CN218524859U - 监测装置及变压器系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种监测装置及变压器系统，该监测装置用于监测干式变压器，干式变压器包括铁芯、低压绕组以及高压绕组，低压绕组套设在铁芯外围，高压绕组套设在低压绕组外围，其中，监测装置包括：信号采集单元，包括电流传感器以及超声传感器，电流传感器设置于铁芯的接地线上，超声传感器邻近高压绕组设置；数据处理单元，用于接收信号采集单元输出的信号；警报单元，当在预设时长内，电流传感器采集到过脉冲电流信号，且超声传感器采集到过脉冲超声信号时，数据处理单元控制警报单元进行报警。本申请的监测装置设置信号采集单元同时包括电流传感器和超声传感器，既可以对干式变压器的绝缘故障进行预警，也能够减少误报警的发生。

Description

监测装置及变压器系统

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种监测装置及变压器系统。

背景技术

干式变压器用于配电系统，是直接关系到用户用电安全的关键设备，干式变压器故障和运行状态的好坏直接影响供电可靠性、安全性和连续性。

由于当前干式变压器的监测参数单一、缺乏有效的在线监测手段，从而无法获知干式变压器的运行状态，更无法发现其故障隐患并做出故障诊断及预警。如果能对干式变压器进行实时监测、故障诊断及预警，及早确定故障的性质、类别、原因和部位，就可以提前识别故障，减少突然停电和对电网的冲击。

实用新型内容

本申请提供一种监测装置及变压器系统，能够提前预警干式变压器的绝缘故障。

本申请实施例第一方面提供一种监测装置，用于监测干式变压器，所述干式变压器包括铁芯、低压绕组以及高压绕组，所述低压绕组套设在所述铁芯外围，所述高压绕组套设在所述低压绕组外围，所述监测装置包括：信号采集单元，包括电流传感器以及超声传感器，所述电流传感器设置于所述铁芯的接地线上，所述超声传感器邻近所述高压绕组设置；数据处理单元，与所述信号采集单元连接，用于接收所述信号采集单元输出的信号；警报单元，与所述数据处理单元连接，其中，当在预设时长内，所述电流传感器采集到过脉冲电流信号，且所述超声传感器采集到过脉冲超声信号时，所述数据处理单元控制所述警报单元进行报警。

本申请的监测装置设置信号采集单元同时包括电流传感器以及超声传感器，当在预设时长内，电流传感器采集到过脉冲电流信号，且超声传感器采集到过脉冲超声信号时，确定干式变压器发生绝缘故障，进而数据处理单元控制警报单元进行报警，一方面使得工作人员能够及时发现干式变压器的绝缘故障，另一方面由于在电流传感器和超声传感器采集的信号均满足要求时，警报单元才进行报警，可以减少误报警的情况发生。

其中，所述数据处理单元具体用于：当在所述预设时长内，所述电流传感器采集到的所述过脉冲电流信号的数量达到第一数量阈值，且所述超声传感器采集到的所述过脉冲超声信号的数量达到第二数量阈值时，所述数据处理单元控制所述警报单元进行报警。

上述设置只有当在预设时长内，电流传感器采集到的过脉冲电流信号的数量达到第一数量阈值，且超声传感器采集到的过脉冲超声信号的数量达到第二数量阈值时，警报单元才会进行报警，可以减少误判的情况发生。

其中，所述监测装置进一步包括：数据传输单元，与所述数据处理单元连接，用于传输所述数据处理单元输出的信号；远程监测单元，与所述数据传输单元连接，用于接收并显示所述数据传输单元输出的信号。

上述设置把数据处理单元的信号由数据传输单元传输给远程监测单元，使得工作人员可以通过远程监测单元在线监测到干式变压器的运行状态，实时掌握干式变压器的运行状态。

其中，所述警报单元集成在所述远程监测单元上。

将警报单元集成在远程监测单元上，使得工作人员在远程监测单元上就可以及时收到警报，从而无需工作人员时刻在现场进行监控。

其中，所述监测装置进一步包括：信号调制单元，与所述信号采集单元连接，用于将所述信号采集单元输出的信号的电压幅值调制至预设的幅值范围内；模数转换单元，连接所述信号调制单元与所述数据处理单元，用于将所述信号调制单元输出的信号转换为数字信号，并发送给所述数据处理单元。

信号调制单元可以对信号采集单元的信号进行调整，使信号调制单元输出的信号的电压幅值在相应的范围内。通过信号调制单元可以提高数据处理单元对数据处理的准确率。

其中，所述信号采集单元进一步包括：电压互感器，与低压负载导线连接，其中，所述低压负载导线与所述低压绕组连接；电流互感器，与所述低压负载导线连接；其中，所述数据处理单元根据所述电压互感器以及所述电流互感器输出的信号，确定所述干式变压器的电能质量。

设置电压互感器和电流互感器均与低压负载导线连接，使得数据处理单元根据电压互感器和电流互感器输出的信号，能够确定干式变压器的电能质量，而通过电能质量能够进一步反映干式变压器的运行状态。

其中，所述信号采集单元进一步包括：应变传感器，设置于所述低压绕组的内壁，其中，所述数据处理单元根据所述应变传感器输出的信号，确定所述干式变压器的形变损伤。

考虑到低压绕组电流较大，发生短路时产生的应力也就较大，因此短路冲击对干式变压器中低压绕组的形变影响最明显，因此将应变传感器设置在低压绕组的内壁上，通过应变传感器的信号可以准确地反映干式变压器的形变损伤，而通过干式变压器的形变损伤，也能够进一步反映干式变压器的运行状态。

其中，所述信号采集单元进一步包括：第一温度传感器，设置于所述铁芯与所述低压绕组之间的间隙中，其中，所述数据处理单元根据所述第一温度传感器输出的信号，确定所述干式变压器的运行温度。

上述将第一温度传感器设置在铁芯与低压绕组之间的间隙中，数据处理单元确定的干式变压器的运行温度能够反映干式变压器的负载情况，进一步反映干式变压器的运行状态。

其中，所述信号采集单元进一步包括：第二温度传感器，设置于所述干式变压器的外部且与所述干式变压器的距离大于第一距离阈值，其中，所述数据处理单元根据所述第二温度传感器输出的信号，确定所述干式变压器所处环境的温度；和/或，湿度传感器，设置于所述干式变压器的外部且与所述干式变压器的距离大于第二距离阈值，其中，所述数据处理单元根据所述湿度传感器输出的信号，确定所述干式变压器所处环境的湿度。

通过第二温度传感器和/或湿度传感器的设置，使得数据处理单元能够确定干式变压器所处环境的温度和/或湿度，进而对干式变压器的外部环境进行监测。

其中，本申请实施例第二方面提供一种变压器系统，包括干式变压器以及上述任一项所述的监测装置。

本申请的有益效果是：本申请的监测装置设置信号采集单元同时包括电流传感器以及超声传感器，当在预设时长内，电流传感器采集到过脉冲电流信号，且超声传感器采集到过脉冲超声信号时，确定干式变压器发生绝缘故障，进而数据处理单元控制警报单元进行报警，一方面使得工作人员能够及时发现干式变压器的绝缘故障，另一方面由于在电流传感器和超声传感器采集的信号均满足要求时，警报单元才进行报警，可以减少误报警的情况发生。

同时还设置数据处理单元的信号由数据传输单元传输给远程监测单元，使得工作人员可以通过远程监测单元在线监测到干式变压器的运行状态，实时掌握干式变压器的运行状态。

另外考虑到低压绕组电流较大，发生短路时产生的应力也就较大，因此短路冲击对干式变压器中低压绕组的形变影响最明显，因此将应变传感器设置在低压绕组的内壁上，通过应变传感器的信号可以准确地反映干式变压器的形变损伤，而通过干式变压器的形变损伤，也能够进一步反映干式变压器的运行状态。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施方式的干式变压器10的主视图；

图2为本申请一实施方式的干式变压器10的俯视图；

图3为本申请一实施方式的装配后的铁芯110的主视图；

图4为本申请一实施方式的监测装置20的结构示意图；

图5为本申请一实施方式的变压器系统30结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的监测装置用来监测干式变压器，在介绍本申请的监测装置之前，首先结合图1至图3，对干式变压器10进行简单的介绍：

在一实施例中，干式变压器10为三相变压器，分别为A相、B相和C相，即干式变压器10包括三个单相变压器100。

具体地，干式变压器10包括铁芯110、三个低压绕组120以及三个高压绕组130，低压绕组120套设在铁芯110外围，高压绕组130套设在低压绕组120外围。铁芯110包括三个柱状铁芯体111、位于三个柱状铁芯体111上端的上铁轭112和位于三个柱状铁芯体111下端的下铁轭113，三个低压绕组120分别套设在三个柱状铁芯体111的外周，三个高压绕组130分别套设在三个低压绕组120的外周，即三个柱状铁芯体111、三个低压绕组120和三个高压绕组130从内向外依次一一对应套设。

参阅图4，在本申请一实施方式中，监测装置20包括信号采集单元210、数据处理单元220和警报单元270。其中，信号采集单元210包括电流传感器211以及超声传感器212。电流传感器211设置于铁芯110的接地线上，超声传感器212邻近高压绕组130设置；数据处理单元220与信号采集单元210连接，用于接收信号采集单元210输出的信号；警报单元270与数据处理单元220连接，其中，当在预设时长内，电流传感器211采集到过脉冲电流信号，且超声传感器212采集到过脉冲超声信号时，数据处理单元220控制警报单元270进行报警。

具体地，电流传感器211设置于铁芯110的接地线上，可以监测高压绕组130或者低压绕组120是否对铁芯110进行异常放电。正常情况下，铁芯110的电流很小，但是当高压绕组130或者低压绕组120对铁芯110进行异常放电时，铁芯110的电流会突变，而突变的电流会经铁芯110的接地线流入大地，因此当设置在铁芯110的接地线上的电流传感器211采集到过脉冲电流时，可以确定高压绕组130或者低压绕组120对铁芯110进行了异常放电。

同时由于干式变压器10局部放电会导致铁芯110不规则振动，而铁芯110不规则振动会产生声信号，因此通过超声传感器212进行声信号的采集，也可以判断是否发生局部放电现象。

其中，超声传感器212邻近高压绕组130设置，结合图1，在一应用场景中，铁芯110的外侧设置有铁芯夹件140，铁芯夹件140用于夹持铁芯110，此时可以将超声传感器212设置在铁芯夹件140处，其中，超声传感器212还可以设置在其他位置，本申请不作具体限制。

其中，当干式变压器10为三相变压器，即干式变压器10包括三个高压绕组130时，可以将超声传感器212的数量设置为三个，三个超声传感器212与三个高压绕组130一一对应设置，即对应每个高压绕组130都设置一个超声传感器212。但是当高压绕组130的数量为三个时，也可以只对应其中一个或者两个设置超声传感器212，总而言之，本申请对超声传感器212的数量不作限制。

其中，数据处理单元220具有数据处理和数据存储功能。数据处理单元220可以选择微处理器芯片或单片机，例如8086系列芯片或C8051F系列单片机等，信号采集单元210输出的信号输入数据处理单元220后，数据处理单元220对接收的信号进行处理和存储。

其中，预设时长可以由工作人员自己设置，例如几十秒或几分钟内。

其中，警报单元270可以是声音报警单元，例如蜂鸣器，也可以是光报警单元，例如LED闪灯等，只要警报单元270能够起到报警作用即可。

在本实施方式中，只有在预设时长内，电流传感器211采集到过脉冲电流信号，且超声传感器212采集到过脉冲超声信号时，才确定干式变压器10发生绝缘故障，即只有信号采集单元210采集到的电流信号、声信号均满足相应要求，才确定干式变压器10是否发生绝缘故障，可以提高报警的准确率，减少误判的情况发生。

继续参阅图4，数据处理单元220具体用于：当在预设时长内，电流传感器211采集到的过脉冲电流信号的数量达到第一数量阈值，且超声传感器212采集到的过脉冲超声信号的数量达到第二数量阈值时，数据处理单元220控制警报单元270进行报警。

具体地，为了进一步减少误判，在预设时长内，只有当电流传感器211采集到的过脉冲电流信号的数量达到第一数量阈值，且超声传感器212采集到的过脉冲超声信号的数量达到第二数量阈值时，警报单元270才会进行报警。

其中，第一数量阈值和第二数量阈值可以由工作人员根据干式变压器10的工作情况具体设置，例如几十次，几百次等。同时第一数量阈值和第二数量阈值可以相同，也可以不同，在此不作限制。

请参阅图4，监测装置20进一步包括数据传输单元250和远程监测单元260。其中，数据传输单元250与数据处理单元220连接，用于传输数据处理单元220输出的信号。远程监测单元260与数据传输单元250连接，用于接收并显示数据传输单元250输出的信号。

具体地，数据传输单元250可以采用DTU(Data Transfer unit，数据传输单元)终端设备，通过4G、5G或WiFi等网络，将数据处理单元220输出的信号进行远距离传输。

其中，远程监测单元260可以是手机或电脑等终端，通过远程监测单元260，工作人员可以实时在线掌握干式变压器10的运行情况。

在本实施方式中，为了让工作人员及时地收到警报，将警报单元270集成在远程监测单元260上。例如，远程监测单元260为手机时，当数据处理单元220控制警报单元270进行报警时，工作人员通过手机就可以收到报警信号，从而可以及时采取相应措施。

当然在其他实施方式中，警报单元270也可以不集成在远程监测单元260上，例如设置在干式变压器10的箱体上，总而言之，本申请对警报单元270的具体位置不作限定。

继续参阅图4，监测装置20进一步包括信号调制单元230和模数转换单元240。其中，信号调制单元230与信号采集单元210连接，用于将信号采集单元210输出的信号的电压幅值调制至预设的幅值范围内。模数转换单元240连接信号调制单元230与数据处理单元220，用于将信号调制单元230输出的信号转换为数字信号，并发送给数据处理单元220。

具体地，信号调制单元230主要由放大器组成，对信号采集单元210的信号进行调整，使信号调制单元230输出的信号的电压幅值在相应的范围内。通过信号调制单元230可以提高数据处理单元220对信号进行处理的准确率。

具体地，通过模数转换单元240，即A/D转换器，能够将信号调制单元230输出的模拟信号转换为数字信号，并发送给数据处理单元220，保证数据处理单元220能够顺利地对数据进行处理。

在其他实施方式中，信号调制单元230和模数转换单元240均可以集成在数据处理单元220上。

继续参阅图4，信号采集单元210进一步包括电压互感器213和电流互感器214，其中，电压互感器213与低压负载导线连接，低压负载导线与低压绕组120连接，电流互感器214与低压负载导线连接；数据处理单元220根据电压互感器213以及电流互感器214输出的信号，确定干式变压器10的电能质量。

具体地，电压互感器213和电流互感器214均与低压负载导线连接，因此电压互感器213能够采集干式变压器10输出给用户的电压信号，电流互感器214能够采集干式变压器10输出给用户的电流信号。因此通过电压互感器213和电流互感器214采集的信号，能够确定干式变压器10的电能质量，进一步监测干式变压器10的运行状态。

其中，可以在三个低压绕组120的低压负载导线上都设置电压互感器213和电流互感器214，也可以在其中一个或者两个低压绕组120的低压负载导线上设置电压互感器213和电流互感器214，也就是说，本申请对电压互感器213、电流互感器214的数量不作具体限定。

继续参阅图4，信号采集单元210进一步包括应变传感器218，将应变传感器218设置于低压绕组120的内壁，数据处理单元220根据应变传感器218输出的信号，确定干式变压器10的形变损伤。

具体地，应变传感器218可以是光纤光栅贴片应变传感器，也可以是电阻应变传感器，本申请对应变传感器218的类型不作限制。

在本实施方式中，可以在每个低压绕组120的内壁都设置应变传感器218，也可以在其中一个或者两个低压绕组120的内壁设置应变传感器218。

由于低压绕组120电流较大，发生短路时产生的应力也就较大，因此短路冲击对干式变压器10中低压绕组120的形变影响最明显，因此将应变传感器218设置在低压绕组120的内壁上，通过应变传感器218的信号可以准确地反映干式变压器10的形变损伤，而通过干式变压器10的形变损伤，也能够进一步反映干式变压器10的运行状态。

当然在其他实施方式中，应变传感器218也可以不设置于低压绕组120的内壁，例如设置在高压绕组130的内壁，总而言之，本申请对应变传感器218的具体位置不作限定。

继续参阅图4，信号采集单元210进一步包括第一温度传感器215。第一温度传感器215设置于铁芯110与低压绕组120之间的间隙中，其中，数据处理单元220根据第一温度传感器215输出的信号，确定干式变压器10的运行温度。

具体地，将第一温度传感器215设置在铁芯110与低压绕组120之间的间隙中，数据处理单元220确定的干式变压器10的运行温度能够反映干式变压器10的负载情况，进一步反映干式变压器10的运行状态。

其中，三个低压绕组120与铁芯110之间的间隙中都可以设置第一温度传感器215，也可以是其中一个或者两个低压绕组120与铁芯110之间的间隙中设置第一温度传感器215，也就是说，本申请对第一温度传感器215的数量不作限制。

需要说明的是，在其他实施方式中，第一温度传感器215也可以设置在其他位置，本申请对第一温度传感器215的位置不作限制。

其中，第一温度传感器215可以是Pt100温度传感器，其测量温度范围为-50-600℃，在其他实施方式中，第一温度传感器215也可以是其他类型的温度传感器。

继续参阅图4，信号采集单元210进一步包括第二温度传感器216和湿度传感器217，用于确定干式变压器10所处环境的温湿度。其中，第二温度传感器216设置于干式变压器10的外部且与干式变压器10的距离大于第一距离阈值，数据处理单元220根据第二温度传感器216输出的信号，确定干式变压器10所处环境的温度。湿度传感器217设置于干式变压器10的外部且与干式变压器10的距离大于第二距离阈值，数据处理单元220根据湿度传感器217输出的信号，确定干式变压器10所处环境的湿度。

由于干式变压器10在室外运行，所以环境温湿度对干式变压器10的性能也有影响。

具体地，第一距离阈值由工作人员自行设置，由于干式变压器10自身运行会产生热量，所以将第二温度传感器216设置与干式变压器10的距离大于第一距离阈值，以准确地获得外部环境温度，减少干式变压器10自身放热对测量外部环境温度的影响。

同样地，将湿度传感器217与干式变压器10之间的距离设置为大于第二距离阈值，也能够准确地测量外部环境的湿度，减少干式变压器10对测量外部环境湿度的影响。其中，第二距离阈值与第一距离阈值可以相同，也可以不同，具体可以根据具体情况设置。

其中，第二温度传感器216和湿度传感器217均可以采用半导体电容式AM2305一体式传感器，或者第二温度传感器采用Pt100温度传感器，湿度传感器采用HM1500LF传感器。

需要说明的是，在其他实施方式中，信号采集单元210可以只包括第二温度传感器216，或者只包括湿度传感器217。

请参阅图5，在本申请一实施方式中，变压器系统30包括干式变压器31以及监测装置32。其中监测装置32用于监测干式变压器31。

干式变压器31可以是任何一种结构的干式变压器，本申请对其结构不作限制。

监测装置32与上述实施方式中的监测装置20结构相同，具体可参见上述相关内容，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种监测装置，其特征在于，用于监测干式变压器，所述干式变压器包括铁芯、低压绕组以及高压绕组，所述低压绕组套设在所述铁芯外围，所述高压绕组套设在所述低压绕组外围，所述监测装置包括：

信号采集单元，包括电流传感器以及超声传感器，所述电流传感器设置于所述铁芯的接地线上，所述超声传感器邻近所述高压绕组设置；

数据处理单元，与所述信号采集单元连接，用于接收所述信号采集单元输出的信号；

警报单元，与所述数据处理单元连接，其中，当在预设时长内，所述电流传感器采集到过脉冲电流信号，且所述超声传感器采集到过脉冲超声信号时，所述数据处理单元控制所述警报单元进行报警。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述数据处理单元具体用于：

当在所述预设时长内，所述电流传感器采集到的所述过脉冲电流信号的数量达到第一数量阈值，且所述超声传感器采集到的所述过脉冲超声信号的数量达到第二数量阈值时，所述数据处理单元控制所述警报单元进行报警。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置进一步包括：

数据传输单元，与所述数据处理单元连接，用于传输所述数据处理单元输出的信号；

远程监测单元，与所述数据传输单元连接，用于接收并显示所述数据传输单元输出的信号。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述警报单元集成在所述远程监测单元上。

5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置进一步包括：

信号调制单元，与所述信号采集单元连接，用于将所述信号采集单元输出的信号的电压幅值调制至预设的幅值范围内；

模数转换单元，连接所述信号调制单元与所述数据处理单元，用于将所述信号调制单元输出的信号转换为数字信号，并发送给所述数据处理单元。

6.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述信号采集单元进一步包括：

电压互感器，与低压负载导线连接，其中，所述低压负载导线与所述低压绕组连接；

电流互感器，与所述低压负载导线连接；

其中，所述数据处理单元根据所述电压互感器以及所述电流互感器输出的信号，确定所述干式变压器的电能质量。

7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述信号采集单元进一步包括：

应变传感器，设置于所述低压绕组的内壁，其中，所述数据处理单元根据所述应变传感器输出的信号，确定所述干式变压器的形变损伤。

8.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述信号采集单元进一步包括：

第一温度传感器，设置于所述铁芯与所述低压绕组之间的间隙中，其中，所述数据处理单元根据所述第一温度传感器输出的信号，确定所述干式变压器的运行温度。

9.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述信号采集单元进一步包括：

第二温度传感器，设置于所述干式变压器的外部且与所述干式变压器的距离大于第一距离阈值，其中，所述数据处理单元根据所述第二温度传感器输出的信号，确定所述干式变压器所处环境的温度；

和/或，湿度传感器，设置于所述干式变压器的外部且与所述干式变压器的距离大于第二距离阈值，其中，所述数据处理单元根据所述湿度传感器输出的信号，确定所述干式变压器所处环境的湿度。

10.一种变压器系统，其特征在于，包括干式变压器以及如权利要求1至9任一项所述的监测装置。

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