变压器智能油位异常监测装置及其监测方法
阅读说明：本技术 变压器智能油位异常监测装置及其监测方法 (Intelligent oil level abnormity monitoring device and monitoring method for transformer ) 是由 谢志迅 范增盛 翟志华 马翔宇 朱洋凯 杨振中 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种变压器智能油位异常监测装置,包括：上部法兰、上部点位压力传感器、主油管、温度传感器、数据采集处理模块、下部点位压力传感器、观察窗、装置外壳、出线防水接头、下部法兰,上部法兰、主油管、下部法兰依次连接,在主油管上自上而下设置上部点位压力传感器、下部点位压力传感器,同时在主油管上还设置有温度传感器、数据采集处理模块；装置外壳上设置有观察窗和出线防水接头,所述出线防水接头用于锁紧电源线防止内部部件受潮,上部法兰与外部油枕的末端法兰连接。本发明的一种变压器智能油位异常监测装置,采用双点压差式测量,可以解决不同规格的变压器油的密度不同而导致的单点压力测量反算油位的误差问题。(The invention discloses an intelligent oil level abnormity monitoring device for a transformer, which comprises: the device comprises an upper flange, an upper point location pressure sensor, a main oil pipe, a temperature sensor, a data acquisition and processing module, a lower point location pressure sensor, an observation window, a device shell, an outlet waterproof joint and a lower flange, wherein the upper flange, the main oil pipe and the lower flange are sequentially connected; the device shell is provided with an observation window and a wire outlet waterproof connector, the wire outlet waterproof connector is used for locking a power wire to prevent internal components from being damped, and an upper flange is connected with a tail end flange of an external oil conservator. The intelligent oil level abnormity monitoring device for the transformer adopts double-point differential pressure measurement, and can solve the problem of error of single-point pressure measurement back-calculation oil level caused by different densities of transformer oil with different specifications.)
技术领域
本发明涉及智能变压器领域，具体涉及一种变压器智能油位异常监测装置与方法。
背景技术
变压器油是变压器的一个重要组成部分，承担绝缘和冷却的重要作用，变压器油箱中的油量是否充足及油位的高低极大的影响变压器的安全运行。变压器油位指示装置是变压器的重要非电量保护装置之一，传统指针式油位计是变压器油位报警的必须配置。经不完全统计，在网运行变压器假油位故障时有发生，造成运维人员对变压器油位误判，重复检修，形成错误补油策略，造成资源浪费；另一方面，变压器油位过低引起的变压器运行事故也时有发生，如排油系统故障引起的变压器油渗漏，阀门故障引起的回油故障等，变压器油位过低易引起瓦斯保护误动，甚至造成释放阀动作。
为了更好的维护变压器，降低变压器运行事故的发生，需要一种可以实时监测变压器油位，并且可以准确诊断异常情况的智能装置。
现有技术中，传统指针式油位计是模拟式仪表，误差较大，响应速度慢，无法对变压器内部瞬态故障导致的油位快速变化和异常抖动进行监测；传统指针式油位计采用浮球和连杆原理，容易产生假油位，从而误报警或漏报警；传统油位计只能由人来观察表计读数，再人为将油位和温度曲线进行比较，无法实现自动比对和实时诊断；传统油位计数字化远传难度较大，只能通过4～20mA信号变送，难以保证精度。
由于变压器油箱的体积是固定的，在没有泄露和异常的情况下，变压器内部油位会随着油温变化而上下浮动，从而使得油箱内某一固定点的压力发生变化，通过对变压器油路的两个固定点的压力进行监测可以反算变压器当前油位值，同时变压器内部压力的异常变化也会反应变压器的内部状态。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种变压器智能油位异常监测装置与方法，基于双点差压原理采集变压器油位并与相关油温曲线进行计算比对，从而实现对变压器油位异常的诊断和预警。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种变压器智能油位异常监测装置，包括：上部法兰、上部点位压力传感器、主油管、温度传感器、数据采集处理模块、下部点位压力传感器、观察窗、装置外壳、出线防水接头、下部法兰，上部法兰、主油管、下部法兰依次连接，在主油管上自上而下设置上部点位压力传感器、下部点位压力传感器，同时在主油管上还设置有温度传感器、数据采集处理模块，装置外壳与上部法兰、下部法兰形成封闭空间，将主油管、上部点位压力传感器、下部点位压力传感器、温度传感器、数据采集处理模块封闭在其内；装置外壳上设置有观察窗和出线防水接头，所述出线防水接头用于锁紧电源线防止内部部件受潮，上部法兰与外部油枕的末端法兰连接。
进一步地，下部法兰上设置有手动阀，使用时手动阀处于关闭位置。
进一步地，上部法兰上设置有排气口，打开外部油枕末端的排油阀后，排油管内的变压器油导入装置的主油管，通过排气口进行排气，直到排气口开始冒油，之后关闭排气口。
进一步地，装置外壳上还设置有运行灯和故障灯，所述运行灯与故障灯与数据采集处理模块连接，运行灯亮代表装置正常工作，故障灯亮代表装置自检故障，故障灯闪烁说明装置有预警信号输出。
进一步地，运行灯与故障灯可分别使用绿灯和红灯。
一种变压器智能油位异常监测装置的监测方法，包括如下步骤：
步骤1：数据采集处理模块采集上部点位压力传感器和下部点位压力传感器上的压力数据和温度传感器的温度数据；
步骤2：通过数据采集处理模块对采集的压力值进行处理计算进而得出当前油位高度。
步骤3：通过数据采集处理模块对得出的当前油位高度进行分析，整合当前油位高度与温度传感器的温度数据，对比变压器正常运行下的油位温度曲线，比较报警阀值，输出报警标志；
步骤4：根据报警标志通过运行灯和故障灯输出信号；
步骤5：数据采集处理模块对当前油位高度和报警标志进行处理，整合成标准的报文，通过通信线缆向外输出当前油位高度和报警标志，外部计算机可以通过通信报文与变压器智能油位异常监测装置进行交互，对报警标志进行处理；
步骤6：装置内部自检，通过对比上部点位压力传感器和下部点位压力传感器的数据，比较两传感器的差值是否恒定进而判断装置是否正常运行，如果两传感器的差值不恒定，并且超过设定的阈值范围，数据采集处理模块输出报警标志至故障灯以及外部计算机，外部计算机判断装置是否发生故障以及发生故障的类型。
进一步地，步骤2具体为：
上部点位压力传感器检测到的压力为P1，下部点位压力传感器检测到的压力为P2，计算原理如下：
上下两个监测点的压力值如下：
P1＝ρ1gh1；其中h1是当前油位距P1测量点的高度，ρ1是该测量点处的油密度；
P2＝ρ2gh2；其中h2是当前油位据P2测量点的高度，ρ2是该测量点处的油密度；
对于同一时刻变压器内部两点的油密度可以认为是一致的，所以ρ1＝ρ2；
从而可以得到P1测量点和P2测量点之间的距离如下：
h3＝h2-h1＝(P2-P1)/ρg；
由于h3为确定值，则可以得到ρg值如下：
ρg＝(P2-P1)/h3；
再根据P1测量点的压力值可以反算当前油位h1如下：
h1＝P1h3/(P2-P1)。
本发明的有益效果是：
1、可以实时准确测量变压器油位，精度达到±1cm；
2、装置支持自检功能，可以避免假油位，同时可以监测变压器内部压力异常；
3、可以同时测量变压器油温，精度达到±1.5℃，从而实现油位温度曲线的计算和比对，避免误报警；同时可以监测到变压器油路的油流冲击以及其他结构变形导致的微小油位异常；
4、支持有线和无线通信和数据远传，支持云平台和移动端数据发布，方便用户跟踪；
5、一体化设计，结构紧凑，方便安装，密封可靠，防护等级达到IP65。
附图说明
图1为变压器智能油位异常监测装置，其中，1-上部法兰，2-上部点位压力传感器，3-主油管，4-温度传感器，5-数据采集处理模块，6-下部点位压力传感器，7-观察窗，8-装置外壳，9-出线防水接头，10-下部法兰；
图2为变压器智能油位异常监测装置的原理图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种变压器智能油位异常监测装置，包括：上部法兰1、上部点位压力传感器2、主油管3、温度传感器4、数据采集处理模块5、下部点位压力传感器6、观察窗7、装置外壳8、出线防水接头9、下部法兰10，上部法兰1、主油管3、下部法兰10依次连接，在主油管3上自上而下设置上部点位压力传感器2、下部点位压力传感器6，同时在主油管上还设置有温度传感器4、数据采集处理模块5，装置外壳8与上部法兰1、下部法兰10形成封闭空间，将主油管3、上部点位压力传感器2、下部点位压力传感器6、温度传感器4、数据采集处理模块5封闭在其内；装置外壳8上设置有观察窗7和出线防水接头9，所述出线防水接头9用于锁紧电源线防止内部部件受潮，上部法兰1与外部油枕的末端法兰连接。装置外壳上还设置有运行灯和故障灯，所述运行灯与故障灯与数据采集处理模块5连接，运行灯亮代表装置正常工作，故障灯亮代表装置自检故障，故障灯闪烁说明装置有预警信号输出。
变压器智能油位异常监测装置的安装流程如下：将装置的上部法兰连接到油枕的末端法兰；下部法兰10上设置有手动阀，确保装置的下部法兰连接的手动阀处于关闭位置；上部法兰上设置有排气口，打开装置上部法兰的排气口，缓慢打开油枕末端的排油阀，将排油管内的变压器油导入装置的主油管，通过排气口进行排气，直到排气口开始冒油，之后关闭排气口；装置上电，装置运行绿灯常亮，说明装置开始正常工作；装置运行过程中故障红灯常亮，说明装置自检故障，退出运行；故障红灯闪烁说明装置有预警信号输出。
如图2所示，变压器智能油位异常监测装置安装在变压器油枕的排油管末端，变压器油枕内的油位高度可以通过装置内的双点压力传感器进行测量和计算得出，其中上部点位为P1，下部点位为P2，计算原理如下：
上下两个监测点的压力值如下：
P1＝ρ1gh1；其中h1是当前油位距P1测量点的高度，ρ1是该测量点处的油密度；
P2＝ρ2gh2；其中h2是当前油位据P2测量点的高度，ρ2是该测量点处的油密度；
对于同一时刻变压器内部两点的油密度可以认为是一致的，所以ρ1＝ρ2；
从而可以得到P1测量点和P2测量点之间的距离如下：
h3＝h2-h1＝(P2-P1)/ρg；
由于h3为确定值，则可以得到ρg值如下：
ρg＝(P2-P1)/h3；
再根据P1测量点的压力值可以反算当前油位h1如下：
h1＝P1h3/(P2-P1)；
通过双点差压原理测量油位的优点是可以不受变压器不同油品不同密度ρ值的影响。
另外变压器油在不同温度下的体积会发生变化，因此在变压器正常运行时，变压器油箱没有变化的情况下，变压器油位也会随油温变化发生变化，这是正常的油位变化，通常变压器油枕厂家在产品出厂时会根据变压器油的热膨胀系数以及油枕的体积给出一个油位计的油位温度曲线图，根据油位曲线图，不同温度可以得到其正常的油位值。而装置可以通过实时监测到的油位和温度值对应曲线进行比对，在当前温度下标准油位与实际测量油位差值大于10％；或当短时间内油位发生剧烈变化，油位绝对值偏差大于30％；亦或温度未变的情况下油位持续下降15％时即可预警。
同时当P1和P2点的压力值偏差超过量程的50％，即可判断压力传感器故障，从而退出测量并报装置自检故障。当P1和P2点的压力值同步增大到压力释放阀的开启压力或减小到极限负压的时候可以进行变压器内部压力异常报警。
变压器智能油位异常监测装置的主工作流程如下：
步骤1：数据采集处理模块5采集上部点位压力传感器2和下部点位压力传感器6上的压力数据和温度传感器4的温度数据；
步骤2：通过数据采集处理模块5对采集的压力值进行处理计算进而得出当前油位高度。
步骤3：通过数据采集处理模块5对得出的当前油位高度进行分析，整合当前油位高度与温度传感器4的温度数据，对比变压器正常运行下的油位温度曲线，比较报警阀值，输出报警标志；
步骤4：根据报警标志通过运行灯和故障灯输出信号；
步骤5：通信报文查询和处理，数据采集处理模块5对当前油位高度和报警标志进行处理，整合成标准的报文，通过通信线缆向外输出当前油位高度和报警标志，通过数据采集处理模块中的4G通信模块向外部进行无线方式的数据远传，外部计算机可以通过通信报文与变压器智能油位异常监测装置进行交互，对报警标志进行处理；
步骤6：装置内部自检，通过对比上部点位压力传感器2和下部点位压力传感器6的数据，比较两传感器的差值是否恒定进而判断装置是否正常运行，如果两传感器的差值不恒定，并且超过设定的阈值范围，数据采集处理模块5输出报警标志至故障灯以及外部计算机，外部计算机判断装置是否发生故障以及发生故障的类型。
本发明的一种变压器智能油位异常监测装置基于双点压差式测量原理解决不同规格的变压器油的密度不同而导致的单点压力测量反算油位的误差问题；支持边缘计算，测量压力的同时测量变压器油温，整合得出的当前油位高度与油温。通过变压器正常运行下的标准油位温度曲线，对比当前温度下的标准油位与装置传回的实际油位，规避由于温度变化导致的油位变化被当作异常进行报警，可以监测到变压器油路的油流冲击以及其他结构变形导致的微小油位异常；通过两个压力传感器采样值比对，装置支持自检功能，可以避免假油位，同时可以检测到变压器内部压力异常；支持有线和无线通信和数据远传，数据采集处理模块对当前油位高度和报警标志进行处理，整合成标准的报文，而后通过通信线向外部进行数据远传，同时通过数据采集处理模块中的4G通信模块向外部进行无线方式的数据远传。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
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