CN209605874U - 一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置 - Google Patents

Abstract

一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，包括瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块、瞬态加速度特征量测量模块、信号调理与采集模块、通信模块以及上位机；其中，瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块通过通信模块与上位机相连；瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均设置在变压器上。本实用新型具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。本实用新型的应用对于变压器运行人员实时、准确、可靠获取变压器各非电量特征瞬态信息、评估变压器安全运行状态具有重要的工程实用意义。

Description

一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置

技术领域

本实用新型属于电力系统领域，涉及一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置。

背景技术

作为一种关键的电力主设备，变压器在电力系统中占有举足轻重的地位，它的稳定运行是保证整个电力系统电能可靠传输、灵活分配及安全使用的重要前提。尤其是安装于系统枢纽位置的大型电力变压器，因其电压等级高、容量大、结构复杂、造价高昂，一旦发生故障将会对电力系统供电可靠性和运行稳定性带来严重影响，而因故障发生损坏势必造成巨大的经济损失。

作为石油提取物的变压器油具有绝缘性能好、粘度较低、传热性能好且制造成本低等优点。自19世纪末起，电力变压器便开始填充这种烷烃类重油作为冷却和绝缘介质使用。除了一些特殊用途的中小容量变压器以及个别气体绝缘变压器外，使用变压器油作为填充物的油浸式变压器广泛应用在不同容量、电压等级要求下的电力系统中。

油浸式电力变压器在运行过程中，其运行状态与油箱内部油压、油流及本体加速度等非电量特征之间存在紧密联系，通过测量、运算、分析这些非电量特征可以实现对变压器运行状态及健康情况的监测与评估。

所以有必要提供一种能够测量油压、油流以及本体加速度的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，包括瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块、瞬态加速度特征量测量模块、信号调理与采集模块、通信模块以及上位机；其中，瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块通过通信模块与上位机相连；瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均设置在变压器上。

本实用新型进一步的改进在于，瞬态油流特征量测量模块包括外捆式超声波流量计、流量计变送器以及第一通信线缆，变压器油枕连接管上安装瓦斯继电器，外捆式超声波流量计安装在变压器油枕连接管上瓦斯继电器前方100mm～300mm处；外捆式超声波流量计与流量计变送器相连，流量计变送器通过第一通信线缆和信号调理与采集模块相连。

本实用新型进一步的改进在于，外捆式超声波流量计的测量频率为100Hz以上，测量误差小于1％，工作温度为-30～80℃，流速量程为-20～20m/s。

本实用新型进一步的改进在于，瞬态油压特征量测量模块包括若干个高频动态压力传感器以及第二通信线缆；高频动态压力传感器安装在变压器本体上，每个高频动态压力传感器端部探头与变压器绝缘油相接触，若干高频动态压力传感器通过第二通信线缆和信号调理与采集模块相连。

本实用新型进一步的改进在于，高频动态压力传感器的测量频率为20kHz，测量误差小于1％，工作温度为-45～120℃，量程为-0.1～6MPa。

本实用新型进一步的改进在于，瞬态加速度特征量测量模块包括若干个加速度传感器、变送器以及第三通信线缆；加速度传感器吸附在变压器本体外壁上，加速度传感器与变送器相连，变送器通过第三通信线缆和信号调理与采集模块相连。

本实用新型进一步的改进在于，加速度传感器的测量频率为10kHz以上，测量误差小于1％，工作温度为-40～80℃，加速度量程为-1000～1000g。

本实用新型进一步的改进在于，信号调理与采集模块包括接线端子、信号调理电路、低通滤波器、信号采样电路以及模数A/D转换电路；接线端子与信号调理电路相连，信号调理电路与低通滤波器相连，低通滤波器与信号采样电路相连，信号采样电路与模数A/D转换电路相连，模数A/D转换电路与通信模块相连；接线端子还与瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块相连。

本实用新型进一步的改进在于，通信模块包括接口模块与通信链路，接口模块与通信链路相连；接口模块与模数A/D转换电路相连，通信链路与上位机相连。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：

本实用新型中通过瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块测量变压器不同位置的内部油压、油枕连接管内油流、本体加速度等非电量特征，无论从精度还是使用范围都能满足电力变压器内部高温、油污、强电磁环境要求；本实用新型的测量采集装置独立于电力网络，各非电量特征的测量和信号传输所受干扰较小，亦不向电力系统注入谐波。所以本实用新型装置能够长期可靠运行，不受强电磁、油污环境影响，具有响应速率快、测量频率高的优点，运行过程中不向电力系统注入谐波，不影响变电站内一次、二次设备的正常运行。本实用新型具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。本实用新型的应用对于变压器运行人员实时、准确、可靠获取变压器各非电量特征瞬态信息、评估变压器安全运行状态具有重要的工程实用意义。

进一步的，本实用新型中采用测量频率为20kHz，测量误差小于1％，工作温度为-45～120℃，量程为-0.1～6MPa的高频动态压力传感器，高频动态压力传感器无论从精度还是使用范围都能满足电力变压器内部高温、油污、强电磁环境要求。

进一步的，本实用新型通过采用测量频率为100Hz以上，测量误差小于1％，工作温度为-30～80℃，流速量程为-20～20m/s的流量计进行测量，外捆式超声波流量计可以在不破坏变压器油枕连接管结构完整性的前提下实现对油流流速的实时测量，同时，无论从精度还是使用范围高频超声波流量计都能满足电力变压器本体高温、强电磁环境要求。

进一步的，本实用新型通过采用测量频率为10kHz以上，测量误差小于1％，工作温度为-40～80℃，加速度量程为-1000～1000g的加速度传感器进行测量，高频动态加速度传感器可以在不破坏变压器本体结构完整性的前提下实现对本体加速度的实时测量，同时，无论从精度还是使用范围加速度传感器都能满足电力变压器本体高温、强电磁环境要求。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构示意图。

图2为瞬时油箱振动加速度的测量结果。

图3为测量瞬时油压的测量结果。

图4为瞬时油流流速的测量结果。

图中，1为外捆式超声波流量计，2为流量计变送器，3为第一通信线缆，4为高频动态压力传感器，5为第二通信线缆，6为加速度传感器，7为变送器，8为第三通信线缆，9为接线端子，10为信号调理电路，11为低通滤波器，12为信号采样电路，13为模数A/D转换电路，14为通信模块，15为上位机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

参见图1，本实用新型包括瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块、瞬态加速度特征量测量模块、信号调理与采集模块、通信模块14以及上位机15；其中瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块通过通信模块14和上位机15相连。

其中，瞬态油流特征量测量模块由外捆式超声波流量计1、流量计变送器2以及第一通信线缆3组成，变压器油枕连接管上安装瓦斯继电器，外捆式超声波流量计1安装在变压器油枕连接管上瓦斯继电器前方100mm～300mm处。外捆式超声波流量计1与流量计变送器2相连，流量计变送器2与第一通信线缆3一端相连，第一通信线缆3另一端和信号调理与采集模块相连。利用外捆式超声波流量计1实时高速测量变压器油枕连接管内部瞬态油流变化特征，利用流量计变送器2和第一通信线缆3输出与之相对应的模拟电压/电流信号。为确保对变压器油流的准确、实时获取，外捆式超声波流量计1的测量频率需达到100Hz以上，测量误差需小于1％，工作温度需达到-30～80℃，流速量程需达到-20～20m/s。

本实用新型中外捆式超声波流量计，也称外捆式超声波流量计。

瞬态油压特征量测量模块由若干个高频动态压力传感器4以及第二通信线缆5组成。若干高频动态压力传感器4通过第二通信线缆5和信号调理与采集模块相连；若干高频动态压力传感器4安装在变压器本体上，若干高频动态压力传感器4端部探头需直接与变压器绝缘油相接触，以测量变压器不同位置的内部油压变化特征，并利用第二通信线缆5输出模拟电压/电流信号。

瞬态加速度特征量测量模块由若干个加速度传感器6、变送器7以及第三通信线缆8组成。加速度传感器6强磁吸附在变压器本体外壁上，加速度传感器6与变送器7相连，变送器7与第三通信线缆8一端相连，第三通信线缆8另一端和信号调理与采集模块相连。利用加速度传感器6实时高速测量变压器本体瞬态加速度变化特征，利用变送器7和第三通信线缆8输出与之相对应的模拟电压/电流信号。加速度传感器6的测量频率需达到10kHz以上，测量误差需小于1％，工作温度需达到-40～80℃，加速度量程需达到-1000～1000g。

信号调理与采集模块由接线端子9、信号调理电路10、低通滤波器11、信号采样电路12以及模数A/D转换电路13组成。接线端子9与信号调理电路10相连，信号调理电路10相连与低通滤波器11相连，低通滤波器11与信号采样电路12相连，信号采样电路12与模数A/D转换电路13相连，接线端子9还与第一通信线缆3、第二通信线缆5以及第三通信线缆8相连。信号调理与采集模块用于接收瞬态油流特征量测量模块输出的模拟电压/电流信号、瞬态油压特征量测量模块输出的模拟电压/电流信号以及瞬态加速度特征量测量模块输出的加速度的信号，并将其转换为标准数字信号，再输出标准数字信号。

通信模块14包括接口模块与通信链路，接口模块与通信链路相连；接口模块与模数A/D转换电路13相连，通信链路与上位机15相连。

信号调理与采集模块通过通信模块14将信号调理与采集模块输出的标准数字信号传输到上位机15进行存储。

本实用新型通过瞬态油压特征量测量模块测量变压器不同位置的内部油压变化特征，瞬态油压特征量测量模块独立于电力网络，油压特征的测量和信号传输所受干扰较小，亦不向电力系统注入谐波。本实用新型具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。

进一步的，本实用新型中采用测量频率为20kHz，测量误差小于1％，工作温度为-45～120℃，量程为-0.1～6MPa的高频动态压力传感器，高频动态压力传感器无论从精度还是使用范围都能满足电力变压器内部高温、油污、强电磁环境要求。

本实用新型通过外捆式超声波流量计在不破坏变压器现有结构完整性的前提下实现对油枕连接管内部油流进行实时测量。瞬态油流特征量测量模块独立于电力网络，油流特征的测量和信号传输所受干扰较小，亦不向电力系统注入谐波。进一步的，本实用新型采用测量频率为100Hz以上，测量误差小于1％，工作温度为-30～80℃，流速量程为-20～20m/s的外捆式超声波流量计，外捆式超声波流量计无论从精度还是使用范围都能满足电力变压器内部高温、油污、强电磁环境要求。

本实用新型通过瞬态加速度特征量测量模块不破坏变压器本体结构完整性的前提下实现对本体加速度的实时测量；本实用新型涉及的在线采集装置独立于电力网络，加速度特征的测量和信号传输所受干扰较小，亦不向电力系统注入谐波。本实用新型具有构成简单、易于实现、可靠高效等优点。进一步的，本实用新型通过采用测量频率为10kHz以上，测量误差小于1％，工作温度为-40～80℃，加速度量程为-1000～1000g的加速度传感器进行测量，高频动态加速度传感器无论从精度还是使用范围加速度传感器都能满足电力变压器本体高温、强电磁环境要求。

本实用新型的应用对于变压器运行人员实时、准确、可靠获取变压器各非电量特征瞬态信息、评估变压器安全运行状态具有重要的工程实用意义。本实用新型装置能够长期可靠运行，不受强电磁、油污环境影响，具有响应速率快、测量频率高的优点，运行过程中不向电力系统注入谐波，不影响变电站内一次、二次设备的正常运行。在国内、外未见相关研究、报道及产品。

以SFSZ8-40000/110三相三绕组变压器为测试平台进行现场试验，说明本实用新型效果，该型变压器主要几何结构及铭牌参数如表1所示。如图2所示，当该变压器正常运行时(t＜0ms)，变压器箱体并未出现明显振动。当变压器在t＝0ms时刻突发内部弱放电故障，由于故障能量的注入，变压器本体将受到冲击而发生振动，本实用新型装置迅速感知并测量瞬时油箱振动的变化特征。t＝17.17ms时，本实用新型装置测量得到瞬时油箱振动加速度峰值为17.79g。

表1 SFSZ8-40000/110型变压器主要几何结构及铭牌参数

如图3所示，当该变压器正常运行时(t＜0ms)，变压器油箱内部油压并未出现显著变化。当变压器在t＝0ms时刻突发内部电弧故障，由于故障能量的注入，变压器内部各测点油压将迅速升高，本实用新型装置迅速感知并测量瞬时油压的变化特征。t＝64.5ms时，本实用新型装置测量得到瞬时油压峰值为192.84kPa。

如图4所示，当该变压器正常运行时(t＜0ms)，变压器油枕连接管内部油流并未出现显著变化。当变压器在t＝0ms时刻突发内部电弧故障，由于故障能量的注入，故障气体产生导致油枕连接管内部绝缘油发生定向流动，本实用新型装置迅速感知并测量瞬时油流流速的变化特征。t＝101.7ms时，本实用新型装置测量得到瞬时流速峰值为1.37m/s。

现场测试结果表明：本实用新型装置，能够在极短时间内感知并获取油浸式电力变压器油枕连接管内部油流突变特征、变压器箱体加速度突变特征以及变压器内部油压变化特征，具有响应速率快、测量频率高的优点，通过本实用新型获得的变压器本体瞬态加速度、内部油压及油流信息可以评估变压器安全运行状态。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，包括瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块、瞬态加速度特征量测量模块、信号调理与采集模块、通信模块(14)以及上位机(15)；其中，瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均和信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块通过通信模块(14)与上位机(15)相连；瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块均设置在变压器上。

2.根据权利要求1所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，瞬态油流特征量测量模块包括外捆式超声波流量计(1)、流量计变送器(2)以及第一通信线缆(3)，变压器油枕连接管上安装瓦斯继电器，外捆式超声波流量计(1)安装在变压器油枕连接管上瓦斯继电器前方100mm～300mm处；外捆式超声波流量计(1)与流量计变送器(2)相连，流量计变送器(2)通过第一通信线缆(3)和信号调理与采集模块相连。

3.根据权利要求2所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，外捆式超声波流量计(1)的测量频率为100Hz以上，测量误差小于1％，工作温度为-30～80℃，流速量程为-20～20m/s。

4.根据权利要求1所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，瞬态油压特征量测量模块包括若干个高频动态压力传感器(4)以及第二通信线缆(5)；高频动态压力传感器(4)安装在变压器本体上，每个高频动态压力传感器(4)端部探头与变压器绝缘油相接触，若干高频动态压力传感器(4)通过第二通信线缆(5)和信号调理与采集模块相连。

5.根据权利要求1所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，高频动态压力传感器(4)的测量频率为20kHz，测量误差小于1％，工作温度为-45～120℃，量程为-0.1～6MPa。

6.根据权利要求1所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，瞬态加速度特征量测量模块包括若干个加速度传感器(6)、变送器(7)以及第三通信线缆(8)；加速度传感器(6)吸附在变压器本体外壁上，加速度传感器(6)与变送器(7)相连，变送器(7)通过第三通信线缆(8)和信号调理与采集模块相连。

7.根据权利要求6所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，加速度传感器(6)的测量频率为10kHz以上，测量误差小于1％，工作温度为-40～80℃，加速度量程为-1000～1000g。

8.根据权利要求1所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，信号调理与采集模块包括接线端子(9)、信号调理电路(10)、低通滤波器(11)、信号采样电路(12)以及模数A/D转换电路(13)；接线端子(9)与信号调理电路(10)相连，信号调理电路(10)与低通滤波器(11)相连，低通滤波器(11)与信号采样电路(12)相连，信号采样电路(12)与模数A/D转换电路(13)相连，模数A/D转换电路(13)与通信模块(14)相连；接线端子(9)还与瞬态油压特征量测量模块、瞬态油流特征量测量模块以及瞬态加速度特征量测量模块相连。

9.根据权利要求8所述的一种变压器非电量多时空综合信息同步测量采集装置，其特征在于，通信模块(14)包括接口模块与通信链路，接口模块与通信链路相连；接口模块与模数A/D转换电路(13)相连，通信链路与上位机(15)相连。