CN208752148U - 一种变压器性能预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种变压器性能预警装置，包括传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块、供电电源，通过对多个参量的监测，传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块依次连接，供电电源分别对上述各组成部分进行供电。本实用新型提出的一种变压器性能预警装置通过对变压器在短路或大负荷作用下多方面的参数测量，能够获得变压器短路阻抗相关特性，反映变压器工作性能和经济能耗，并为变压器运行时短路阻抗提供间接实用的预警手段，防止单一参数变化形成误判。

Description

一种变压器性能预警装置

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，特别是一种变压器性能预警装置。

背景技术

目前针对电力系统的故障监测装置多数应用在互感器二次低压侧，而针对变压器二次侧的应用较少。究其原因，一方面是由于电力系统变压器通常工作电压较高，比如10kV到500kV的系统，故障监测装置的应用存在安全风险；另一方面则是由于变压器电压等级不同，负载量不同，很难实现对故障监测装置的标准化。

变压器的短路阻抗是反应变压器工作性能和经济能耗的重要参数，但对短路阻抗的测量需要同步测量高压侧和低压侧的电压电流，并要求在低压侧负荷端处于短路状态，当变压器在线运行时，并不具备对上述对短路阻抗进行测量的条件。尽管如此，间接测量一些与短路阻抗特性相关的参数的技术研究一直在科研院所开展，其作用主要是提供一种趋势分析的手段。然而，在线对变压器短路阻抗相关特性的测量是相对于输出负载（电流或电压）而进行的，通过在线数据进行建模推测的相关研究虽然也较多，但主要是理论和软件应用，实物设备还较少。

实用新型内容

针对于上述现有技术的不足之处，本实用新型提出一种变压器性能预警装置，通过对多个参量的监测，能够获得变压器短路阻抗相关特性，反映变压器工作性能和经济能耗，并为变压器运行时短路阻抗提供间接实用的预警手段，防止单一参数变化形成误判。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种变压器性能预警装置，其特征在于，包括传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块、供电电源，所述传感器单元、所述信号调理模块、所述光电隔离模块、所述模数转换器、所述单片机、所述通信模块依次连接，所述供电电源分别与所述传感器单元、所述信号调理模块、所述光电隔离模块、所述模数转换器、所述单片机、所述通信模块连接。

优选地，所述传感器单元包括温度传感器、振动传感器和电流传感器。

优选地，所述温度传感器为光纤温度传感器、热电偶传感器或半导体温度传感器；所述温度传感器安装于下述位置：变压器油箱、变压器低压侧壳体、变压器低压侧输出套管、变压器低压侧绕组端头、变压器低压侧输出母排、或变压器低压侧其他部件。

优选地，所述振动传感器为光纤传感器、声学传感器、超声波传感器、陶瓷传感器或薄膜压电传感器；所述振动传感器安装于下述位置：变压器油箱、变压器低压侧的壳体、变压器低压侧绕组输出端头、变压器低压侧输出套管或变压器低压侧其他部件。

优选地，所述电流传感器为穿心式电流传感器，用于检测变压器低压侧的输出电流。

优选地，所述信号调理模块为三个独立通道的模拟信号放大及增益控制模块，分别处理来自所述温度传感器、所述振动传感器和所述电流传感器的传感信号。

优选地，所述模数转换器为独立的模数转换器，或者为集成到单片机内部，与单片机为一体的模数转换器功能模块。

优选地，所述通信模块为WIFI模块、RS232模块、蓝牙模块、无线433M通信模块或3G/4G/5G模块。

优选地，所述供电电源为高容量干电池、光伏电池或光伏电池与锂电组合的电源模块。

本实用新型的工作原理如下：

变压器的短路阻抗主要反映变压器在负荷过大时的性能。短路阻抗大，会减少短路电流，提高变压器的抗短路能力。但是短路阻抗过大，则会增大内部无功功率及有功功率消耗，从而引起发热。因此，短路阻抗与变压器性能直接相关，基于短路阻抗的分析，可以更好的优化配置负荷容量，提升变压器的经济性能和可靠性。

例如，在经过可靠性评估后，认为可靠性的监测手段已经充分的条件下，可以考虑短路阻抗越小越好，即短路阻抗承担的压降和功率损耗小，将更多的电压分配给用户。如果经过可靠性评估后，认为该类型的变压器故障率偏高，而变压器电压等级不高，其自身损耗在可控范围，通过短路阻抗的性能管理对经济性能提升不明显，此时希望短路阻抗越大越好，即在故障状态下，内部短路阻抗承担更多的电压，起到了限流作用，使得发热量减少。

由此可见，短路阻抗的变化特征是根据需要进行管理的，根据相关参数的分析所获得的数据结论可能具有不同的用途。但综上所述，有效跟踪变压器的短路阻抗或短路阻抗相关的参数，对于经济性和可靠性都是至为关键的。

由于现场的短路阻抗无法通过单一参量直接获取准确的测量值，为了反映变压器短路阻抗特征，本实用新型的变压器性能预警装置结合了三种特征量的检测功能，其探测前端为三个类型的传感器，分别为温度传感器、振动传感器、电流传感器，通过传感器单元分别对变压器油箱或变压器低压侧部件的温度、振动以及变压器低压侧输出电流进行采集。

温度传感器主要用于变压器的温度检测，这里可以是针对变压器油箱、变压器低压侧壳体、变压器低压侧输出套管、变压器低压侧绕组端头、变压器低压侧输出母排、或变压器低压侧其他部件的检测。当变压器负荷增大时，其相应区域的理论温度值会上升，由此可以通过温度反应负荷量。

振动传感器主要用于变压器部位振动情况的检测，其安装位置同样可以是变压器油箱、变压器低压侧的壳体、变压器低压侧绕组输出端头、变压器低压侧输出套管或变压器低压侧其他部件等部位。当负荷增大时，内部油温升高，变压器绕组承受的输出拉力增大，振动强度增大，会导致振动传感器的输出信号加强。

电流传感器主要用于检测变压器低压侧的输出电流，可布置在变压器低压侧套管连接箱的套管内部。当输出负荷增加时，直接的参量变化就是输出电流增大。

由于现场的条件导致多种参量相互影响，可能会出现单一参数超标误判为短路阻抗超标的情况。例如：1）变压器散热风扇故障，可能导致振动噪音偏大，而实际与短路阻抗变化影响不大。2）变压器绝缘性能下降会导致油中气体溶解成分变化，从而引起油箱振动和油温变化。

而本实用新型通过振动、温度和电流负荷三个特征联合采集和分析，可以减少误判率。本实用新型通过变压器在短路或大负荷作用下多方面的参数测量，为变压器运行时短路阻抗提供间接实用的预警手段，防止单一参数变化形成误判，这是本实用新型解决的核心问题。

本实用新型具有以下优点：

1、通过变压器在短路或大负荷作用下多方面的参数测量，为变压器运行时短路阻抗提供间接实用的预警手段，防止单一参数变化形成误判。

2、本实用新型的技术方案可实现灵活的升级，即在当前大数据发展背景下，可以通过长时间的多元参数（即振动、温度和电流负荷）进行更深层次的信息挖掘，从而使得对于变压器运行特性的监测与维护达到最优效果，既满足经济性，又满足可靠性要求。

3、本实用新型考虑到了现场环境的干扰，采用了金属外壳的结构，并在通信端口的设计上面兼容了RS232和无线通信功能，其中RS232可以扩展多种类型的3G/4G/5G功能的通信模块，这对于实现多只变压器的在线监测，提供安全隔离的信息交互起到了重要支撑。

附图说明

图1 为本实用新型提出的一种变压器性能预警装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

本实用新型提出的一种变压器性能预警装置实施例结构示意如图1所示，装置包括传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块、供电电源，传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块依次连接，供电电源分别与传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块连接，对上述各组成部分进行供电。

作为一种优选实施例，传感器单元包括温度传感器、振动传感器和电流传感器，用于检测温度、振动、电流这三种特征量。这三个类型的传感器可以是单通道，也可以是三相配置，不做特殊区分。

作为一种优选实施例，温度传感器为光纤温度传感器、热电偶传感器或半导体温度传感器；温度传感器安装于下述位置：变压器油箱、变压器低压侧壳体、变压器低压侧输出套管、变压器低压侧绕组端头、变压器低压侧输出母排、或变压器低压侧其他部件。例如：温度传感器采用光纤温度传感器，其结构为狭长带状，可测量10CM长度区域的温度值，该光纤传感器安装在变压器油箱顶部区域。

作为一种优选实施例，振动传感器为光纤传感器、声学传感器、超声波传感器、陶瓷传感器或薄膜压电传感器；振动传感器安装于下述位置：变压器油箱、变压器低压侧的壳体、变压器低压侧绕组输出端头、变压器低压侧输出套管或变压器低压侧其他部件。

作为一种优选实施例，电流传感器为穿心式电流传感器，用于检测变压器低压侧的输出电流。例如，电流传感器采用穿心高精度CT，精度为0.05%，布置在变压器低压侧套管连接箱的套管内部CT输出端。

作为一种优选实施例，信号调理模块为三个独立通道的模拟信号放大及增益控制模块，分别处理来自温度传感器、振动传感器和电流传感器的传感信号。信号调理模块将三路信号进行功率和电压放大，并具备一定的噪音抑制能力。信号调理输出端分别连接三路光电耦合器，该光电耦合器采用光电耦合三极管组成的集成模块，可实现信号调理输出端的信号和采集端信号的电气隔离。

作为一种优选实施例，模数转换器为独立的模数转换器，或者为集成到单片机内部，与单片机为一体的模数转换器功能模块。例如，单片机为ARM7结构芯片，内部含多路模数转换器，光电耦合器输出后与单片机的采集输入端连接，即直接与模数转换器端子相连，而在ARM7芯片控制下开展信号采集，存储管理和通信的功能。

作为一种优选实施例，通信模块为WIFI模块、RS232模块、蓝牙模块、无线433M通信模块或3G/4G/5G模块。例如，通信端口为无线433M通信端口，远程监控系统可通过该433M无线模块实现与变压器性能预警装置的信息交互，开展后续的数据处理工作。在远程无线通信架构下，也可开展更精密的模块管理工作，例如电源管理，睡眠唤醒模式等，以满足周期性采集数据的需要，在非采集周期内，可以让模数转换器处于休眠状态，降低能耗，提高寿命。

作为一种优选实施例，供电电源为采用光伏电池模块和锂电池组合的模式，可满足较长时期的持续供电。供电电源也可采用高容量干电池或光伏电池。

本实用新型实施例所述的传感器的布置，在现场根据不同环境，可以将该传感器布置到最为关键需要的位置，也可以根据实际需要进行传感器通道的扩展，由于当前的ARM系列处理器多数具备12通道以上的模数转换器，采样率也在500kHz以上，可以满足多通道扩展的要求。

Claims (9)

1.一种变压器性能预警装置，其特征在于，包括传感器单元、信号调理模块、光电隔离模块、模数转换器、单片机、通信模块、供电电源，所述传感器单元、所述信号调理模块、所述光电隔离模块、所述模数转换器、所述单片机、所述通信模块依次连接，所述供电电源分别与所述传感器单元、所述信号调理模块、所述光电隔离模块、所述模数转换器、所述单片机、所述通信模块连接。

2.如权利要求1所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述传感器单元包括温度传感器、振动传感器和电流传感器。

3.如权利要求2所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述温度传感器为光纤温度传感器、热电偶传感器或半导体温度传感器；所述温度传感器安装于下述位置：变压器油箱、变压器低压侧壳体、变压器低压侧输出套管、变压器低压侧绕组端头、变压器低压侧输出母排。

4.如权利要求2所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述振动传感器为光纤传感器、声学传感器、超声波传感器、陶瓷传感器或薄膜压电传感器；所述振动传感器安装于下述位置：变压器油箱、变压器低压侧的壳体、变压器低压侧绕组输出端头、变压器低压侧输出套管。

5.如权利要求2所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述电流传感器为穿心式电流传感器，用于检测变压器低压侧的输出电流。

6.如权利要求2所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述信号调理模块为三个独立通道的模拟信号放大及增益控制模块，分别处理来自所述温度传感器、所述振动传感器和所述电流传感器的传感信号。

7.如权利要求1所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述模数转换器为独立的模数转换器，或者为集成到单片机内部，与单片机为一体的模数转换器功能模块。

8.如权利要求1所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述通信模块为WIFI模块、RS232模块、蓝牙模块、无线433M通信模块或3G/4G/5G模块。

9.如权利要求1所述的一种变压器性能预警装置，其特征在于，所述供电电源为高容量干电池、光伏电池或光伏电池与锂电组合的电源模块。