变压器油面温度及油位状态无线传感系统 |
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| 申请号 | CN201710229863.X | 申请日 | 2017-04-10 | 公开(公告)号 | CN107123246A | 公开(公告)日 | 2017-09-01 |
| 申请人 | 劭行(苏州)智能科技有限公司; | 发明人 | 刘廷宇; 张晨睿; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 变压器 油面 温度 及油位状态无线传感系统，包括：油面温度及油位状态一体式无线 传感器 和无线采集器，所述油面温度及油位状态一体式无线传感器安装在变压器 箱体 上，无线采集器以无线方式与油面温度及油位状态一体式无线传感器进行数据传输，其中所述油面温度及油位状态一体式无线传感器为无源传感器。本发明的监测系统实现了油位和油温在线传感监测功能，将人工目视监测变为自动在线监测，提高了变压器的使用安全性；其中的传感器采用无线方式工作，并且该传感器可不使用 电池 或其他外部电源供电，进一步提升了监测系统的安全性，整体结构紧凑合理，易于安装与维护。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种变压器油面温度及油位状态无线传感系统，其特征在于，包括：油面温度及油位状态一体式无线传感器(2)和无线采集器(1)，所述油面温度及油位状态一体式无线传感器(2)安装在变压器箱体上，无线采集器(1)以无线方式与油面温度及油位状态一体式无线传感器(2)进行数据传输，其中所述油面温度及油位状态一体式为无源传感器。 |
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| 说明书全文 | 变压器油面温度及油位状态无线传感系统技术领域[0001] 本发明涉及油浸式变压器领域，具体地，涉及变压器油面温度及油位状态无线传感系统。 背景技术[0002] 油浸式变压器利用变压器油实现冷却、绝缘等功能。如果变压器油箱内的油位过高，将造成变压器内部油压增大，容易溢油；油位过低，将导致变压器引线或铁芯暴露于空气中，造成内部闪络危险，还会降低变压器油的绝缘性。严重时甚至会引起变压器爆炸。因此，对变压器油位进行监测，特别是对油位过低现象的监测就显得十分重要。 [0003] 传统的变压器油位监测是通过人工查看油位计(管式和浮球传动指针式)。以管式油位计为例，当变压器的油位升降时，油位计主导管的浮筒也随之升降，带动上端的浮标指示装置在透明观察窗内移动，浮标指示装置一般由上下两半部分组成，下半部分为蓝色，上半部分为红色标示，人工巡检时，当发现红色标示，则说明需要立即补油。 [0004] 传统监测方法的缺点如下： [0005] 1)人工巡检方式耗费人力，且无法做到随时监测，易出现补油不及时的情况。 [0006] 2)油位计常会因阻塞等原因导致测量不准。 [0007] 对于1500KVA以下的油浸配电变压器，尚没有适用的油位温度在线监测装置，存在较高的安全隐患。 [0008] 经检索，申请号：201610552750.9，名称为“一种油浸式变压器油位温度压力一体式传感器”，包括外壳体，外壳体内部同轴设置有玻璃管，玻璃管内插入有铝管，铝管上端连接浮标指示装置，铝管下端连接漂浮筒，漂浮筒的上端固定有磁环，外壳体上端设置压力释放阀，外壳体上设置有观察窗口，外壳体上还套有环形的传感器外壳体，传感器外壳体上开设有通孔，传感器外壳体内设置有压力传感器和温度传感器，外壳体的圆周壁上还设置有七芯航空插座。该专利文献自述其在现有油位指示和压力释放阀基础上，增加油位和温度传感功能，将油位和温度转换为电信号输出，使得变压器油位、温度、压力传感器一体化，既具有传统油位指示功能、压力释放功能，又具有油位、温度和压力传感功能，安装方便。 [0009] 上述专利申请文献公开了一种改进的油位温度监测装置，该装置在管式油位计内部加装温度和压力传感器，通过测量油底部压力的变化，来算出油的深度；温度传感器用来对压力传感器进行补偿。传感器通过线缆供电和信号传输，从而实现在线监测。虽然上述发明解决了油浸配电变压器的在线监测问题，但其传感信号和传感器电源通过有线方式提供，一方面增加了变压器爬电、雷击等安全风险，另一方面其传感器变送器无论安装在传感器内还是安装在低压侧，都会面临较大的环境影响和电磁干扰。此外有线方式无论安装还是维护更换都较为复杂。因此需要研究更适用于油浸变压器油位温度监测的技术与产品。 发明内容[0011] 根据本发明提供的变压器油面温度及油位状态无线传感系统，包括：油面温度及油位状态一体式无线传感器2和无线采集器1，所述油面温度及油位状态一体式无线传感器2安装在变压器箱体上，无线采集器1以无线方式与油面温度及油位状态一体式无线传感器 2进行数据传输，其中所述油面温度及油位状态一体式为无源传感器。 [0012] 优选地，所述油面温度及油位状态一体式无线传感器2包括：油位状态传感器212和温度传感器28；具体地，通过油面温度及油位状态一体式无线传感器2中油位状态传感器212无线信号的有无和状态变化判断油位是否处于正常范围；并通过温度传感器28 的温度传感信息变化及趋势辅助判断油位是否处于正常范围。 [0013] 优选地，所述油面温度及油位状态一体式无线传感器2还包括：外壳21、浮筒23、温度传感器天线210、油位状态传感器天线213、温度传感器天线馈线29、油位状态传感器天线馈线214、压力释放装置211、浮标指示装置27、空心连杆24以及设置在外壳 21上的透明观察窗22，所述压力释放装置211安装在外壳21的顶部，所述空心连杆24 的一端伸入外壳21内部并与浮标指示装置27相连，所述外壳21的底部还设置有浮筒支架25，所述空心连杆24的另一端通过浮筒支架25后与浮筒23相连；所述空心连杆 24上还设置有限位装置26，所述限位装置26位于外壳21内部，用于限制浮筒23测量的最低油位。 [0014] 优选地，所述温度传感器28安装在浮筒23底部或侧面并与温度传感器天线馈线29 电连接，温度传感器天线馈线29穿过空心连杆24与温度传感器天线210电连接，所述温度传感器天线210安装在以下任意位置：压力释放装置211的顶部，或者外壳21的顶部，或者外壳21的侧面。 [0015] 优选地，所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接，并一起安装在浮标指示装置27的上半部或者下半部，即当浮筒23带动空心连杆24一端的浮标指示装置27上下运动时，所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213根据变压器油位分别处于或者部分处于透明观察窗22所在位置，或者完全隐蔽在外壳21内部，根据所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213是否处于或者部分处于透明观察窗22中，油位状态传感器无线信号的有无或状态将发生变化，从而形成反应变压器油位信息的开关量信号。 [0016] 优选地，所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接后还能够一并安装在透明观察窗22所在位置处，此时，所述浮标指示装置27的上半部还包裹有金属环215，所述金属环215的高度小于或等于透明观察窗22的高度，当油位发生变化时，金属环 215随浮标指示装置27在透明观察窗22所在位置上下移动，金属环215的移动将影响油位状态传感器天线213的阻抗，从而改变油位状态传感器无线信号的状态或有无，形成反应变压器油位信息的开关量信号。 [0017] 优选地，油位状态传感器天线213还能够安装在以下任意位置：压力释放装置211 的顶部，或者外壳21的顶部，或者外壳21的侧面；此时，外壳21内部还安装有油位状态天线触片216，油位状态传感器天线馈线214与油位状态天线触片216电连接，油位状态传感器天线213与油位状态传感器天线馈线214电连接，浮标指示装置27外侧还安装有油位状态传感器触片217，油位状态传感器触片217与油位状态传感器212电连接； [0018] 当油位正常时，油位状态传感器触片217与油位状态天线触片216之间无接触，也即油位状态传感器212与油位状态传感器天线213无电连接，无线采集器1无法读取油位状态传感器212无线信号；当油位低时，油位状态传感器触片217随浮标指示装置27 向下移动，与油位状态天线触片216接触，油位状态传感器212与油位状态传感器天线 213形成电连接，无线采集器1读取到油位状态传感器212无线信号；并根据油位状态传感器212无线信号的有无形成油位状态开关量信号。 [0019] 优选地，所述无线采集器1包括：采集器天线11、无线收发模块12、处理模块13、控制模块14以及通讯模块15，所述控制模块14接收来自通讯模块15的采集命令并控制无线收发模块12通过采集器天线11与油面温度及油位状态一体式无线传感器2进行通信，所述无线收发模块12用于将收到的传感信号通过控制模块14传输至处理模块13，由所述处理模块对传感信号进行处理和判别，并将处理结果通过控制模块14传输至通讯模块15。 [0020] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0021] 本发明提供的变压器油面温度及油位状态无线传感系统实现了油位和油温在线传感监测功能，将人工目视监测变为自动在线监测，提高了变压器的使用安全性；其中的传感器采用无线方式工作，并且该传感器可不使用电池或其他外部电源供电，进一步提升了监测系统的安全性，整体结构紧凑合理，易于安装与维护。附图说明 [0022] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0023] 图1为本发明提供的变压器油面温度及油位状态无线传感系统的结构示意图； [0024] 图2为本发明系统中的无线采集器的结构示意图； [0025] 图3为本发明提供的关于一种无源传感的原理示意图； [0026] 图4为本发明中油面温度及油位状态一体式无线传感器的第一种实施例的结构示意图； [0027] 图5为本发明中油面温度及油位状态一体式无线传感器的第二种实施例的结构示意图； [0028] 图6为本发明中油面温度及油位状态一体式无线传感器的第三种实施例的结构示意图； [0029] 图7为本发明中油面温度及油位状态一体式无线传感器的第四种实施例的结构示意图； [0030] 图中： [0031] 1-无线采集器； [0032] 11-采集器天线； [0033] 12-无线收发模块； [0034] 13-处理模块； [0035] 14-控制模块； [0036] 15-通讯模块； [0037] 2-油面温度及油位状态一体式无线传感器； [0038] 21-外壳； [0039] 210-温度传感器天线； [0040] 211-压力释放装置； [0041] 212-油位状态传感器； [0042] 213-油位状态传感器天线； [0043] 214-油位状态传感器天线馈线； [0044] 215-金属环 [0045] 216-油位状态天线触片 [0046] 217-油位状态传感器触片 [0047] 22-透明观察窗； [0048] 23-浮筒； [0049] 24-空心连杆； [0050] 25-浮筒支架； [0051] 26-限位装置； [0052] 27-浮标指示装置； [0053] 28-温度传感器； [0054] 29-温度传感器天线馈线； [0055] 3-无源传感器； [0056] 31-声表面波器件； [0057] 32-传感器天线； [0058] 4-查询信号； [0059] 5-回波信号； [0060] 6-阅读器天线； [0061] 7-阅读器。 具体实施方式[0062] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0063] 根据本发明提供的变压器油面温度及油位状态无线传感系统，其特征在于，包括：油面温度及油位状态一体式无线传感器2和无线采集器1，所述油面温度及油位状态一体式无线传感器安装在变压器箱体上，无线采集器以无线方式与油面温度及油位状态一体式进行数据传输，其中所述油面温度及油位状态一体式为无源传感器。 [0064] 所述油面温度及油位状态一体式无线传感器2包括：油位状态传感器212和温度传感器28。系统通过油面温度及油位状态一体式无线传感器2中油位状态传感器212无线信号的有无和状态变化判断油位是否处于正常范围。系统通过温度传感器28温度传感信息变化及趋势辅助判断油位是否处于正常范围。 [0065] 所述油面温度及油位状态一体式无线传感器2还包括：外壳21、浮筒23、温度传感器天线210、油位状态传感器天线213、温度传感器天线馈线29、油位状态传感器天线馈线214、压力释放装置211、浮标指示装置27、空心连杆24以及设置在外壳21上的透明观察窗 22，所述压力释放装置211安装在外壳21的顶部，所述空心连杆24的一端伸入外壳21内部并与浮标指示装置27相连，所述外壳21的底部还设置有浮筒支架25，所述空心连杆24的另一端通过浮筒支架25后与浮筒23相连。所述空心连杆24上还设置有限位装置26，所述限位装置26位于外壳21内部，用于限制浮筒23测量的最低油位。 [0066] 所述温度传感器28安装在浮筒23底部或侧面并与温度传感器天线馈线29电连接，温度传感器天线馈线29穿过空心连杆24与温度传感器天线210电连接，所述温度传感器天线210安装在以下任意位置：压力释放装置211的顶部，或者外壳21的顶部，或者外壳21的侧面。 [0067] 所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接，并一起安装在浮标指示装置27的上半部或者下半部，即当浮筒23带动空心连杆24一端的浮标指示装置27 上下运动时，所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213根据变压器油位分别处于或者部分处于透明观察窗22所在位置，或者完全隐蔽在外壳21内部，根据所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213是否处于或者部分处于透明观察窗22中，油位状态传感器无线信号的有无或状态将发生变化，从而形成反应变压器油位信息的开关量信号。 [0068] 所述油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接后，还可以一起安装在在透明观察窗22所在位置处，此时，所述浮标指示装置27的上半部还包裹有金属环215，所述金属环215的高度小于或等于透明观察窗22的高度，当油位发生变化时，金属环 215随浮标指示装置27在透明观察窗22所在位置上下移动，金属环215的移动将影响油位状态传感器天线213的阻抗，从而改变油位状态传感器无线信号的状态或有误，形成反应变压器油位信息的开关量信号。 [0069] 所述油位状态传感器天线213还可以安装在以下任意位置：压力释放装置211的顶部，或者外壳21的顶部，或者外壳21的侧面。此时，外壳21内部还安装有油位状态天线触片216，油位状态传感器天线馈线214与油位状态天线触片216电连接，油位状态传感器天线 213与油位状态传感器天线馈线214电连接，浮标指示装置27外侧还安装有油位状态传感器触片217，油位状态传感器触片217与油位状态传感器212电连接。当油位正常时，油位状态传感器触片217与油位状态天线触片216之间无接触，油位状态传感器212与油位状态传感器天线213无电连接，无线采集器1无法读取油位状态传感器212无线信号；当油位低时，油位状态传感器触片217随浮标指示装置27向下移动，与状态天线触片216接触，油位状态传感器212与油位状态传感器天线213形成电连接，无线采集器1读取到油位状态传感器212无线信号；系统根据油位状态传感器212 无线信号的有无形成油位状态开关量信号。 [0070] 所述无线采集器1包括：采集器天线11、无线收发模块12、处理模块13、控制模块14以及通讯模块15，所述控制模块14接收来自通讯模块15的采集命令并控制无线收发模块12通过采集器天线11与油面温度及油位状态一体式无线传感器2进行通信，所述无线收发模块12用于将收到的传感信号通过控制模块14传输至处理模块13，由所述处理模块对传感信号进行处理和判别，并将处理结果通过控制模块14传输至通讯模块15。 [0071] 下面结合附图和实施例对本发明中的技术方案做更加详细的说明。 [0072] 如图1所示，本发明中的系统包括：无线采集器1、油面温度及油位状态一体式无线传感器2，油面温度及油位状态一体式无线传感器和无线采集器之间通过无线连接方式进行通信。 [0073] 图2是本发明所述无线采集器的结构框图，包括：采集器天线11、无线收发模块 12、处理模块13、控制模块14、通讯模块15，采集器天线11与无线收发模块12电连接，控制模块14与处理模块13、通讯模块15、无线收发模块12分别电连接。 [0074] 无线采集器1的工作流程如下：控制模块14接收来自通讯模块15的采集命令，并控制无线收发模块12通过采集器天线11与油面温度及油位状态一体式无线传感器2通信，无线收发模块12将收到的传感信号传输至控制模块14，控制模块14将信号传输至处理模块13进行处理和判别，处理结果通过控制模块14传输至通讯模块15传送至后台。 [0075] 图3说明了本发明中油面温度及油位状态一体式无线传感器实现无源传感的一种方式，其中，传感器不使用电池或其他外部电源供电，具体技术原理如下： [0076] 无源传感器3由声表面波器件31和传感器天线32组成，声表面波器件31和传感器天线32电连接，声表面波器件31是主要的无源无线传感元件，可以完成电信号和机械波的互相转换。阅读器7通过阅读器天线6发送查询信号4，查询信号4通过传感器天线32传输至声表面波器件31，声表面波器件31将查询信号4的电磁波信号转换为机械波即声表面波在声表面波器件31内部传播，该声表面波的频率、相位等参数将受到环境影响如温度的影响，即可通过测量该声表面波的频率或相位参数来获取传感量的变化。已经受到环境如温度影响的声表面波被声表面波器件31再次转换为电磁波，通过传感器天线32无线发送，生成回波信号5，回波信号5被阅读器天线6接收并传输至阅读器7，阅读器7对回波信号5的参数进行测算，并结合声表面波器件31的敏感特性如温度特性(频率或相位随温度变化的特性)，得到最终传感量，可实现本发明中温度传感器28的功能。声表面波器件31的参数变化可通过设计对各种环境参量敏感，如温度、压力等。此技术原理中，无线传感的信息和传输的能量都包含在查询信号4和回波信号 5中，无源传感器3不需要任何电池进行供电。当传感器天线32与声表面波器件31间的电连接断开或传感器天线32被完全屏蔽时，声表面波器件31将无法接收查询信号4，阅读器7也无法接收回波信号5，无源传感器3的信号有无可作为开关量，实现本发明中油位状态传感器212的功能。 [0077] 在本发明的优选例中，即可采用上述技术原理实现无源传感。需要说明的是，本发明中的无源传感方式并不限于上述提到的原理。 [0078] 实施例1 [0079] 如图4所示的油面温度及油位状态一体式无线传感器，包括：透明观察窗22、浮筒支架25安装在外壳21内，压力释放装置211安装在外壳21上方。温度传感器28安装在浮筒23底部，浮筒23中心装有空心连杆24，温度传感器28与天线馈线29电连接，天线馈线29穿过空心连杆24后与温度传感器天线210电连接，温度传感器天线210安装在外壳21侧面。空心连杆24上装有限位装置26，空心连杆24的另一端和浮标指示装置27相连。油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接，油位状态传感器212和油位状态传感器天线213安装在浮标指示装置27下半部分。 [0080] 上述实施例中，当变压器油位正常时，浮标指示装置27的下部分露出透明观察窗 22，浮筒23底部的温度传感器28与变压器油充分接触，浮标指示装置27下半部分内油位状态传感器天线213不被外壳21遮挡，油位状态传感器212的无线信号可被系统读取。当变压器内油位下降时，浮筒23通过空心连杆24带动浮标指示装置27一起下降，浮标指示装置27的上半部分露出透明观察窗22，油位状态传感器天线213被外壳 21遮挡，油位状态传感器 212的无线信号无法被系统读取；同时温度传感器28逐渐与变压器油脱离，传感到的温度产生变化，系统根据油位状态传感器212信号的有无及温度传感器28传感量的变化，判断油位是否过低。 [0081] 实施例2 [0082] 如图5所示的油面温度及油位状态一体式无线传感器，包括：透明观察窗22、浮筒支架25安装在外壳21内，压力释放装置211安装在外壳21上方。温度传感器28安装在浮筒23底部，浮筒23中心装有空心连杆24，温度传感器28与天线馈线29电连接，天线馈线29穿过空心连杆24后与温度传感器天线210电连接，温度传感器天线210安装在压力释放装置211上。空心连杆24上装有限位装置26，空心连杆24的另一端和浮标指示装置27相连。油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接，油位状态传感器212和油位状态传感器天线213安装在浮标指示装置27上半部分。 [0083] 上述实施例中，当变压器油位正常时，浮标指示装置27的下部分露出透明观察窗 22，浮筒23底部的温度传感器28与变压器油充分接触，浮标指示装置27上半部分内油位状态传感器天线213被外壳21遮挡，油位状态传感器212的无线信号无法被读取。当变压器内油位下降时，浮筒23通过空心连杆24带动浮标指示装置27一起下降，浮标指示装置27的上半部分露出透明观察窗22，油位状态传感器天线213不被遮挡，油位状态传感器212的无线信号可被系统读取；同时温度传感器28逐渐与变压器油脱离，传感到的温度产生变化，系统根据油位状态传感器212信号的有无及温度传感器28传感量的变化，判断油位是否过低。 [0084] 实施例3 [0085] 如图6所示的油面温度及油位状态一体式无线传感器，包括：透明观察窗22、浮筒支架25安装在外壳21内，压力释放装置211安装在外壳21上方。温度传感器28安装在浮筒23底部，浮筒23中心装有空心连杆24，温度传感器28与天线馈线29电连接，天线馈线29穿过空心连杆24后与温度传感器天线210电连接，温度传感器天线210安装在外壳21侧面。空心连杆24上装有限位装置26，空心连杆24的另一端和浮标指示装置27相连。油位状态传感器212和油位状态传感器天线213电连接，油位状态传感器212和油位状态传感器天线213安装透明观察窗22所在位置，浮标指示装置27外包裹有金属环215。 [0086] 上述实施例中，当油位发生变化时，金属环215随浮标指示装置27在透明观察窗 22所在位置上下移动，金属环215的移动将影响油位状态传感器天线213的阻抗，从而改变油位状态传感器无线信号的状态或有误，形成反应变压器油位信息的开关量信号。系统根据油位状态传感器212信号的有无及温度传感器28传感量的变化，判断油位是否过低。 [0087] 实施例4 [0088] 如图7所示的油面温度及油位状态一体式无线传感器，包括：透明观察窗22、浮筒支架25安装在外壳21内，压力释放装置211安装在外壳21上方。温度传感器28安装在浮筒23底部，浮筒23中心装有空心连杆24，温度传感器28与天线馈线29电连接，天线馈线29穿过空心连杆24后与温度传感器天线210电连接，温度传感器天线210安装在压力释放装置211上。空心连杆24上装有限位装置26，空心连杆24的另一端和浮标指示装置27相连。外壳21内部安装有油位状态天线触片216，油位状态传感器天线馈线214与油位状态天线触片216电连接，油位状态传感器天线213安装在外壳21侧面，油位状态传感器天线213与油位状态传感器天线馈线214电连接，浮标指示装置27 外侧安装有油位状态传感器触片217，油位状态传感器触片217与油位状态传感器212 电连接。 [0089] 上述实施例中，当油位正常时，油位状态传感器触片217与油位状态天线触片216 之间无接触，油位状态传感器212与油位状态传感器天线213无电连接，无线采集器1 无法读取油位状态传感器212无线信号；当油位低时，油位状态传感器触片217随浮标指示装置27向下移动，与油位状态天线触片216接触，油位状态传感器212与油位状态传感器天线213形成电连接，无线采集器1读取到油位状态传感器212无线信号；系统根据油位状态传感器 212无线信号的有无形成油位状态开关量信号。 |
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