用于电力电子装置的在线监测装置及系统

技术领域

本发明涉及石化设备领域，特别是涉及用于电力电子装置的在线监测装置及系统。

背景技术

随着电力电子技术的广泛应用和发展，大功率的风电变流器、光伏逆变器、电弧炉和焊接等设备中所应用的电力电子装置（如变频器、SVG、UPFC、整流器、直流电源等器件）对于电气设备整体的稳定性、安全性和可靠性的影响越来越大。

基于以上，如何保护电力电子装置的安全可靠运行，以避免器件的损坏，从而最大限度减小电气故障发生率，对电力电子装置来讲，意义重大。

发明人经过研究发现，现有技术中，直接通过温度传感器等监测装置直接采集监测对象（即电力电子装置）的数据的方式，无法适用于被隔离处理电力电子装置，从而造成这些电力电子装置的监测效果较差，存在其故障无法及时被发现的风险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供用于电力电子装置的在线监测装置及系统。本发明可以对恶劣环境中的电力电子装置进行实时的监测。

本发明提供一种用于电力电子装置的在线监测装置，包括：

所述电力电子装置包括套设于隔离对象外的隔离箱体；所述隔离箱体内充满有绝缘油；所述隔离对象包括电力电子功率器件和控制驱动单元；所述隔离箱体设有可绝缘密封的外联通孔；

所述监测装置包括：用于采集所述绝缘油温度数据的温度传感器、用于分析所述绝缘油中溶解气体组分的分析单元，和，用于向预设上位机传输温度数据和分析结果数据的通信单元；

所述隔离对象的外部连接线通过所述外联通孔与外部设备连接；所述外部设备包括所述通信单元、电源、负载和上级控制器中的一种及其任意组合。

优选的，在本发明中，所述隔离箱体外壁还包括散热鳍片。

优选的，在本发明中，还包括绝缘油置换机构；

所述绝缘油置换机构通过所述隔离箱体设有的进油口和出油孔实现所述隔离箱体内外绝缘油的置换。

优选的，在本发明中，还包括自动控制单元；

所述自动控制单元根据由所述温度数据所生成控制指令控制所述绝缘油置换机构的启闭。

优选的，在本发明中，还包括滤油机；

所述滤油机与所述绝缘油置换机构联通，用于过滤从所述隔离箱体置换出的绝缘油。

优选的，在本发明中，所述隔离箱体内还设有导流管；

所述导流管包括输送部和引流部；所述输送部的一端与所述出油口连通，所述引流部设于临近所述隔离对象的位置；所述引流部的不同位置包括多个引流孔。

优选的，在本发明中，所述电力电子功率器件和控制驱动单元采用IGBT成套模组。

在本发明的另一面，还提供一种用于电力电子装置的在线监测系统，包括上述在线监测装置，以及，上位机；

所述上位机用于以接收自所述在线监测装置的温度数据和分析结果数据为参数，根据预设算法生成所述隔离对象的监测结果。

优选的，在本发明中，所述预设算法包括：

以所述温度数据为参数进行流体传热计算，以获取所述隔离对象的温度估算值；

当所述温度估算值超过预设温度阈值范围时，生成报警信息。

优选的，在本发明中，所述预设算法包括：

根据所述分析结果数据判断所述隔离箱体内是否发生放电或/和局部过热；

当判断结果为是，生成报警信息。

有益效果

本发明中的在线监测装置的应用场景为用于特定的电力电子装置；具体来说，为了降低高低温、潮湿以及空气污染等恶劣环境中电力电子装置的故障率，以及延长这些电力电子装置的使用寿命，在本发明中的电力电子装置包括有隔离装置，即，本发明中在需要隔离的电力电子装置外套设有隔离箱体，为了避免电力电子装置被隔离后温度升高影响电力电子装置的正常运行，本发明中不但将隔离箱体的材质设置为金属，此外，在隔离箱体内还设有导热性能优良的绝缘油，这样，就可以避免电力电子装置由于被隔离导致的温度过高。

上述被隔离后的电力电子装置虽然与外界的恶劣环境进行了有效的隔绝，避免了电力电子装置由于恶劣环境造成的故障，以及，由此导致的电力电子装置使用寿命减少的问题。但是，还需要对于电力电子装置进行实时监测在对设备故障进行及时的预判和报警，来提高电力电子装置的可靠性。

为此，本发明中的监测装置设置为包括温度传感器、分析单元和通信单元；这样可以同时将隔离箱体内的温度数据和绝缘油的气体成分数据实时的传输至预设的上位机中，这样，上位机就可以以实时接收到的温度数据和分析结果数据为参数，根据预设算法来在隔离箱体内部的温度或是电气性能发生异常的时候，实时的生成报警信息，从而可以及时的对设备故障进行报警，从而提高电力电子装置运行的可靠性。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明中所述用于电力电子装置的在线监测装置的结构示意图；

图2为本发明中所述用于电力电子装置的在线监测系统的结构示意图；

图3为本发明中所述用于电力电子装置的在线监测装置的又一结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

为了对恶劣环境中的电力电子装置进行实时的监测，如图1所示，本发明提供一种用于电力电子装置的在线监测装置，包括：

所述电力电子装置包括套设于隔离对象02外的隔离箱体01；所述隔离箱体01内充满有绝缘油；所述隔离对象02包括电力电子功率器件和控制驱动单元；所述隔离箱体01设有可绝缘密封的外联通孔11；

所述监测装置包括：用于采集所述绝缘油温度数据的温度传感器31、用于分析所述绝缘油中溶解气体组分的分析单元32，和，用于向预设上位机传输温度数据和分析结果数据的通信单元33；

所述隔离对象02的外部连接线12通过所述外联通孔11与外部设备连接；所述外部设备包括所述通信单元、电源、负载和上级控制器中的一种及其任意组合。

需要说明的是，本发明中的在线监测装置的应用场景为用于特定的电力电子装置；具体来说，为了降低高低温、潮湿以及空气污染等恶劣环境中电力电子装置的故障率，以及延长这些电力电子装置的使用寿命，在本发明中的电力电子装置包括有隔离装置，即，本发明中在需要隔离的电力电子装置外套设有隔离箱体01，为了避免电力电子装置被隔离后温度升高影响电力电子装置的正常运行，本发明中不但将隔离箱体01的材质设置为金属，此外，在隔离箱体01内还设有导热性能优良的绝缘油，这样，就可以避免电力电子装置由于被隔离导致的温度过高。

上述被隔离后的电力电子装置虽然与外界的恶劣环境进行了有效的隔绝，避免了电力电子装置由于恶劣环境造成的故障，以及，由此导致的电力电子装置使用寿命减少的问题。但是，还需要对于电力电子装置进行实时监测在对设备故障进行及时的预判和报警，来提高电力电子装置的可靠性。

在本发明中，隔离装置的使用对象（即隔离对象）可以是包括了变频器、SVG、UPFC、整流器、直流电源等器件，且在如高温、低温、潮湿、灰尘或空气污染等恶劣环境使用的电力电子装置；具体来说，隔离对象02包括电力电子功率器件和控制驱动单元；在实际应用中，电力电子功率器件和控制驱动单元可以采用IGBT成套模组，从而适于长期浸泡于绝缘油12中工作。

隔离箱体01及其内部充满的绝缘油可以对隔离对象02有效的隔绝，从而避免恶劣环境对于电力电子装置的影响，本发明中采用导热性能良好的绝缘油和金属材质的隔离箱体01，这样，在起到隔绝作用同时还可以避免由于隔离所造成的电力电子装置的温度升高。接着，在本发明中，隔离箱体01还设有可绝缘密封的外联通孔11，这样，隔离对象02的外部连接线12通过绝缘套管等密封件，就可以通过外联通孔11来与外部的电源、负载和上级控制器连接等外部设备进行连接。

监测装置包括用于采集绝缘油温度数据的温度传感器31、用于分析绝缘油中溶解气体组分的分析单元32，和，用于向预设上位机传输温度数据和分析结果数据的通信单元33；这样可以同时将隔离箱体01内的温度数据和绝缘油的气体成分数据实时的传输至预设的上位机中，这样，可上位机就可以以实时接收到的温度数据和分析结果数据为参数，根据预设算法来在隔离箱体01内部的温度或是电气性能发生异常的时候，实时的生成报警信息，从而可以及时的对设备故障进行报警，从而提高电力电子装置运行的可靠性。

如图2所示，本发明中的用于电力电子装置的在线监测装置，可以与预设的上位机03联合使用，来构成于电力电子装置的在线监测系统，其中的在线监测装置采集到的温度数据和分析结果数据，可以通过通信单元33实时的传输至上位机03；本发明中的上位机03作为数据处理和警报生成设备，可以以接收自所述在线监测装置的温度数据和分析结果数据为参数，并根据预设算法生成隔离对象02的监测结果。在实际应用中，本发明中线监测装置的通信单元33和上位机03之间可以通过有线或是无线的方式实现数据通信。

具体来说，本发明中的监测结果至少可以包括正常和异常两种状态，当监测结果为异常时可以生成相应的警报信息；预设算法中可以包括一个预设温度阈值范围，该预设温度阈值范围用来确定隔离对象的正常工况时对应的温度范围；即，当根据上位机03获得的温度数据估算出的隔离对象02的当前温度超出预设温度阈值范围时，可以生成报警信息来提示隔离对象02（即被监测的电力电子装置）温度异常。

此外，本发明中上位机03还会获得对于隔离箱体01内绝缘油中气体成分的分析结果数据，上位机03通过分析结果数据，可以预判隔离箱体01内是否存在有放电和局部过热等电气性能异常，从而可以当隔离箱体01内存在电气性能异常时，生成报警信息。

在实际应用中，本发明中的预设算法中还可以包括有隔离对象02的温度估算的步骤，这样，预设算法就可以包括：

S11、以温度数据为参数进行流体传热计算，以获取所述隔离对象02的温度估算值；

本发明中，可以是通过借助Fluent等流体传热计算软件来对隔离对象02和隔离箱体01内的温度数据进行计算以获得隔离对象02的温度估算值。

S12、当所述温度估算值超过预设温度阈值范围时，生成报警信息。

本发明中，可以根据隔离02对象种类的不同设定不同的预设温度阈值范围，即，不同的电力电子装置其正常的工况温度区间也是不同的。当隔离对象02的温度估算值超过预设温度阈值范围时，为了保护设备自身和保障安全生产，可以实时的生成报警信息以保障电力电子装置的故障能够得到及时的维护和消除。

优选的，如图3所示，本发明中的隔离箱体01外壁还可以包括散热鳍片14；这样，可以进一步的减少由于隔离对于隔离对象02所造成的温度升高的问题；进一步的，还可以在隔离箱体01内壁还设有凸起部15，从而增大绝缘油与隔离箱体01的接触面积来提高导热的效率；

在高温的恶劣环境中，或是当隔离对象02发热量过大的情况下，为了维持隔离对象02的正常工作工况，进一步的，本发明中的隔离装置还可以包括绝缘油置换机构；绝缘油置换机构通过隔离箱体01设有的进油口16和出油孔17实现隔离箱体01内外绝缘油的置换。这样，通过对隔离箱体01内的绝缘油进行置换，可以迅速的降低隔离对象02的环境温度，避免隔离对象02温度过高。

优选的，本发明中的绝缘油置换机构还可以包括自动控制单元（图中未示出）；自动控制单元根据由温度数据所生成控制指令控制绝缘油置换机构的启闭。具体来说，温度传感器31采集温度数据后，上位机会以温度数据为参数，根据预设算法生成隔离对象的监测结果；当监测结果为异常时，比如，当监测结果为判断隔离对象的当前温度为超标时，会生成相应的报警信息；在线监测装置中的通信单元会获取该报警信息；自动控制单元根据这个由温度数据生成的报警信息，来生成相应的控制指令；这样，就可以实现当上位机产生报警信息的同时，自动控制单元可以及时的自行启动绝缘油置换机构来对隔离箱体内的高温绝缘油进行置换，从而对隔离对象02进行实时的降温，从而可以在第一时间来对电力电子装置进行保护，避免该电力电子装置过温损坏。

优选的，在本发明中隔离箱体01内还可以设有导流管；导流管包括输送部18和引流部19；输送部18的一端与出油口16连通，引流部19设于临近隔离对象02的位置；引流部19的不同位置包括多个引流孔。当隔离对象02温度过高时，距离隔离对象02最近的绝缘油的温度是最高的，通过导流管可以加快对于高温绝缘油的置换，从而加快对于隔离对象02温度控制的速度和效率。

为了使隔离对象02各个位置附近的绝缘油的置换速度一致，在实际应用中，多个引流孔的分布方式还可以设置为：引流部19中靠近输送部18一端的引流孔的分布密集度小于另一端。具体来说，如果多个引流孔的密度相同，通过输送部18抽出绝缘油的时候，那么就会使得靠近输送部18位置的引流孔负压较大，进而有着较快的流速，而远离输送部18位置的引流孔流速较慢，从而不能使隔离对象02的各个位置同步的降温。通过将多个引流孔的分布方式还可以设置为靠近输送部18一端的引流孔的分布密集度小于另一端，可以使隔离对象02各个位置附近的绝缘油的置换速度一致，进而改进对于隔离对象02的降温效果。

进一步的，当本发明中的隔离对象体积较大时，还可以将引流部设计为包括多个分支，这样就可以更加均匀高效的对隔离对象进行温度控制了。

本发明中的应用环境比较恶劣，比如在潮湿环境下，当水分进入到隔离箱体内后，不稳定的高频脉冲等电场在隔离箱体内会由于电力分解使绝缘油产生杂质，从而导致绝缘电阻降低和绝缘强度下降，进而使绝缘油的击穿电压降低，从而向隔离对象的工作性能；为此，在本发明中，还可以设有滤油机（图中未示出）来对置换出的绝缘油进行过滤；具体来说，滤油机与绝缘油置换机构联通，这样就可以对隔离箱体置换出的绝缘油进行有效的过滤。

综上所述，本发明中的在线监测装置的应用场景为用于特定的电力电子装置；具体来说，为了降低高低温、潮湿以及空气污染等恶劣环境中电力电子装置的故障率，以及延长这些电力电子装置的使用寿命，在本发明中的电力电子装置包括有隔离装置，即，本发明中在需要隔离的电力电子装置外套设有隔离箱体，为了避免电力电子装置被隔离后温度升高影响电力电子装置的正常运行，本发明中不但将隔离箱体的材质设置为金属，此外，在隔离箱体内还设有导热性能优良的绝缘油，这样，就可以避免电力电子装置由于被隔离导致的温度过高。

上述被隔离后的电力电子装置虽然与外界的恶劣环境进行了有效的隔绝，避免了电力电子装置由于恶劣环境造成的故障，以及，由此导致的电力电子装置使用寿命减少的问题。但是，还需要对于电力电子装置进行实时监测在对设备故障进行及时的预判和报警，来提高电力电子装置的可靠性。

为此，本发明中的监测装置设置为包括温度传感器、分析单元和通信单元；这样可以同时将隔离箱体内的温度数据和绝缘油的气体成分数据实时的传输至预设的上位机中，这样，上位机就可以以实时接收到的温度数据和分析结果数据为参数，根据预设算法来在隔离箱体内部的温度或是电气性能发生异常的时候，实时的生成报警信息，从而可以及时的对设备故障进行报警，从而提高电力电子装置运行的可靠性。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。