CN212781180U - 一种电网配电变压器运行状态在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电网配电变压器运行状态在线监测装置，属于电力系统状态监测技术领域，包括电能参数监测模块1、油温监测模块2、油位监测模块3、温湿度监测模块4、局部放电监测模块5、视频监测模块6、微处理器模块7、三相不平衡补偿模块8、换气模块9、断电模块10、通信模块11、存储模块12、报警模块13、电源模块14、服务器15、数据库16和管控终端17。本装置能够实现多类参数的综合监测，及时发现变压器的故障问题，充分反映变压器状态，能够在第一时间针对变压器出现的问题进行处理，在面临严重故障时能够及时报警，能够实现变压器的实时监测和故障定位等多方面功能。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统状态监测技术领域，涉及一种电网配电变压器运行状态在线监测装置。
背景技术
配电变压器是电力系统中的重要电气设备之一。它的状态直接决定了电网中的电能质量及运行稳定性。偏远山区无人值守的农网配电变压器长期运行后可能会存在油温、油位、运行参数异常等隐患，威胁到电网的稳定运行。为减少因变压器故障引起的安全问题及经济损失，需要对配电变压器进行状态监测及故障预警。通过对变压器电能参数、油温、油位、环境温湿度等参数的监测，实现变压器运行状态以及环境状态的综合分析，并针对变压器运行状态在线监测系统的工作环境、安装需求、维护特征等，建立各个监测模块及终端的组网方案，实现变压器状态数据通过无线通信与管控终端的数据交互。另外，通过实时状态参数与历史状态参数进行比较分析，判断参数的发展趋势与规律，预判故障隐患点，避免事故的发生。
目前，中国专利CN1120515402A公开了一种基于泛在电力物联网的变压器运检系统及方法。CN110556923A公开了一种配电变压器数据监控终端、监控系统和管控方法。CN209070329U公开了一种配电变压器在线监控系统。现有技术方案能够对配电变压器运行能够进行一定程度地监控。
但现有技术方案对配电变压器的监测不全面，功能较片面且不能及时采取措施。因此本实用新型提出一种能够综合监测各类参数并能够针对普通故障采取应对措施的配电变压器在线监测装置。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于重点解决目前配变在线监测不全面，不能及时采取有效处理措施的问题，提出一种能够较全面进行各类参数监测且能够对常见故障进行及时解决的配变在线监测装置，同时本方案具有数据存储、数据分析、远程监控、数据共享等基本功能。
本装置能够综合监测各类变压器参数，实时监测变压器状态，发现变压器存在的故障，同时针对常见变压器故障建立了多种处理模块及时对故障进行处理，此外若遇到严重故障可以及时断电并报警，实现对变压器的在线监测和及时地故障处理。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种电网配电变压器运行状态在线监测装置，包括电能参数监测模块1、油温监测模块2、油位监测模块3、温湿度监测模块4、局部放电监测模块5、视频监测模块6、微处理器模块7、三相不平衡补偿模块8、换气模块9、断电模块10、通信模块11、存储模块12、报警模块13、电源模块14、服务器15、数据库16和管控终端17；
所述微处理器模块7与所述电能参数监测模块1、油温监测模块2、油位监测模块3、温湿度监测模块4、局部放电监测模块5、视频监测模块6通信连接；还与所述三相不平衡补偿模块8、换气模块9、断电模块10、通信模块11、存储模块12、报警模块13、电源模块14电连接；所述服务器15与通信模块11连接，所述数据库16与服务器15连接，所述管控终端17与服务器15、数据库16连接；
所述电源模块(14)与各模块连接供电。
进一步，所述电能参数监测模块1包括电压互感器18、电流互感器19和处理芯片20，所述电压互感器18和电流互感器19均连接至处理芯片20，所述处理芯片20与微处理器模块7连接。
进一步，所述局部放电监测模块5包括设置在变压器外壁的超声波传感器，还包括与超声波传感器连接的信号调理模块，所述信号调理模块包括带通滤波器、后级放大器和前置放大器。
进一步，所述视频监测模块6设置在变压器外部，监测周围环境。
进一步，所述三相不平衡补偿模块8包括与微处理器模块7连接的IGBT驱动电路。
进一步，所述电能参数监测模块1的处理芯片20为ATT7022EU芯片。
进一步，所述油温监测模块2为铂金属电阻温度传感器。
进一步，所述油位监测模块3为光学液位传感器。
进一步，所述通信模块11为采用GPRS通信技术，且集成网络协议和卫星系统的芯片。
进一步，所述报警模块13为声光报警器。
本实用新型的有益效果在于：本装置能够实现多类参数的综合监测，及时发现变压器的故障问题，充分反映变压器状态；同时增设了针对各类问题进行解决的多种处理模块，能够在第一时间针对变压器出现的问题进行处理，在面临严重故障时能够及时报警，能够实现变压器的实时监测和故障定位等多方面功能。同时能够满足信号转换、数据储存、远程监控并发出指令以及实时传输数据至终端等配变在线监测装置的基本功能。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
图1为本方案所述电网配电变压器运行状态在线监测装置结构示意图；
图2为电能参数监测模块结构图；
图3为局部放电监测模块结构图；
图4为三相不平衡补偿模块结构图。
附图标记：电能参数监测模块1、油温监测模块2、油位监测模块3、温湿度监测模块4、局部放电监测模块5、视频监测模块6、微处理器模块7、三相不平衡补偿模块8、换气模块9、断电模块10、通信模块11、存储模块12、报警模块13、电源模块14、服务器15、数据库16和管控终端17、电压互感器18、电流互感器19、ATT7022EU芯片20、IGBT模块21。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图4，为一种电网配电变压器运行状态在线监测装置，包括电能参数监测模块1、油温监测模块2、油位监测模块3、温湿度监测模块4、局部放电监测模块5、视频监测模块6、微处理器模块7、三相不平衡补偿模块8、换气模块9、断电模块10、通信模块11、存储模块12、报警模块13、电源模块14、服务器15、数据库16和管控终端17；
所述微处理器模块7与所述电能参数监测模块1、油温监测模块2、油位监测模块3、温湿度监测模块4、局部放电监测模块5、视频监测模块6通信连接；还与所述三相不平衡补偿模块8、换气模块9、断电模块10、通信模块11、存储模块12、报警模块13、电源模块14电连接；所述服务器15与通信模块11连接，所述数据库16与服务器15连接，所述管控终端17与服务器15、数据库16连接。
电能参数检测模块1主要包括了电压互感器18、电流互感器19和ATT7022EU芯片20，用于实现对配电变压器基本参数(三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等)的监测；油温监测模块2采用型号为PT100的铂金属电阻温度传感器进行油温的测量，PT100具有成本低、安装灵活、测温范围大等特点，用于实现对配电变压器油温的监测；油位监测模块3采用结构简单、接口方便且工作温度范围宽的光学液位传感器，用于实现对配电变压器油位的监测；温湿度监测模块4采用集成式的温湿度传感器，用于实现对配电变压器周围环境的温湿度的监测；局部放电监测模块5主要采用型号为PXR04的超声波传感器，用于实现对配电变压器局部放电情况的监测，超声波传感器安装简单、成本低且具有较强的抗干扰能力，且能够对局放点进行定位；视频监测模块6采用智能云台摄像机进行周围环境的监测。
三相不平衡补偿模块8主要包括了IGBT驱动电路，通过对当前电网负载情况，对负载电流进行有效的调节以解决三相不平衡的问题；换气模块9主要包括了风扇，能够通过空气交换进行降温除湿等功能；断电模块10主要包括了空气开关，在发现异常情况时能够及时断开配电变压器的空气开关，防止进一步的损伤；通信模块11采用GPRS通信技术，选用MC20芯片作为传输媒介，MC20芯片体积小、功耗低，还集成丰富的网络协议和卫星系统，因此不仅能够保证海量数据的传输、各类信息的互联还能提供精准的定位功能；存储模块12选用SD卡，SD卡具有体积小、容量大、接口简单等优点，能够对大量的数据进行存储，以便对历史数据的查询；报警模块13选用型号为YS800的声光报警器，在遇到火灾等突发情况能够及时发出报警。
微处理器模块7选用型号为STM32F407ZET6的芯片，能够对多路信号进行分析处理，且处理速度快，接口丰富。
电源模块14包括了常规供电和紧急供电两部分，常规供电通过接入变压器低压侧进行取电，通过整流滤波实现对整个装置的供电，紧急供电选择蓄电池，保证装置的正常工作。
数据库实现各类数据的汇总，便于进行各类案例的对比分析以及后期调用；管控终端能够实现数据的全景展示，统计分析以及远程监控等核心功能，在发现问题后及时派遣人员进行维修。
如图1所示，各类监测模块包括了各类传感设备，实现对多类参数的实时监测，通过设置阈值监测参数是否存在异常。通过设置电能参数监测模块对三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等电能参数进行监测，如图2所示，通过电压互感器和电流互感器采集电压信号和电流信号，经过信号调理后进入芯片，经过PGA放大、数模转换后处理为对应的数字信号，通过各类运算得到有功功率、无功功率等，最后通过SPI接口与微处理器进行数据交互；通过设置油温监测模块、油位监测模块对变压器的油温、油位进行监测；通过设置温湿度监测模块对环境温湿度进行监测，若超出预设范围则通过换气模块进行降温除湿；通过设置局部放电监测模块对变压器内的局放情况进行监测，如图3所示，超声波传感器安装于变压器外壁，若变压器体内出现了局部放电，超声波传感器能够将监测到的信号转换为电信号，经过带通滤波器、后级放大器和前置放大器进行信号调理、滤波放大后，将处理的信号送至微处理器进行分析；通过设置视频监测模块对变压器的周围环境进行监测，以防止突发状况的发生；通过设置微处理器模块对各类数据进行处理分析、发出指令以及数据上传。
通过设置三相不平衡补偿模块对负载电流进行调节从而解决三相不平衡的问题，如图4所示，电流互感器监测到电网的负载电流，将采集的电流信号送至微处理器进行处理分析，从而判断负载是否出现三相不平衡的情况，若出现不平衡情况，计算出达到平衡状态是各相所需转换的电流值，通过控制IGBT模块21动作，将不平衡电流进行转移从而达到平衡状态；通过设置换气模块以解决温湿度高的情况；通过设置断电模块，当变压器出现严重故障无法自行调节时，及时进行断电防止产生更严重的事故；通过设置通信模块建立通信通道，进行设备端和远程端的信息交互，同时兼具定位功能，能够及时到达进行处理；通过设置存储模块，对该变压器的各类监测参数进行存储汇总，以便统计分析以及之后的调用；通过设置报警模块，当出现变压器出现故障等异常情况时产生报警，能够第一时间发现问题并进行解决。
经过通信模块上传数据至数据库进行存储，实现大数据共享，同时传输至管控终端，在管控终端实现数据的全景展示，统计分析，在出现异常情况时及时采取有效措施进行处理。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：包括电能参数监测模块(1)、油温监测模块(2)、油位监测模块(3)、温湿度监测模块(4)、局部放电监测模块(5)、视频监测模块(6)、微处理器模块(7)、三相不平衡补偿模块(8)、换气模块(9)、断电模块(10)、通信模块(11)、存储模块(12)、报警模块(13)、电源模块(14)、服务器(15)、数据库(16)和管控终端(17)；
所述微处理器模块(7)与所述电能参数监测模块(1)、油温监测模块(2)、油位监测模块(3)、温湿度监测模块(4)、局部放电监测模块(5)、视频监测模块(6)通信连接；还与所述三相不平衡补偿模块(8)、换气模块(9)、断电模块(10)、通信模块(11)、存储模块(12)、报警模块(13)电连接；所述服务器(15)与通信模块(11)连接，所述数据库(16)与服务器(15)连接，所述管控终端(17)与服务器(15)、数据库(16)连接；
所述电源模块(14)与各模块连接供电。
2.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述电能参数监测模块(1)包括电压互感器(18)、电流互感器(19)和处理芯片(20)，所述电压互感器(18)和电流互感器(19)均连接至处理芯片(20)，所述处理芯片(20)与微处理器模块(7)连接。
3.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述局部放电监测模块(5)包括设置在变压器外壁的超声波传感器，还包括与超声波传感器连接的信号调理模块，所述信号调理模块包括带通滤波器、后级放大器和前置放大器。
4.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述视频监测模块(6)设置在变压器外部，监测周围环境。
5.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述三相不平衡补偿模块(8)包括与微处理器模块(7)连接的IGBT驱动电路。
6.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述电能参数监测模块(1)的处理芯片(20)为ATT7022EU芯片。
7.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述油温监测模块(2)为铂金属电阻温度传感器。
8.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述油位监测模块(3)为光学液位传感器。
9.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述通信模块(11)为采用GPRS通信技术，且集成网络协议和卫星系统的芯片。
10.根据权利要求1所述的电网配电变压器运行状态在线监测装置，其特征在于：所述报警模块(13)为声光报警器。
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