CN212648049U - 用于变压器的一体化检测装置及变压器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种用于变压器的一体化检测装置及变压器，检测装置安装于变压器的闸阀上，所述检测装置包括：传感器模块、贯通器和信号处理模块；贯通器穿入闸阀的阀体，位于阀体内部的一端连接传感器模块并与之一起伸入到变压器油箱内部，位于阀体外部的一端连接信号处理模块；传感器模块与信号处理模块电连接；传感器模块包括集成为一体的若干用于测量变压器内部不同参数的传感器；信号处理模块用于将传感器模块输出的信号进行处理，并将处理结果进行显示。本公开的一体化检测装置同时采集压力、温度、氢气、水分、局放信息量，实时进行监控，降低了变压器设计及安装成本，增加了系统可靠性，实现了对变压器本体的实时在线监测。
Description
技术领域
本公开涉及变压器检测技术领域，具体涉及一种用于变压器的一体化检测装置，以及一种变压器。
背景技术
在电力系统中，变压器作为联系不同电压等级网络的不可缺少的重要设备，广泛存在于各级电网中，在电力系统中起着举足轻重的作用。随着电力系统的发展，电网的容量、电压等级不断提高，大型高压变压器作为电能传送的枢纽，尤其在超高压、远距离输电过程中其重要性不言而喻，它的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。而变压器内部结构复杂，运行环境、电场及热场等诸多因素的不稳定、不均衡，都可能会造成变压器的运行故障甚至用电事故，因此，在变压器的运行过程中，需要对其运行时内部的各种参数进行实时监测。
目前，对于变压器设备的在线监测方案主要是将传感器在线测量装置置于变压器本体油箱中，从而在线监测油度、气体种类及含量、油位及局放等相关参量来监测变压器的运行情况；但这样的在线监测方案会增加变压器油箱设计改造的成本及时间，且存在检测不全面，安装困难，密封性无法保证等一系列问题，增加了变压器成本，并影响其安全性能。
实用新型内容
为了至少部分解决现有技术中存在的上述技术问题而完成了本公开。
解决本公开技术问题所采用的技术方案是：
本公开提供一种用于变压器的一体化检测装置，其特征在于，所述检测装置安装于变压器的闸阀上，所述检测装置包括：传感器模块、贯通器和信号处理模块；
所述贯通器穿入变压器闸阀的阀体，其位于所述阀体内部的一端连接传感器模块并与之一起伸入到变压器油箱内部，其位于所述阀体外部的一端连接信号处理模块；所述传感器模块与信号处理模块电连接；所述传感器模块包括集成为一体的若干用于测量变压器内部不同参数的传感器；所述信号处理模块用于将传感器模块输出的信号进行处理，并将处理的结果进行显示。
进一步的，所述贯通器与所述变压器闸阀的阀体可拆卸的连接。
进一步的，所述传感器模块至少包含压力传感器、温度传感器、氢气传感器、水分传感器和局放传感器中的任意两种。
进一步的，所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器，其量程为50kPa～200kPa；
所述温度传感器采用荧光体光纤温度传感器，其量程为 -50℃-150℃；
所述氢气传感器能够进行自身温度补偿，其量程为 25-5000ppm；
所述水分传感器为应用聚酰亚胺薄膜电容式湿敏元件进行变压器油中微水含量在线监测的水分传感器，其量程为0～100％RH；
所述局放传感器为内置特高频传感器，其量程为50pC～ 10000pC。
进一步的，所述信号处理模块包括变送器；
所述变送器包括多个，分别与传感器模块中的各个传感器电连接，用于将对应的传感器输出的各自量程范围内的信号转换为 4-20mA标准电流信号。
进一步的，所述检测装置还包括通信模块；
所述通信模块与变送器电连接，用于将变送器输出的4-20mA 标准电流信号上传至远程控制室。
进一步的，所述检测装置还包括通信模块，所述信号处理模块包括模数转换器；
所述模数转换器用于将传感器的信号进行模数转换处理；
所述通信模块与模数转换器电连接，用于将模数转换器输出的经过模数转换后的电信号通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台。
进一步的，所述检测装置还包括控制模块；
所述控制模块包含继电器，所述继电器与信号处理模块电连接，用于接收信号处理模块输出的经过模数转换后的电信号，并在所述电信号的值达到预设阈值时输出相应的开关量信号至变压器对应开关。
进一步的，所述控制模块还包括报警器；所述报警器与所述继电器电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行报警。
再一方面，本公开还提供一种变压器，包括变压器主体及如上所述的一体化智能检测装置。
有益效果：
本公开所述的用于变压器的一体化智能检测装置及变压器，将现有的多种检测变压器内部参数的传感器在结构上做优化集成，并将其集成后的综合传感器加装于变压器的闸阀上，并将闸阀安装于变压器的各个部位，实现对变压器本体各部位的实时在线监测。同时采集的压力、温度、氢气、水分、局放信息量通过数据处理模块进行信号调理和数据处理后，由通信模块通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台，不仅降低了变压器设计及安装成本而且增加了系统可靠性，并集合了LORA组网、低功耗、低速率的优势等优点，实现了对变压器本体的实时在线监测，为变压器诊断及检修方案提供可靠的依据。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种用于变压器的一体化智能检测装置的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一体化智能检测装置安装于变压器的闸阀处的结构示意图；
图中：1-一体化智能检测装置；2-变压器；3-变压器闸阀；4- 放油阀；5-转接法兰；11-传感器模块；12-贯通器；13-信号处理模块；14-通信模块；15-控制模块。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和实施例对本公开作进一步详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
以下，对本公开中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：
LoRa远距离无线电(Long Range Radio)，在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一。MQTT(消息队列遥测传输)是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922) 下基于发布/订阅范式的消息协议，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。
目前，大部分变压器的变压器线圈之间充满了变压器油，以起到增加绝缘强度，散热冷却和灭弧的作用，并且能够保护铁芯和线圈，以及延缓氧化。由于变压器的内部结构复杂，运行环境、电场及热场等诸多因素不稳定、不平衡会导致变压器损坏，而变压器的损坏会导致电力系统故障，所以通过在线监测油度、气体种类及含量、油位及局放等相关参量来监测变压器的运行情况十分重要，但现有技术将多个传感器在线测量装置置于变压器本体油箱中，不仅增加变压器油箱设计改造的成本及时间，且存在检测不全面，安装困难，密封性无法保证。
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本公开提供了一种用于变压器的一体化智能检测装置。
如图1所示，本公开提供一种用于变压器的一体化智能检测装置，所述检测装置安装于变压器的闸阀上，所述检测装置包括：传感器模块11、贯通器12和信号处理模块13。
其中，所述贯通器12穿入变压器闸阀的阀体，其位于所述阀体内部的一端连接有传感器模块11并与之一起伸入到变压器油箱内部，其位于阀体外部的一端连接信号处理模块13；所述传感器模块11与信号处理模块13电连接；所述传感器模块11包括集成为一体的若干用于测量变压器内部不同参数的传感器；所述信号处理模块13用于将传感器模块11输出的信号进行处理，并将处理的结果进行显示。
变压器的闸阀是一种工作压力不大于0.3MPa、公称压力为 PN6、公称尺寸为DN25-DN400、工作温度为-29℃至120℃、工作介质为矿物油、硅油、脂液的变压器油箱放油用闸阀。
本实施例在传统变压器上的一些闸阀出厂前加装集成一体式的智能检测装置。采用优化结构，将检测装置的传感器模块11伸入到变压器油箱内，贯通器的内部具有连接传感器模块11和信号处理模块13的信号线，传感器模块11的各个传感器，通过集成电路的方式一体化集成到传感器模块11，各个传感器采集的信号通过信号线传输到信号处理模块13，由信号处理模块13进行模数转换、变送等处理，再显示器进行显示。
除传感器本身外，一体化的组件不使用抽油泵、软管、电池、阀、薄膜或其它可能发生故障或导致电力中断的易磨损零件。该传感器模块11可直接置于变压器各种闸阀内，在线实时测量，探头的最大耐受压力可达20bar，能够耐受宽幅度温度变化、震动和恶劣室外环境。所有电气连接均设计为电气隔离，并可耐受短时间的断电。
图2为本公开实施例提供的一体化智能检测装置安装于变压器的闸阀处的结构示意图，如图2所示，变压器2的主体上安装有变压器闸阀3，变压器闸阀3包括阀体31，转接法兰32，放油阀33，一体化智能检测装置1安装于变压器闸阀3上，具有传感器模块11的一端伸入阀体31内部，具有信号处理模块13的一端伸出阀体的外部。
本实施例的一体化智能检测装置通过对传统变压器用闸阀的改造，通过变压器闸阀实现对变压器本体压力、温度、氢气、水分及局放等各参数的在线监测，及时地掌握变压器内的真实状况，尽早地发现变压器存在的故障隐患，并能根据需要决定是否进行检修以及其他处理，以防止发生重大事故损坏。
进一步的，所述贯通器12与所述变压器闸阀3的阀体31可拆卸的连接。
贯通器12为多级中空的杆状结构，能够贯通变压器闸阀3，并与变压器闸阀3通过螺纹连接，且两者的接触位置处具有密封件以实现密封，贯通器12与信号处理模块13连接的一端可伸出闸阀31外，方便连接信号处理模块13。在不改变变压器主设备结构及运行的条件下，对变压器主设备实施在线监测。
进一步的，所述传感器模块11至少包含压力传感器、温度传感器、氢气传感器、水分传感器、局放传感器中的任意两种。
所述传感器模块11可以包括全部的压力、温度、氢气、水分、局放传感器，也可以只包括其中的几种，根据实际需要确定。
进一步的，所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器，其量程为50kPa～200kPa；
所述温度传感器采用荧光体光纤温度传感器，其量程为-50℃ -150℃；
所述氢气传感器能够进行自身温度补偿，其量程为 25-5000ppm；
所述水分传感器为应用聚酰亚胺薄膜电容式湿敏元件进行变压器油中微水含量在线监测的水分传感器，其量程为0～100％RH；
所述局放传感器为内置特高频传感器，其量程为50pC～ 10000pC。
本实施例将目前已成熟的硅压阻式压力传感器、荧光体光纤温度传感器、氢气测量传感器、电容式水分传感器、特高频局放传感器在结构上做优化集成，优化成传感器模块11。
所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器；由于传感器需将筒内的绝对压力进行数字量输出，与大气压的差压进行模拟量输出，所以传感器通过测量筒内的绝对压力及筒外的大气压力来实现。筒内绝对压力压敏芯体测量量程为80～150kPa，筒外大气压力压敏芯体测量量程为80～120kPa。均采用扩散硅压阻式原理的压敏芯体，其具有灵敏度高、体积小、响应速度快、稳定性好等特点，保证产品的稳定性和可靠性。
根据欧姆定律和压阻效应，长为L、截面积为A、电阻率为ρ的条形材料受轴向应力后的电阻变化率为：
E为材料的弹性模量，μ为材料的泊松比，ε为应变， K＝πE+1+2μ，是应变ε引起电阻变化的灵敏度系数。在敏感膜片上制作四个电阻以组成力敏全桥，给全桥一定的电压或电流激励，可以将弹性材料受压力产生的应变转换为与压力成近似线性关系的差模电压输出。
荧光体光纤温度传感器：
荧光式温度传感是利用磷化物的荧光辐射的温度特性设计的：安置在光纤一端的微量稀土磷化合物，在受紫外脉冲光照射后激励发荧光，荧光余辉时长会随温度变化而变化，成为温度的函数，从而计算出被测温度。传感器件测温范围-50℃～+150℃，精度可达±0.5℃/±1.0℃，采样频率为25Hz；输出接口RS-422。
氢气测量传感器：
氢气传感器具备以下特点：
1)无油气分离膜：采用专有技术，氢气传感器芯片可直接置于变压器油中，无需采用油气分离膜，提高装置运行可靠性。
2)无氢气消耗：基于薄膜技术的氢气传感器检测氢气的过程中无需消耗氢气。
3)氢气选择性：该产品是一款出色的在线监测装置，具有对氢气的绝对选择性，CO、C2H2和C2H4等气体的交叉敏感影响＜ 2％，可以通过监测变压器油中氢气浓度的变化而准确反应出变压器的运行状况。
4)温度控制：该产品采用了专有技术，即使在环境温度或油温波动变化的情况下，确保了装置H2显示读数的稳定与可靠。
氢气传感器工作中，氢气浓度是被测物理量而环境温度为干扰物理量，为得到较好的氢气传感器输出特性，必须减小环境温度对传感器工作特性的影响。因此，在传感器芯片表面设计有铂薄膜加热电阻和铂薄膜测温电阻，实现芯片自身温度补偿，消除外界环境温度对氢气传感器氢敏特性的干扰。
水分传感器：
水分传感器为电容式水分传感器，变压器油中的微水含量是一个非常重要的指标。油中微水含量对油的绝缘性能有很大的影响。水分不仅能降低绝缘系统的击穿电压和增加介质损耗，而且它还将直接参与油纸纤维等高分子材料的化学降解反应，促使这些材料降解老化，从而加速绝缘系统各项性能的劣化；当油中微水含量超过一定阈值时，设备的绝缘性能将大大降低，严重时可导致绝缘击穿、烧毁设备等重大事故。所以在实际电力生产中都对油中的微水含量作了严格的规定与要求，根据国家标准GB/T 7595-2000，目前我国对变压器油中微水含量检测的质量标准规定见表一。
表一、变压器油中微水含量质量标准
| 电压等级(kV) | 投运前(mg/L) | 投运后(mg/L) |
| 330-500 | ≤10 | ≤15 |
| 220 | ≤15 | ≤25 |
| ≤110及以下 | ≤20 | ≤35 |
目前检测变压器油中微水含量的主方法“在线抽样，离线测量”的方式。这些离线检测方法都需要定期取定量的油样，分析费时，而且在采集、运输油样中可能造成油中微水含量的变化，从而造成测量结果与实际状态不一致。变压器油中微量水分的检测属于湿度中的低湿段测量，因而要求传感器在低湿段(0～30％RH)应具有良好的测量精度和灵敏度。高分子电容式水分传感器是目前环境湿度检测的主流，并且是唯一可以在0～100％RH 相对湿度范围内进行全程检测的传感器。而其它传感器在低湿段进行测量时，最低测湿范围一般都不能达到10％RH以下。即使达到10％以下，其精度也在5％RH以上并且伴有很大的参数漂移，没有工程实用价值。以高分子有机聚合物作为湿敏材料的电容式湿度传感器是当今可实用的性能优越的一类湿度传感器。此类传感器具有线性好，重复性好，滞后小，响应快，尺寸小，能在较大温度范围内使用等优点。
本实施例选择并应用聚酰亚胺薄膜电容式湿敏元件作为变压器油中微水含量在线监测的水分传感器。电容式微水传感器专门为高端测量应用和极端环境开发，使其成为油品应用的最佳选择。该传感器可测量0％～100％的相对湿度(最大露点为+95℃)，电容为300pF±40pF(在30％RH和+23℃时)，工作温度范围为 -40℃-+190℃。同时，它还具备良好的耐化学性、非常低的漂移、宽广的温度范围以及高湿度稳定性，适合用于极端环境。
特高频传感器：
变压器局放在线监测系统由内置特高频传感器(UHF)、现场监测单元、中央控制单元、高频电缆、机械附件以及局放分析软件组成。系统采用特高频法实现局部放电检测，对各监测点的局部放电信号进行采样，抗干扰能力强，检测灵敏度高，实时性好且能准确进行故障定位。适用于对运行中的油浸式变压器、互感器等设备进行局部放电缺陷检测，产品设计合理，结构新颖，可靠性高，调试、维护方便。
系统对局放特征量进行分析，主要包含：最大放电量、放电相位、放电次数、平均放电量。
采用特高频检测技术，不受电晕干扰的影响，避开通讯信号的干扰。
UHF传感器直接固定在各种相应合适的闸阀上，采集变压器内部产生的高频信号，有效防止高频传感器处引入外界干扰信号。
表二 局放传感器参数
| 频率范围 | 500MHz～1500MHz |
| 感应度 | 10pC |
| 阻抗匹配 | 50Ω |
| 放大器增益 | ≥50dB |
| 动态范围 | -90dBm～+10dBm |
| 测量范围 | 50pC～10000pC |
| 安装方式 | 内装型 |
| 输出接头 | N型 |
通过该一体式压力、温度、氢气、水分、局放传感器加装于变压器闸阀3内，可借此在线监测变压器设备综合运行状态；采用无线数据传输方式，避免了在变电站中增加额外的信号电缆，不仅降低了安装成本而且增加了系统可靠性，并集合了LORA组网、低功耗、低速率的优势等优点于一身，从而实现了对变压器本体的实时在线监测，为变压器诊断及检修方案提供依据。
进一步的，所述信号处理模块13包括变送器；
所述变送器包括多个，分别与传感器模块11中的各个传感器电连接，用于将对应的传感器输出的各种量程范围内的信号转换为4-20mA标准电流信号。
按技术指标要求，变送器需对传感器的信号进行零点输出调整、信号放大、温度性能补偿以及模数转换等，最终得到RS422 输出的电信号及4～20mA电信号。
进一步的，所述检测装置还包括通信模块14；
所述通信模块14与变送器电连接，用于将变送器输出的 4-20mA标准电流信号上传至远程控制室。
或者，所述通信模块14与信号处理模块13的模数转换器电连接，用于将经过模数转换器模数转换后的电信号通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台。
或者，通信模块14将经过信号处理模块13的变送器和模数转换器后的信号传输至监控平台
传感器模块11负责采集变压器的压力、温度、氢气、水分、局放等物理量的模拟/数字信号，通过信号处理模块13进行信号调理和数据处理后，由通信模块14通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台。监控平台可以24小时不间断监测变压器油的实时数据，动态显示各监测点监测数据，自动形成报表，工作人员可通过APP 访问监控平台，实时查看相应数据。
本实施例扩大远程监测服务中心的被监测设备规模，充分挖掘和发挥远程监测诊断中心对变电站供电设备的优势和作用；开展集中在线监测云计算、大数据分析和风险评估；推动变电站主设备由计划检修向状态检修发展，在保证电网安全运行的情况下，节约运行维护成本。
进一步的，所述检测装置还包括控制模块15；
所述控制模块15包含继电器，所述继电器与信号处理模块 13电连接，用于接收信号处理模块输出的经过模数转换后的电信号，并在所述点信号的值达到预设阈值时输出相应的开关量信号至变压器对应开关。
进一步的，所述控制模块15还包括报警器；所述报警器与所述继电器电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行报警。
在控制模块15中通过设定变压器运行参数的阈值，在超过阈值时通过输出相应的开关量信号，打开报警器，提醒值班人员进行处理，防止变压器故障。
本实施例将现有的多种检测变压器内部参数的传感器在结构上做优化集成，并将其集成后的综合传感器加装于变压器的闸阀上，并将闸阀安装于变压器的各个部位，实现对变压器本体各部位的实时在线监测。同时采集的压力、温度、氢气、水分、局放信息量通过数据处理模块进行信号调理和数据处理后，由通信模块通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台，不仅降低了变压器设计及安装成本而且增加了系统可靠性，并集合了LORA组网、低功耗、低速率的优势等优点，实现了对变压器本体的实时在线监测，为变压器诊断及检修方案提供可靠的依据。
另一方面，本公开实施例还提供一种变压器，包括变压器主体及如上所述的一体化智能检测装置，所述一体化智能检测装置用于检测变压器主体内部的运行参数。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于变压器的一体化检测装置，其特征在于，所述检测装置安装于变压器的闸阀上，所述检测装置包括：传感器模块、贯通器和信号处理模块；
所述贯通器穿入变压器闸阀的阀体，其位于所述阀体内部的一端连接传感器模块并与之一起伸入到变压器油箱内部，其位于所述阀体外部的一端连接信号处理模块；所述传感器模块与信号处理模块电连接；所述传感器模块包括集成为一体的若干用于测量变压器内部不同参数的传感器；所述信号处理模块用于将传感器模块输出的信号进行处理，并将处理的结果进行显示。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述贯通器与所述变压器闸阀的阀体可拆卸的连接。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述传感器模块至少包含压力传感器、温度传感器、氢气传感器、水分传感器和局放传感器中的任意两种。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，
所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器，其量程为50kPa～200kPa；
所述温度传感器采用荧光体光纤温度传感器，其量程为-50℃-150℃；
所述氢气传感器能够进行自身温度补偿，其量程为25-5000ppm；
所述水分传感器为应用聚酰亚胺薄膜电容式湿敏元件进行变压器油中微水含量在线监测的水分传感器，其量程为0～100％RH；
所述局放传感器为内置特高频传感器，其量程为50pC～10000pC。
5.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括变送器；
所述变送器包括多个，分别与传感器模块中的各个传感器电连接，用于将对应的传感器输出的各自量程范围内的信号转换为4-20mA标准电流信号。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括通信模块；
所述通信模块与变送器电连接，用于将变送器输出的4-20mA标准电流信号上传至远程控制室。
7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括通信模块，所述信号处理模块包括模数转换器；
所述模数转换器用于将传感器的信号进行模数转换处理；
所述通信模块与模数转换器电连接，用于将模数转换器输出的经过模数转换后的电信号通过MQTT协议通讯网络传输至监控平台。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括控制模块；
所述控制模块包含继电器，所述继电器与信号处理模块电连接，用于接收信号处理模块输出的经过模数转换后的电信号，并在所述电信号的值达到预设阈值时输出相应的开关量信号至变压器对应开关。
9.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述控制模块还包括报警器；所述报警器与所述继电器电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行报警。
10.一种变压器，其特征在于，包括变压器主体及如权利要求1-9中任一项所述的一体化检测装置。
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| CN202021098040.1U CN212648049U (zh) | 2020-06-15 | 2020-06-15 | 用于变压器的一体化检测装置及变压器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113155202A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-07-23 | 姜本慧 | 多参量数据采集终端及系统 |
| CN113871175A (zh) * | 2020-06-15 | 2021-12-31 | 特变电工京津冀智能科技有限公司 | 用于变压器的一体化检测装置及变压器 |
| CN113984845A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-28 | 苏州芯镁信电子科技有限公司 | 一种氢气检测芯片及制造方法 |
| CN114076654A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-22 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种氢气、压力和温度并行测量的多参量测量装置及方法 |
| CN119779401A (zh) * | 2024-12-31 | 2025-04-08 | 苏州海卓赛思科技有限公司 | 一种充油设备油状态多参量在线监测装置及其充油设备 |
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2020
- 2020-06-15 CN CN202021098040.1U patent/CN212648049U/zh active Active
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