CN212207527U - 基于多源信息融合的变压器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于多源信息融合的变压器在线监测装置，该装置用于变压器运行状态和周围环境的实时监测。本装置包括电源模块、信号检测模块、信号处理模块、通信模块、报警模块，综合变压器工作电流、工作电压、绕温、油温、振动信号、超声信号以及变压器工作过环境的温湿度信号对变压器的运行状态进行分析判断，并对故障类型和故障位置进行初步分析，本装置的安装、运行不会对变压器本身造成破坏，且装置可根据变压器种类、大小灵活配置传感器的种类和数量，同时通过监测变压器周围环境参数提高了装置的抗干扰性。本实用新型精度高、可靠性好、使用简便，能大规模应用于变压器运行状态监测，具有良好的应用价值。

Description

基于多源信息融合的变压器在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及变压器监测领域，特别涉及一种基于多源信息融合的变压器在线监测装置。

背景技术

电力变压器是电力系统的核心，是电力输配电、电力用户配电的必要设备，其运行可靠性决定了电力系统的工作稳定性。根据的工作性质，变压器一般具有很强的防护性能，但随着时间的推移、自身内部缺陷、环境突变等因素，变压器会出现局部放电、异常振动等不稳定现象，由于变压器故障通常从变压器内部开始，而变压器检查维护多数为人工巡检，难以及时发现故障且不易对故障具体位置和类型进行判断，进而造成绝缘击穿、变压器位移等故障，从而产生大范围停电事故。因此，对运行中的电力变压器进行局部放电、异常振动、温湿度等实时在线监测和诊断十分必要。在线监测主要是利用相关传感器实现对变压器的实时监测，监测对象主要包括局部放电、振动、温湿度、电压、电流，可将监测数据单独使用也可综合分析，同时可通过计算机对故障状态进行评估并对维修提供数据支撑。

现阶段，市面上采用的监测设备包括两类：第一类装置监测功能单一，普遍只能单独进行变压器局部放电、变压器油位、油温的监测，该类监测装置功能单一、集成度不高，第二类装置监测功能齐全，但价格较高，同时需要拆解变压器，将传感器安装在变压器内部，该类装置安装复杂且容易给变压器的运行带来不稳定因素，故当前监测装置还有进一步改进的空间。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种结构简单、安装简便、精度较高、可实时掌握变压器运行状况的在线监测装置，该装置包括电源模块、信号检测模块、信号处理模块、通信模块，可应用于变压器电压、电流、局部放电、异常振动、温湿度、绕组热点温度等信号的监测，并将采集数据上传至后台进行状态分析、数据储存，可实现变压器的全景监测和状态评估。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种基于多源信息融合的变压器在线监测装置，包括电源模块、信号检测模块、信号处理模块、通信模块、报警模块；

所述多源信息包括变压器运行状态信息和变压器工作环境信息，其中变压器运行状态信息又包含局部放电产生的超声信号，异常放电、结构松动产生的振动信号，变压器油包、壳体的温度信号，变压器工作电流、电压信号等，变压器工作环境信息包含环境低频噪声信号和环境实时温湿度等。

优选的，所述电源模块为50Hz交流市电及分布式电源管理模块；

所述50Hz交流市电为主机提供220V供电电源，分布式电源管理模块包括降压整流电路和电源总线，用于主机向传感器供电；

所述主机包括嵌入式微控制器及相应辅助电路和通信、报警等功能模块；

所述传感器包括传感器芯片、嵌入式微控制器、辅助电路和通信、报警等功能模块；

所述传感器模块和主机模块均有防水、防爆、绝缘设计，提高装置运行可靠性。

优选的，所述信号检测模块至少包括电压、电流传感器、温湿度传感模块、超声传感器、振动传感器、绕组温度计；

所述电压、电流传感器配合不同变比的电压、电流互感器后可监测不同电压等级的三相电压、电流信号；

所述温湿度传感器包括红外温度传感器和普通温湿度传感器，其中红外温度传感器用于监测变压器箱体温度，进而计算变压器油温、绕温，普通温湿度传感器用于监测变压器周围环境温湿度，通过采集变压器油温、绕温及变压器与环境的温度差评估变压器运行状态；

所述超声传感器模块包括至少六个超声传感器，超声传感器位置分别选在对应变压器三相绕组的正面和背面，同时在附近安装声波传感器用以滤除变压器周围低频噪声信号；

所述振动传感器包括至少两个，可实现变压器的振动频率、振幅、位移监测，进而对振动类型及原因进行分析判断。

优选的，所述信号处理模块包括传感器边缘处理和主机集中处理；

所述传感器边缘处理为各传感器就地处理该传感器采集到的数据，并向主机发送数据包，其中超声传感器和振动传感器使用FFT变换，获取采集信息的频段信息，其中超声传感器主要截取50KHz-300KHz的超声局放信号，振动传感器主要截取基频和其谐频的振动信号信息，主机集中处理用于综合处理、分析各传感器上传的数据包。

优选的，所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；

所述有线通信模块包括电源总线模块和通信模块，电源总线模块用于主机和传感器之间的一对多通信，确保传感器数据实时上传，通信模块主要用于现场数据读取、装置通信，拓展装置兼容性；

所述无线通信模块为LORA通信模块，用于手持终端实时监测与上位机通信；

所述上位机为监控站自带终端，可完成监测数据的图表绘制、变压器状态评估、故障类型分类、变压器维护指导、信息推送。

优选的，所述报警模块包括LED显示模块和蜂鸣器提示模块，LED显示模块用于传感器运行状态显示及报警显示，蜂鸣器模块用于变压器评估状态报警。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

本实用新型应用于变压器的实时在线监测，应用中可以根据需求适当增减传感器种类及数量完成各类变压器的实时监测，较现有变压器监测设备而言，本实用新型能监测的变压器状态量更多，包括电流、电压、超声局放、异常振动、温湿度、绕组热点温度等，同时监测温湿度、低频声波等环境信息，实现干扰滤除，可实现变压器状态信息的远程监控并完成变压器状态的评估预警、报警及信息上传、储存，不再需要人工巡检。

本实用新型的监测精度高、兼容性强、功能齐全、可靠性好，可提高变压器运行稳定性、降低人工作业强度、节省人力、维护成本，装置的安装运行对变压器结构，性能无影响，有很好的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型中一种基于多源信息的配电变压器在线监测装置的结构示意图

图2为本实用新型在线监测装置的工作流程图

图中标记：1-温湿度传感器，2-红外温度计，3-超声传感器，4-振动传感器，5-终端，6-配电变压器本体，7-电源总线，8-蜂鸣器，9-LORA通信模块，10-主机，11-LED显示器，12-压力温度计，13-有线通信接口，14-后台设备；

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述，但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

如图1所示，所述监测装置包括电源模块、信号检测模块、信号处理模块、通信模块、报警模块。

所述变压器主要针对电力变压器，将传感器类型、数量及处理算法进行一定调整后也可适用于部分特殊变压器。

所述电源模块包括220V交流市电电源和分布式电源管理模块。

所述分布式电源管理模块包括降压整流电路和电源总线，用于装置内部各器件、传感器供电；所述信号检测模块至少包括电压、电流传感器、温湿度传感模块、超声传感器、振动传感器、绕组温度计；

所述电压、电流传感器采用嵌入式微控制器的AD模块，用于监测变压器三相电压、电流；所述温湿度传感模块包括红外温度传感器和集成式温湿度传感器，分别用于监测变压器油温、绕温以及环境的温湿度；

所述超声传感器用于采集并处理配电变压器产生的局放超声数据，并将所述数据发送到主机。在每个配电变压器本体正面和背面设置至少六个超声传感器，每个超声传感器位置均选在正对变压器三相绕组的变压器箱体附近，配合声波传感器滤除低频干扰，监测有无50KHz-300KHz频段的超声局放信号并判断其能量值。

所述振动传感器用于采集并处理配电变压器产生的振动数据，并将所述数据发送到主机。在每个配电变压器本体(6)设置至少两个振动传感器，每个振动传感器位置选在对应变压器正面中心及顶面中部，用于监测变压器异常振动，主要采集50Hz、100Hz、150Hz、200Hz等基波和谐波振动信号，并分析振动信号的位移、方向。

所述主机包括嵌入式微控制器及相应辅助电路和无线模块、电源总线模块、LED显示器、蜂鸣器等通信、报警功能模块；

所述传感器包括相应传感器芯片、嵌入式微控制器、辅助电路和通信、报警等功能模块。所述信号处理模块包括传感器边缘处理和主机集中处理，传感器边缘处理为各传感器就地处理该传感器采集到的数据，并向主机发送数据包，其中超声传感器和振动传感器使用FFT变换，获取采集信息的频段信息，其中超声传感器主要截取50KHz-300KHz的超声局放信号，振动传感器主要截取基频和其谐频的振动信号信息，主机集中处理用于综合处理、分析各传感器上传的数据包。

所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括电源总线模块和通信模块，电源总线模块用于主机和传感器之间的一对多通信，确保传感器数据实时上传，通信模块包括两组通信接口，主要用于现场数据读取、装置通信，拓展装置兼容性，无线通信模块为LORA通信模块，用于手持终端实时监测与后台通信，实现变压器状态的远程监测和在线评估。

所述报警模块包括LED显示模块和蜂鸣器提示模块，LED显示模块用于传感器运行状态显示和报警显示，蜂鸣器模块用于变压器评估状态报警；

所述变压器状态评估为系统根据传感器采集到的超声波信号、振动信号、温湿度信号、电流、电压信号数据对变压器状态进行综合分析，对变压器当前运行状态进行分级预警、报警。上述变压器在线检测装置的变压器状态监测步骤如下：

第一步：按照附图1所绘位置安装设备；

第二步：信号监测模块实时采集变压器的各类状态参数，温湿度传感器、声波传感器实时监测变压器周围环境的温湿度、声波信息；

第三步：信号处理模块根据信号检测模块采集的数据进行数据分析处理，传感器对采集数据进行FFT等初步处理，并形成数据包发送至主机，主机再根据自己采集到的数据和传感器上传的数据进行综合分析处理，进行局部放电产生位置、变压器振动振幅、方向、频率、变压器电流电压等状态的判断；

第四步：将传感器采集到的数据、主机处理后的信息发送至手持终端和后台，实现变压器状态的在线监测和状态预、报警；

第五步：后台对采集数据进行综合分析、图表绘制、信息储存，对变压器运行状态进行评估并提供维护、检修建议。

Claims (10)

1.一种基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，该装置应用于变压器在线监测，所述多源信息包括变压器运行状态信息和变压器工作环境信息，其中变压器运行状态信息又包含局部放电产生的超声信号，异常放电、结构松动产生的振动信号，变压器油包、壳体的温度信号，变压器的工作电流、电压信号，变压器工作环境信息包含环境低频噪声信号和环境实时温湿度信息，所述监测装置包括电源模块、信号检测模块、信号处理模块、通信模块、报警模块；

所述电源模块为50Hz交流市电及分布式电源管理模块；

所述信号检测模块包括五类传感器，用于检测变压器电流、电压，温湿度，局部放电，振动信号；

所述信号处理模块包括传感器边缘计算模块和主机集中处理模块；

所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块，用于将数据信息以一定通信方式发送至云平台和手持终端；

所述报警模块包括声光报警模块，用于传感器与系统状态报警。

2.如权利要求1所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述分布式电源管理模块采用电源总线控制，由主机向各传感器稳定供电，简化装置的供电线缆排布；

所述主机包括嵌入式微控制器及相应辅助电路和通信、报警模块；

所述传感器包括传感器芯片、嵌入式微控制器、辅助电路和通信、报警模块；

所述电源总线可同时满足供电和通信功能。

3.如权利要求1所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述信号检测模块包括电流检测模块、电压检测模块、温湿度传感模块、声波检测模块、振动传感器；

所述电流、电压检测模块，包括互感器和嵌入式处理器AD模块，用于变压器工作电流、工作电压实时监测；

所述温湿度传感模块包括红外温度传感器、集成式温湿度传感器和压力温度计，用于检测变压器油温、绕温以及外环境温湿度；

所述声波检测模块，包括声波传感器和超声波传感器，分别用于检测变压器外环境噪声和异常放电产生的超声信号；

所述振动传感器用于检测变压器异常振动。

4.如权利要求1所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括传感器边缘计算处理和主机集中处理；

所述传感器边缘计算处理为传感器模块将自身采集到的数据进行AD变换、滤波放大、FFT操作；

所述主机集中处理为处理器主机将来自各传感器的数据分类，综合分析处理，滤除环境干扰，绘制图表。

5.如权利要求1所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块；

所述有线通信模块包括电源总线模块和RS485通信模块；

所述无线通信模块为LORA通信模块，用于手持终端实时监测以及后台通信。

6.如权利要求3所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述电流、电压检测模块用于实时监测变压器三相电流、电压；

所述红外温度传感器用于检测变压器箱体温度；

所述集成式温湿度传感器用于变压器周围环境温湿度监测；

所述压力温度计用于监测变压器温包温度，从而间接监测绕组温度。

7.如权利要求3所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述声波检测模块包含六个超声波传感器，位于变压器三相绕组附近，监测变压器三相的超声波信号，实现局部放电信号的可信度分析，同时可实现局部放电位置的初步判断。

8.如权利要求3所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述振动传感器分为两个，分别监测变压器正面和顶面的振动信号可实现变压器绕组故障判断。

9.如权利要求5所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述电源总线用于处理器主机与传感器之间供电和通信，实现装置通信、供电综合管理。

10.如权利要求1～9任意一项所述基于多源信息融合的变压器在线监测装置，其特征在于，所述传感器模块和主机模块采用防水、防爆、绝缘设计，且安装时不需要在变压器表面钻孔。

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