油箱本体2出厂时的状态，应具有光滑、平整的表面，此时，该侧端面并未因箱内压力产生形变；
滑块402，所述滑块402滑动连接在所述微距电滑轨401上，且所述滑块402的上端开有凹槽405，所述凹槽405内转动连接有与所述微距电滑轨401平行的转轴；
激光测距雷达403，所述激光测距雷达403固定安装在所述转轴上，且所述激光测距雷达403发射的激光垂直于所述转轴的轴线；
伺服电机404，所述伺服电机404安装在所述滑块402上，并与所述转轴传动连接。
通过上述技术方案，本实施例提供了测距组件4的具体结构，其中，设置的激光测距雷达403用于直接检测并记录油箱本体2侧端面凸起局部点到激光发射点的距离，而激光测距雷达403的安装基础件为转轴，因此激光测距雷达403可以在伺服电机404的驱动作用下发生角度偏转，该偏转过程中，激光测距雷达403发射的激光能过扫过油箱本体2侧端面，而激光的非发射点的端点的运动轨迹呈现一段曲线，由两束激光行成的两段曲线能够在油箱本体2凸起高度相同的局部位置近似形成一个封闭的图形，需要说明的是，且由几何关系易知：激光光线距平均距离越长，形成的图形越小，凸起的程度越大，两曲线越近似围成封闭图形。微距电滑轨401和滑块402的组合设置，用于调整激光光线沿垂直于油箱本体2的侧端端面的方向位置，使得激光测距雷达403可以对油箱本体2凸起高度不同的局部位置进行测量。
请参阅附图图3所示，所述形变检测单元的检测过程为：对于两个所述测距组件4均实行以下操作：
S1、控制所述滑块402在所述微距电滑轨401上做多段单位距离为D的间歇运动，且间歇运动的方向为远离油箱本体的方向，运动至激光光线第一次无法投射在所述油箱本体2侧端面上停止，并记录所述滑块402运动单位距离的总次数n；
S2、在所述滑块402间歇运动的间歇时间段内，驱动所述伺服电机404控制激光光线绕所述转轴由水平方向扫过所述油箱本体2的一侧端面；
S3、基于两个所述激光测距雷达403，分别在所述滑块402第i段单位距离运动后，生成各自光激光线长度随激光光线偏转角变化的曲线和/>。
通过上述技术方案，本实施例提供了形变检测单元的具体的检测过程，该过程同时针对于两个测距组件4，首先，控制所述滑块402在所述微距电滑轨401上做多段单位距离为D的间歇运动，运动至激光光线第一次无法投射在所述油箱本体2侧端面上停止，并记录所述滑块402运动单位距离的总次数n，其中，总次数n可以直接初步地反映油箱本体2侧端面的凸起程度，且n的值越大，凸起程度越大，需要说明的是，该整体间歇运动的起点为固定位置，且滑块402位于起点时，须保证激光能够投射在油箱本体2的端面或端面边缘上。然后，在滑块402间歇运动的间歇时间段内，驱动伺服电机404控制激光光线绕转轴由水平方向扫过油箱本体2的侧端面，在该转动过程中，激光测距雷达403处于不断的测距并记录过程中。最后，基于两个激光测距雷达403，分别在滑块402第i段单位距离运动后，生成各自光激光线长度随激光光线偏转角变化的曲线和/>，需要说明的是，两个激光测距雷达403之间的距离可以设置得较远，这样更容易检测到油箱本体2端面同一凸度下的所有点，反应在曲线上则为：曲线/>和/>更近似构成封闭图形。
所述处理模块对检测数据进行处理的过程包括：
将所述滑块402运动单位距离的总段数n与预设标准值做对比分析：
若，则将曲线/>整合在与曲线/>同一极坐标中，具体通过公式：获得曲线/>；
其中，/>，b为两束激光光线发射点的水平距离，h为两束激光光线发射点的竖直距离；
若，则不需要做上述处理。
通过上述技术方案，本实施例提供了数据处理的一种方式，用于将曲线与曲线/>整合在同一坐标中，便于后续的数据分析计算，且上述的处理操作仅针对/>的情况，其中/>为预设标准值，当/>不超过该预设标准值时，说明油箱本体2侧端面只发生了轻微的形变或未发生形变，因此不需要更精确地判断形变量的大小。
所述处理模块对检测数据进行处理的过程还包括：
通过公式计算获得曲线/>的长度；
公式计算获得曲线/>的长度；
其中、/>分别为曲线/>的两个端点对应的偏转角度；/>、/>分别为曲线/>的两个端点对应的偏转角度；
通过=/>计算获得曲线/>和/>围成图形的周长/>。
通过上述技术方案，本实施例提供了另一种数据处理的具体方式，该实施方式不用将两个曲线整合在同一坐标系中，并直接分开计算两个曲线的长度和/>，并通过加和计算出两个曲线围成图形的周长/>，需要说明的是若激光光线的距离均较短，两个曲线的端点难以重合，因此，所围成的图形的周长实际值略大于/>，但是/>可以间接反映图形周长的大小。
所述状态分析的过程包括：
通过公式计算出曲线/>和/>围成图形的面积/>；
其中，、/>分别为各曲线的两个端点对应的偏转角度；
通过公式计算得出所述油箱本体2的侧端面的形变量特征值；
将形变量特征值与安全阈值/>作比对：
若，控制所述辅助电磁阀3开启，进行排气卸压；
若，所述辅助电磁阀3保持关闭状态。
通过上述技术方案，本实施例提供了对于油箱本体2端面形变状态分析的一个过程，具体的，首先，通过公式：计算出曲线/>和围成图形的面积/>。需要说明的是，上述公式直接计算的是两个曲线对应的曲线与两个曲线端点所在激光光线构成的扇形面积之差/>，当两个曲线的对应端点越接近时，/>越精确反映端面同一凸度曲线构成封闭图形的面积。通过公式/>计算得出所述油箱本体2的一侧端面的形变量特征值/>，经过上述计算，形变量特征值直接近似表示油箱本体2端面凸起部分的体积，进而间接反映了端面的形变量。
所述状态分析的过程还包括：
通过公式：计算获得所述油箱本体2的侧端面的形变均匀度值/>；
其中，为第i次测距对应的权重系数；
将形变均匀度值与预设阈值/>、/>进行比对：
若∈[/>]，则判断所述油箱本体2的侧端面形变均匀，
若 [/>]，则判断所述油箱本体2的侧端面形变不均匀。
通过上述技术方案，本实施例提供了对油箱本体2侧端面形变状态的另一种分析方法，具体的，通过公式：计算获得所述油箱本体2的侧端面的形变均匀度值/>，其中，/>为第i次测距对应的权重系数，可根据实验拟合得到。需要说明的是，正常情况下，油箱本体2的侧端面受箱内油压较均匀的作用，单个凸起的横截面一般呈现为轮廓线平滑的面，而检测所得到的周长面积比过大，凸起横截面的轮廓线不平滑或截面过于窄长，若周长面积比过小凸起横截面的轮廓线过于接近远，若油箱本体2的端面是正多边形则该比值越小越好，之所以加权计算，是因为不同凸起截面的标准参形状不一定相似。还需要说明的是，可能导致油箱本体2的侧端面形变不均匀的直接因素就是油箱本体2的侧壁发生了局部的塑性破坏，因此有必要对形变均匀性进行安全检测。
在另一实施例中，提供了一种油浸式变压器油箱的安全检测系统，所述系统用于对所述油箱本体2的侧端面形变量以及形变均匀度进行检测。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种油浸式变压器油箱，其特征在于，包括：
底座（1），所述底座（1）上固定安装有一侧端面为光滑面的油箱本体（2），所述油箱本体（2）上安装有辅助电磁阀（3）；
形变检测单元，所述形变检测单元包括两组测距组件（4），两个所述测距组件（4）分别设置在所述一侧端面的对角线上；
通讯模块，设置于所述测距组件（4）上，用于传输所述测距组件（4）的检测数据；
处理模块，用于对检测数据进行处理，根据处理结果对所述油箱本体（2）的形变做状态分析，并根据状态分析结果制定安全评价策略；
控制模块，所述控制模块与所述辅助电磁阀（3）电性连接，用于根据安全评价策略控制所述辅助电磁阀（3）的启闭；
所述测距组件（4）包括：
微距电滑轨（401），所述微距电滑轨（401）安装在所述底座（1）上且滑向垂直于所述油箱本体（2）的侧端面；
滑块（402），所述滑块（402）滑动连接在所述微距电滑轨（401）上，且所述滑块（402）的上端开有凹槽（405），所述凹槽（405）内转动连接有与所述微距电滑轨（401）平行的转轴；
激光测距雷达（403），所述激光测距雷达（403）固定安装在所述转轴上，且所述激光测距雷达（403）发射的激光垂直于所述转轴的轴线；
伺服电机（404），所述伺服电机（404）安装在所述滑块（402）上，并与所述转轴传动连接；
所述处理模块对检测数据进行处理的过程包括：
将所述滑块（402）运动单位距离的总段数n与预设标准值做对比分析：
若，则将曲线/>整合在与曲线/>同一极坐标中，具体通过公式：
获得曲线/>；
其中，而/>，b为两束激光光线发射点的水平距离，h为两束激光光线发射点的竖直距离；
若，则不需要做上述处理；
所述处理模块对检测数据进行处理的过程还包括：
通过公式计算获得曲线/>的长度；
通过公式计算获得曲线/>的长度；
其中、/>分别为曲线/>的两个端点对应的偏转角度；/>、/>分别为曲线/>的两个端点对应的偏转角度；
通过=/>计算获得曲线/>和/>围成图形的周长/>；
所述状态分析的过程包括：
通过公式计算出曲线/>和/>围成图形的面积/>；
其中，、/>分别为各曲线的两个端点对应的偏转角度；
通过公式计算得出所述油箱本体（2）的侧端面的形变量特征值/>；
其中，D为所述滑块（402）做间歇运动的单位距离；
将形变量特征值与安全阈值/>作比对：
若，控制所述辅助电磁阀（3）开启，进行排气卸压；
若，所述辅助电磁阀（3）保持关闭状态；
所述状态分析的过程还包括：
通过公式：计算获得所述油箱本体（2）的侧端面的形变均匀度值/>；
其中，为第i次测距对应的权重系数；
将形变均匀度值与预设阈值/>、/>进行比对：
若∈[/>]，则判断所述油箱本体（2）的侧端面形变均匀，
若 [/>]，则判断所述油箱本体（2）的侧端面形变不均匀。
2.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器油箱，其特征在于，所述形变检测单元的检测过程为：对于两个所述测距组件（4）均实行以下操作：
S1、控制所述滑块（402）在所述微距电滑轨（401）上做多段单位距离为D的间歇运动，运动至激光光线第一次无法投射在所述油箱本体（2）侧端面上停止，并记录所述滑块（402）运动单位距离的总次数n；
S2、在所述滑块（402）间歇运动的间歇时间段内，驱动所述伺服电机（404）控制激光光线绕所述转轴由水平方向扫过所述油箱本体（2）的一侧端面；
S3、基于两个所述激光测距雷达（403），分别在所述滑块（402）第i段单位距离运动后，生成各自光激光线长度随激光光线偏转角变化的曲线和/>，其中/>、/>分别为两个激光光线相对于各自的初始水平位置偏转的角度。
3.一种如权利要求1-2中任一项所述的油浸式变压器油箱的安全检测系统，其特征在于，所述系统用于对所述油箱本体（2）的侧端面形变量以及形变均匀度进行检测。
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| CN111412851A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-14 | 成都大亦科技有限公司 | 一种基于激光测量形变的方法 |
| CN115200490A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-10-18 | 保定天威保变电气股份有限公司 | 大型油浸式变压器油箱在耐压试验时变形测量装置及方法 |
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