压力温度集成监测组件和变压器油箱压力及温度监测装置

技术领域

本发明涉及电力设备检测技术领域，尤其涉及一种油浸式电力设备的压力温度集成式监测组件，以及一种变压器油箱压力及温度监测装置。

背景技术

变压器压力释放阀是用来保护大中型油浸式变压器的压力保护装置，在变压器内部发生故障并产生大量气体时，可以避免油箱变形和爆裂。压力保护装置内部设有一个信号开关，其常开接点在压力保护装置开启喷油时闭合，将压力释放信号送入变压器非电量保护装置，在发出事故信号的同时，跳开变压器两侧开关。压力保护装置的开启压力为55Kpa(该压力系变压器油箱安全压力的0.6～0.7倍)，关闭压力为34Kpa。但传统的油浸式电力变压器压力释放阀通常不具备油箱压力及温度的实时监测能力。

现有技术提出一种变压器压力释放阀，其中将下塞罩与阀座法兰通过一弹性伸缩管密封连接，上塞罩上部有一灵敏电阻与导杆接触，灵敏电阻、电源、电流表串连组成回路，导杆在变压器内部压力作用下，沿轴向上下移动，并将信号传递给电路部分并由灵敏电流表显示出来。该方案通过导杆发生的位移大小与压力的函数关系以及灵敏电阻的电阻值来确定压力与电流表显示值之间的关系，这样可把压力与电流值转换后的量程标示出来可准确显示油箱内部的压力。但是，该方案通过导杆发生的位移大小与压力的函数关系以及灵敏电阻的电阻值来确定压力值容易产生误差，导致油压监测不够准确，且用以实现变压器压力释放阀的压力计算的内部结构复杂，导致成本较高效果较差，且该方案没有油箱温度监测功能。

因此，如何设计一种可以对运行中变压器油箱内压力及温度进行实时监测、并尽早提供压力异常报警以确保变压器运行安全且成本较低的温压监测组件和变压器压力释放阀显得尤为必要。

发明内容

本发明提供一种油浸式电力设备的压力温度集成监测组件，可以实时监测油箱温度及压力，高效集成，安装维修方便，且成本低廉。其技术方案如下：

一种油浸式电力设备的压力温度集成监测组件，包括：

设置于压力释放阀内侧的压力、温度传感器一体化集成组件；其中，所述压力、温度传感器一体化集成组件包括集成为一体的压力传感器和温度传感器；

与所述压力、温度传感器一体化集成组件电连接的控制器，所述控制器包括模数转换器及显示器；

所述模数转换器用于将压力传感器输出的压力信号及温度传感器输出的温度信号分别进行模数转换；

所述显示器用于接收经过模数转换的压力信号及温度信号，并进行压力、温度的数值显示。

优选地，所述压力、温度传感器一体化集成组件还包括安装部，所述安装部可拆卸连接于所述压力释放阀内侧处，所述压力传感器和所述温度传感器设置于所述安装部上。

优选地，所述压力传感器的量程为0-10Mpa；所述温度传感器的量程为-50℃-150℃。

优选地，所述压力传感器采用硅压阻式压力传感器；所述温度传感器采用荧光体光纤温度传感器。

优选地，所述控制器还包括压力变送器及温度变送器；所述压力变送器与所述压力传感器电连接，用于将0-10Mpa的压力信号转换为4-20mA标准电流信号；所述温度变送器与所述温度传感器电连接，用于将-50℃-150℃的温度信号转换为4-20mA标准电流信号。

优选地，所述控制器还与远程控制室电连接，用于将所述压力变送器和所述温度变送器输出的4-20mA标准电流信号上传至远程控制室。

优选地，所述控制器还包括RS485接口，所述RS485接口与所述模数转换器电连接，用于将经过模数转换的压力信号及温度信号上传至远程控制室。

优选地，所述控制器还包括继电器，所述继电器与所述模数转换器电连接，用于接收经过模数转换的压力信号和温度信号，并在压力值达到预设压力阈值或温度值达到预设温度阈值时输出相应的开关量信号。

优选地，所述控制器还包括压力报警器和温度报警器，所述压力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压力报警，所述温度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温度报警。

为实现上述目的，本发明相应的还提供一种变压器油箱压力及温度监测装置，包括设置在变压器油箱上的压力释放阀，所述压力释放阀内侧设置有上述油浸式电力设备的压力温度集成监测组件。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

1、采用压力及温度传感器一体化集成式组件，可实时准确的监测油浸式变压器的油压及温度的关键状态参数，防止油箱温压异常导致油箱变形或爆裂，且该一体化集成式组件仅需要在变压器压力释放阀位置进行安装，安装维修方便，成本低廉；

2、采用硅压阻式压力传感器，油压力直接作用于硅压阻式压力传感器的膜片上，利用压阻效应，传感器可快速准确获取油箱压力状态；采用荧光体光纤温度传感器，利用其抗电磁干扰、微小尺寸、绝缘性强、高精度等特点，便于与压力传感器集成为一体化组件，并准确测量油箱的油温状态。

附图说明

图1为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件安装于压力释放处的整体剖面结构图；

图2为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件的结构框图；

图3为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中压力、温度传感器一体化集成组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中的压力、温度传感器一体化集成组件和控制器接线示意图；

图5为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中的硅压阻式压力传感器内部电路框图；

图6为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中的硅压阻式压力传感器应用电路图；

图7为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中的荧光体光纤温度传感器的荧光特性曲线图；

图8为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中的荧光体光纤温度传感器的温度随荧光余辉变化曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参照图1-8，图1是本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件安装于压力释放处的整体剖面结构图，图2为本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件的结构框图。该油浸式电力设备的压力温度集成监测组件包括：设置于压力释放阀200内侧的压力、温度传感器一体化集成组件110，以及与所述压力、温度传感器一体化集成组件110电连接的控制器120。

其中，所述压力、温度传感器一体化集成组件110包括集成为一体的压力传感器111和温度传感器112。

所述控制器120包括显示器121及模数转换器122。

所述模数转换器122用于将压力传感器111输出的压力信号及温度传感器112输出的温度信号分别进行模数转换；

所述显示器121用于接收经过模数转换的压力信号及温度信号，并进行压力、温度的数值显示。

为解决现有的油浸式电力变压器压力释放阀通常不具备油箱温度及压力的实时监测能力，或所提供的压力检测技术过于复杂、测量准确度较低、成本较高等问题，本实施例提供一种油浸式电力设备的压力温度集成监测组件，旨在实时、精确化监测变电站油浸式变压器的综合油温、油压状态及变化趋势，同时降低运营成本、提高维修效率等，基于上述技术目的，本实施例将压力传感器、温度传感器集成于同一组件中，与此同时，将压力传感器输出的压力信号以及温度传感器输出的温度信号分别进行模数转换的模数转换器集成于控制器中，以此集成了压力及温度一体化集成式传感器及数字信号输出电路，并通过显示器实时获取经过模数转换的油箱压力信号及温度信号进行实时显示，便于用户实时查看油箱的温压信息。其技术优势在于，集成了上述多参数传感器的同时，通过一体化设计，仅需要在变压器压力释放阀位置进行安装，就能够实时准确的监测油浸式变压器油压及温度的关键状态参数，并给出实时的监测结果，实现了高效集成、安装维护方便、降低成本的目的。

具体地，为了实现变压器油箱油温及油压的现场监测功能，同时防止控制器与变压器油接触，本实施例中，控制器120与压力、温度传感器一体化集成组件110可以通过较短线路连接，且压力、温度传感器一体化集成组件110的至少一部分自外向内伸入至压力释放阀200内部，同时将控制器120设置于压力释放阀200外部，并靠近压力、温度传感器一体化集成组件110。

优选地，请参照图3，图3为压力、温度传感器一体化集成组件110的结构示意图，其中所述压力、温度传感器一体化集成组件110还包括安装部113，所述安装部113可拆卸连接于所述压力释放阀200内侧处，所述压力传感器111和温度传感器112设置于所述安装部113上。

在本实施例的一种具体实施方式中，安装部113采用螺纹设计，与压力释放阀200进行旋合安装，不仅使得压力释放阀200与压力、温度传感器一体化集成组件110安装固定，且安装、拆卸过程简便，当压力、温度传感器一体化集成组件110产生故障时，便于维修。

进一步的，压力传感器111相对远离所述安装部113设置，温度传感器112相对接近所述安装部113设置，换言之，温度传感器112位于安装部113和压力传感器111之间，该压力、温度传感器一体化集成组件110在压力释放阀内侧处直接浸入油品中实时测量温压，并直接进行应用，其测量方法更加便捷、效率更高。

进一步的，本实施例的压力、温度传感器一体化集成组件110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，该一体化集成组件可以直接浸入油品中，在线实时测量，其中该一体化集成组件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；进一步的，本实施例的所有电气连接均设计为电气隔离，并可耐受短时间的断电，以使油浸式电力设备的压力温度集成监测组件可以持续监测变压器油箱的温压状态。

优选地，所述压力传感器111的量程为0-10Mpa；所述温度传感器112的量程为-50℃-150℃。

结合图4，图4为压力、温度传感器一体化集成组件110和控制器120接线示意图，优选地，控制器120还包括压力变送器及温度变送器123；所述压力变送器与所述压力传感器电连接，用于将0-10Mpa的压力信号a转换为4-20mA标准电流信号；所述温度变送器与所述温度传感器电连接，用于将-50℃-150℃的温度信号b转换为4-20mA标准电流信号。

具体地，压力变送器及温度变送器123可以集成于控制器中，其中压力变送器可将0-10Mpa的压力信号转换为4-20mA标准电流信号，温度变送器可将-50℃-150℃的温度信号转换为4-20mA标准电流信号。

优选地，所述控制器120还与远程控制室300电连接，用于将所述压力变送器和所述温度变送器123输出的4-20mA标准电流信号上传至远程控制室300。

优选地，所述控制器还包括RS485接口124，所述RS485接口124与所述模数转换器122电连接，用于将经过模数转换的压力信号及温度信号(即数字信号)上传至远程控制室300。

本实施例中，压力传感器111输出的压力信号和温度传感器112输出的温度信号在线实时的传送至控制器120，而安装在就地组件柜或后台屏柜上的所述控制器120，接入一路AC220V电源125，控制器120中的压力变送器及温度变送器123将接收到的压力和温度信号(即初级电信号)转换成4-20mA的标准电信号后，可直接输出至远程控制室300，也可经由模数转换器122转换为数字信号后，再通过RS485接口124以RS485信号的形式上传至远程控制室300，供远方监控测量使用。

本实施例的压力温度集成监测组件通过控制器120中的RS485通信接口124，以及压力变送器及温度变送器123的信号输出端口，将压力释放阀200内的压力、温度信息发送至远程控制室300，通过两路不同的信号(模拟信号和数字信号)输出至远程控制室300，以便远程控制室300对电力设备的温度信息以及压力信息进行管理以及记录。远程控制室300作为电力设备的后台管控中心，在接收到压力信号和温度信号后，进行实时显示及记录，远程控制室300的工作人员可以实时监测电力设备的油温现场状态及历史状态，以进行相应的整体管控操作。

优选地，所述控制器120内设置有继电器126，所述继电器126与所述模数转换器122电连接，用于接收经过模数转换的压力信号和温度信号，并在压力值达到预设压力阈值或温度值达到预设温度阈值时输出相应的开关量信号。

本实施例中，所述控制器120还可以根据被监测对象即变压器的实际要求，设定压力和温度的限值，通过内置继电器123输出(限制)开关量信号，从而完成输变电线路中非电量的逻辑处理。具体地，此处开关量信号为继电器开关的打开/闭合信号，其中可以在压力值达到预设压力阈值或温度值达到预设温度阈值时闭合继电器开关并输出开关量信号至远程控制室300及压力报警器127和温度报警器128中，其中预设温度阈值根据不同的变压器性能设置在45℃～105℃之间，预设压力阈值根据不同的变压器性能设置在55kpa～70kpa之间，当相应的变压器油箱温度值或/和压力值达到上述相应的阈值时，则闭合开关并输出开关量信号至温度报警器或压力报警器以及远程控制室中，以便远程控制室及变压器现场同时拉响警报，确保变压器运行安全。

优选地，所述控制器120还包括压力报警器127和温度报警器128，所述压力报警器127与所述继电器126电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行压力报警，所述温度报警器128与所述继电器126电连接，用于根据所述继电器输出的开关量信号进行温度报警。

本实施例中，控制器除了可以实时显示油箱的温压信息之外，当变压器油箱压力达到预先设定的压力阈值时，继电器输出开关量信号至压力报警器中拉响压力报警器，以及当变压器油箱温度达到预先设定的温度阈值时，继电器输出开关量信号至温度报警器中拉响温度报警器，以发出现场的警报信息，也可将该开关量信号远传给远程控制室，以在远程控制室发出警报。进一步的，远程控制室可以设置有压力报警器和温度报警器，在接收到继电器输出的对应开关量信号后，适时发出报警信号。

优选地，所述压力传感器111采用硅压阻式压力传感器；

本实施例中，压力传感器的工作原理是，压力直接作用在硅压阻式压力传感器的膜片上，传感器内部采用硅单晶材料，借助其在受到外力作用下电阻率会发生变化的现象(压阻效应原理)，可以用来检传感器是否受到压力，其变化的阻值与受到的压力成正比对应关系，利用本实施例中压力变送器转换输出一个对应于该压力的标准电流信号，其至少解决了普通压力传感器应用于压力释放阀处测量油箱油压时其体型过大、测量油压不准、难以实现集成化等问题，请参照图5-6，图5为硅压阻式压力传感器内部电路框图，图6为硅压阻式压力传感器应用电路图。

具体而言，可以采用50型压力传感器，其为采用TO-5镍金属技术封装结构的硅压阻式压力传感器，采用无引压管设计，压力直接作用于传感器顶部，采用绝压类压力传感器，量程范围从0～5PSI至0～500PSI，采用压力介质环绕芯片的结构设计，可应用于变压器绝缘液体，使其在作用于压力释放阀内侧时所实时探测的油压信息更加准确、高效。

优选地，所述温度传感器112采用荧光体光纤温度传感器。

荧光体光纤温度传感器具有抗电磁干扰、稳定可靠、微小尺寸、高精度、长寿命及绝缘性好等特点，它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，本实施例的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。利用上述特征，可以将荧光体光纤温度传感器和硅压阻式压力传感器组合形成一体化集成温压监测组件，该监测组件体积较小、适用性强，以达到准确探测油箱实时温压状态，以及节约成本、提高可操作性的技术目的，请参照图7-8，图7为荧光特性曲线图，图8为荧光余晖在时间上的积分(即荧光余辉寿命)与温度的之间的函数对应曲线。

本实施例在传统变压器压力释放阀内侧设置了集成为一体的硅压阻式压力传感器与荧光体光纤温度传感器，采用优化结构，再利用压力变送器将0-10Mpa的压力信号转接转变为4-20mA输出电流信号，以及利用温度变送器将-50℃-150℃的温度信号转换为4-20mA标准电流信号，通过集成为一体的硅压阻式压力与荧光体光纤温度传感器在压力释放阀处的直接应用，既可以在控制器的显示器上直接实时显示压力释放阀处油压及温度数值，也可以将4-20mA标准电信号远传给远程控制室，用于变压器油箱内压力与温度实时监测，还可集成油压、油温过高报警功能。

本发明实施例提供的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件，通过将压力传感器和温度传感器集成于一体，仅需要在变压器压力释放阀位置进行安装即可，而且传感器集成组件直接浸入油品中就能够实时准确的监测油浸式电力设备油压及温度的关键状态参数，进一步的，通过控制器实时显示及控制，实现了高效集成、安装维护方便、降低成本的目的；且该一体式传感器集成组件采用硅压阻式压力传感器以及荧光体光纤温度传感器，使得油压力直接作用于硅压阻式压力传感器的膜片上，利用压阻效应传感器可快速准确获取油箱压力状态；而荧光体光纤温度传感器，利用其抗电磁干扰、微小尺寸、绝缘性强、高精度等特点，便于与压力传感器集成为一体化组件，并准确测量油箱的油温状态。

基于上述实施例公开的一种油浸式电力设备的压力温度集成监测组件，请参照图1，本实施例对应公开了一种变压器油箱压力及温度监测装置，该变压器油箱压力及温度监测装置包括设置在变压器油箱上的压力释放阀，所述压力释放阀内侧设置有上述油浸式电力设备的压力温度集成监测组件。

优选地，如图1所示，所述压力释放阀200包括阀体210、阀座240、阀杆250及阀盖260，所述阀座240设置于所述阀体210下端，其上端设置有阀盘270，所述阀盘270与所述阀杆250下端连接，所述阀体上设置有泄油口220，所述阀杆250外部安装有弹簧280，所述阀杆250由位于所述阀盘270位置处向上沿伸至所述阀盖260顶端，所述阀盘270与阀座240之间设置有进油口230。

本实施例的压力释放阀安装在变压器上盖上，通过上述结构的组合及连接，其主要工作原理如下：油箱内部的压力驱动阀盘带动导杆向上运动，下塞罩在弹性伸缩管的作用下也会同时向上运动，当变压器内部压力达到预定值时，弹性伸缩管不再伸长，阀盘与阀座之间出现间隙，进油口和泄油口相通开启释压，可选的，可以在阀盘和阀座之间设置密封圈，当阀盘和密封圈出现间隙时开启释压。

优选地，所述阀盖260下侧还设置有弹簧调节压盘290，与所述弹簧280一端相连接，且所述阀杆250穿过所述弹簧调节压盘290。

优选地，所述阀杆250上端还设置有行程开关2A0。

行程开关利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。本实施例通过在阀杆上端设置行程开关来限制阀杆机械运动的位置，使阀杆的机械运动在一定位置内进行运动等，以此达到变压器释放阀在预设压力范围内的压力释放作用。

优选地，所述阀体230外部设置有阀罩2B0。为了防止压力释放阀生锈等问题，本实施例在阀体外部设置有阀罩。

优选地，所述阀罩2B0上设置有出线孔2C0，沿所述出线孔2C0向外的预设范围内安装有接线盒2D0。本实施例在阀罩上设置出线孔，压力释放阀内电线通过该出线孔通入接线盒，其接线盒安装于阀罩上沿该出线孔向外预设范围内，使得压力释放阀在阀罩的保护下仍呈封闭状态。

优选地，所述阀座240开设有螺纹孔径(未画出)，所述的油浸式电力设备的压力温度集成监测组件100通过所述螺纹孔径安装于所述压力释放阀200内侧。

本实施例通过阀座上的该螺纹孔径可以与油浸式电力设备的压力温度集成监测组件中压力、温度传感器一体化集成组件的安装部相匹配，油浸式电力设备的压力温度集成监测组件通过该螺纹孔径进行安装固定或拆卸维修，其操作简便、快捷，同时节约成本。

优选地，所述阀座240通过螺钉安装于变压器油箱的上盖2E0上。

优选地，所述阀盖260包括阀盖顶座，所述阀杆上端穿过述所阀盖顶座，所述阀盖顶座上方设置有防雨罩2F0。本实施例通过在阀盖顶座上方设置防雨罩，有效对压力释放阀进行防潮。

本实施例所提供的变压器油箱压力及温度监测装置与现有技术至少存在的区别在于，变压器压力释放阀内侧安装有压力温度集成监测组件，该压力温度集成监测组件可以直接浸入油品中，实时监测变压器油箱内压力和温度信息，并进行显示和控制，可以实时保护变压器油箱，以防止变压器因绝缘或其他异常故障所以引发的电力事故。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。