本發(fā)明涉及一種變壓器油位油溫監(jiān)測報警系統(tǒng)，具體涉及一種采用雙超聲波傳感器的變壓器油位油溫監(jiān)測報警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、變電站中，油位油溫是監(jiān)測電力變壓器安全運行的重要參數(shù)，變壓器油溫是通過油溫傳感器測得，而目前變壓器油位測量方式是通過運維人員觀察變壓器油枕上的油位計讀取數(shù)據(jù)，然后再人工對照變壓器廠家提供的標準油位油溫曲線來評判變壓器的安全運行情況。而變壓器油位計安裝位置一般都比較高，不易于運維人員讀取數(shù)據(jù)，同時由于油位計進水銹蝕、油箱容量不合理、主變散熱器運行不正常等因素，導致油位計卡死、指示不正確的故障頻發(fā)。人工對照油位油溫曲線也比較耗時費力，容易出現(xiàn)誤判情況。

2、隨著智能檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波在液位測量中優(yōu)勢越顯突出。超聲波液位測量以超聲波脈沖為信號源通過采集相應(yīng)的超聲波回波信息從而完成液位測量。

3、針對目前變壓器油位油溫監(jiān)測存在的這些問題，設(shè)計出一種基于超聲波測距原理的更加自動化智能化的變壓器油位油溫監(jiān)測報警系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種采用雙超聲波傳感器的變壓器油位油溫監(jiān)測報警系統(tǒng)，基于超聲波測距原理測量變壓器油位，同時將測得的變壓器油位油溫數(shù)據(jù)與標準油位油溫曲線數(shù)據(jù)對比，判斷變壓器是否安全正常運行，并將相關(guān)油位油溫數(shù)據(jù)及報警信號傳至監(jiān)控后臺，方便運維人員實時監(jiān)測變壓器運行情況。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用雙超聲波傳感器的變壓器油位油溫監(jiān)測報警系統(tǒng)，包括：超聲波傳感器模塊、油溫傳感器模塊、油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊、通訊模塊以及監(jiān)控后臺，超聲波傳感器模塊與油溫傳感器模塊將所測得的變壓器油位及油溫數(shù)據(jù)傳輸給油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊，經(jīng)過油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊處理完數(shù)據(jù)后將相關(guān)的油位油溫數(shù)據(jù)及報警信息傳輸給通訊模塊，再由通訊模塊傳輸給監(jiān)控后臺。

3、進一步的，所述超聲波傳感器模塊包括：超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b，其主要具有以下功能：

4、s1.1?超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b分別發(fā)出超聲波信號，并采集對應(yīng)的回波信號；

5、s1.2?對采集到的超聲波信號進行降噪處理，以減小變電站中的噪音對測量結(jié)果的影響；

6、s1.3?依據(jù)降噪處理后的超聲波數(shù)據(jù)分別計算出超聲波傳感器模塊a測得的油位數(shù)據(jù)h1以及超聲波傳感器模塊b測得的油位數(shù)據(jù)h2，并將所計算出的油位數(shù)據(jù)h1與油位數(shù)據(jù)h2傳輸給油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊。

7、進一步的，所述變壓器油溫傳感器模塊具有以下功能：

8、s2.1:測量變壓器油溫并將測得的油溫數(shù)據(jù)t傳輸?shù)接臀挥蜏財?shù)據(jù)采集分析模塊與通訊模塊。

9、進一步的，所述油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊具有以下功能

10、s3.1接收來自超聲波傳感器模塊傳輸過來的油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)，計算兩個超聲波傳感器測得的油位偏差，計算公式為：δh=h1-h2；

11、s3.2：k為油位測量準確度判別系數(shù)，根據(jù)不同油枕特性決定其數(shù)值大??；

12、當不滿足δh<k條件時，表明超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b測得的油位相差較大，測量油位不準確，此時向通訊模塊傳輸信號為：“超聲波傳感器異常”報警信號以及油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)；

13、當發(fā)出“超聲波傳感器異?！眻缶盘枙r，運維人員可以通過比對變壓器油枕的機械油位指示數(shù)據(jù)與兩個超聲波傳感器測得的油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)的大小，來判斷那個超聲波傳感器出現(xiàn)異常，進而進行維修；

14、當滿足δh<k條件時，表明超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b測得油位相差不大，測量油位準確；

15、s3.3：此時依據(jù)油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)計算平均油位，計算平均油位的公式為：hv=(h1+h2)/2；

16、s3.4：依據(jù)平均油位數(shù)據(jù)hv與接收到的油溫數(shù)據(jù)t，基于變壓器標準油位油溫曲線數(shù)據(jù)判別變壓器油位油溫是否正常，判別條件為：

17、條件1：|hv-h|<g，其中h為實際測得的變壓器油溫數(shù)據(jù)t時對應(yīng)的變壓器標準油位油溫曲線中變壓器的油位數(shù)據(jù)，g為對應(yīng)的油位比較系數(shù)，根據(jù)不同油枕的油位油溫特性而設(shè)定其數(shù)值大??；

18、條件2：|t-t|<e，其中t為實際測得的油位數(shù)據(jù)hv時對應(yīng)的變壓器標準油位油溫曲線中變壓器的油溫數(shù)據(jù)，e為對應(yīng)的溫度比較系數(shù)，根據(jù)不同油枕的油位油溫特性而設(shè)定其數(shù)值大?。?/p>

19、s3.5：當滿足條件1與條件2時，表明油位油溫正常，此時向通訊模塊傳輸?shù)男盘枮椋骸白儔浩饔臀挥蜏卣！毙盘?，以及傳感器所測的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv；

20、s3.6：當條件1與條件2中任一個不滿足時，表明油位油溫異常，此時向通訊模塊傳輸?shù)男盘枮椋骸白儔浩饔臀挥蜏禺惓！毙盘?，以及傳感器所測得的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv。

21、進一步的，所述通訊模塊具有以下功能:

22、s4.1接收從油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊傳來的相關(guān)報警信號，所測的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv以及變壓器油溫傳感器模塊傳來的油溫數(shù)據(jù)t，并向監(jiān)控后臺發(fā)送這些報警信號與數(shù)據(jù)。

23、進一步的，所述監(jiān)控后臺功能為：接收從通訊模塊傳輸來的相關(guān)報警信號以及所測的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv和油溫數(shù)據(jù)t，將監(jiān)控后臺界面設(shè)計為2個分界面，具體為

24、s5.1界面1展示的是所測得的油位數(shù)據(jù)h1、油位數(shù)據(jù)h2以及平均油位數(shù)據(jù)hv隨著變壓器油溫t變化的曲線，共三條曲線；同時在超聲波傳感器出現(xiàn)異常時展現(xiàn)由通訊模塊傳輸過來的“超聲波傳感器異?！眻缶盘?；

25、s5.2界面2展示的是標準的變壓器油位油溫曲線坐標界面，而變壓器平均油位數(shù)據(jù)hv以及變壓器油溫t以坐標點的形式展現(xiàn)在標準的變壓器油位油溫曲線坐標界面上，進而可以直觀的觀察到變壓器油位油溫數(shù)據(jù)偏離標準的變壓器油位油溫曲線的程度，界面2同時展示由通訊模塊傳輸過來的“變壓器油位油溫正?！被颉白儔浩饔臀挥蜏禺惓！眻缶盘?。

26、進一步的，所述超聲波傳感器模塊a安裝在變壓器油枕上方正中間位置，所述超聲波傳感器模塊b安裝在變壓器油枕下方正中間位置，在超聲波傳感器模塊a、超聲波傳感器模塊b安裝位置處涂抹超聲波耦合劑，以減少探頭與被測物之間空氣層影響，提高測量精度；超聲波傳感器模塊a、超聲波傳感器模塊b的外殼設(shè)計成具有鐵磁吸附特性，吸附在變壓器油枕鐵質(zhì)材料的外壁上。

27、進一步的，所述超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b，通過抱箍固定在變壓器油枕上，所述抱箍包括：兩個半圓箍以及用于連接的螺栓，通過兩個半圓箍繞變壓器油枕一圈分別來將超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b包裹在內(nèi)，將通過調(diào)節(jié)半圓箍上的螺栓來將半圓箍緊固在變壓器油枕上，使得夾在半圓箍與油枕之間的超聲波傳感器模塊a、超聲波傳感器模塊b緊固在變壓器油枕上，通過電源及通訊線纜將超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b連接。

28、進一步的，所述超聲波傳感器模塊a發(fā)出的超聲波信號由油枕上部空氣傳輸?shù)阶儔浩饔鸵好婧蟀l(fā)生反射，超聲波傳感器模塊a發(fā)出的超聲波信號在變壓器油枕上部空氣中傳播速度為v1，超聲波傳感器模塊a從發(fā)射到接收到超聲波信號所經(jīng)過的時間為t1，變壓器油枕高度為h,可計算出超聲波傳感器模塊a所測的的油位高度h1為：h1=h-h1=h-(v1*t1)/2；

29、所述超聲波傳感器模塊b發(fā)出的超聲波信號由油枕下部變壓器油傳輸?shù)娇諝夂蟀l(fā)生反射，超聲波傳感器模塊b發(fā)出的超聲波信號在變壓器油枕下部變壓器油中傳播速度為v2，超聲波傳感器模塊b從發(fā)射到接收到超聲波信號所經(jīng)過的時間為t2，變壓器油枕高度為h，可計算出超聲波傳感器模塊b所測的油位高度h2為：h2=h2=(v2*t2)/2。

30、進一步的，所述超聲波傳感器模塊a硬件部分包括：mcu處理器、電源模塊、輸出模塊、模塊a發(fā)射電路、模塊a接收電路、超聲波傳感器a探頭。其具體連接方式為：mcu處理器為模塊a發(fā)射電路與模塊a接收電路提供發(fā)出及接收超聲波信號的控制及采集信號，模塊a發(fā)射電路控制超聲波傳感器a探頭發(fā)出超聲波信號，超聲波傳感器a探頭再將接收到的超聲波信號傳輸給模塊a接收電路，模塊a接收電路將接收到的超聲波信號傳回mcu處理器，電源模塊為mcu處理器、模塊a發(fā)射電路與模塊a接收電路提供電源，mcu處理器將計算出的油位信號數(shù)據(jù)傳輸給輸出模塊，由輸出模塊再傳輸給油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊；

31、所述超聲波傳感器模塊中的超聲波傳感器模塊b硬件部分包括：模塊b發(fā)射電路、模塊b接收電路、超聲波傳感器b探頭，為節(jié)省資源減小體積，超聲波傳感器模塊b與超聲波傳感器模塊a共用一個muc處理模塊、電源模塊、輸出模塊，超聲波傳感器模塊b通過電源及通訊線纜連接到超聲波傳感器模塊a的muc處理模塊、電源模塊、輸出模塊，超聲波傳感器模塊b各部件連接方式及功能與超聲波傳感器模塊a中的相同。

32、進一步的，所述超聲波傳感器模塊中的所述超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b所發(fā)出超聲波頻率范圍在20~200khz內(nèi)，根據(jù)具體實際應(yīng)用調(diào)試效果決定采用那個頻率超聲波；為防止超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b之間相互干擾，這里采用兩種發(fā)波方案，方案1與方案2，具體如下：

33、方案1的超聲波傳感器模塊油位測量流程為：系統(tǒng)開始后，超聲波傳感器模塊a先發(fā)射頻率為 f的超聲波信號，然后判斷是否接收到回波，若沒有接收到回波，再次讓超聲波傳感器模塊a發(fā)射頻率為 f的超聲波信號，直到判斷接收到超聲波回波后，對發(fā)收的超聲波信號進行降噪處理，依據(jù)降噪處理后的超聲波信號計算出超聲波傳感器模塊a測得的變壓器油位高度h1，接著讓超聲波傳感器模塊b發(fā)射頻率同樣為 f的超聲波信號，同樣是判斷是否接收到回波，若沒有接收到回波，再次讓超聲波傳感器模塊b發(fā)射頻率為 f的超聲波信號，直到判斷接收到超聲波回波后，對發(fā)收的超聲波信號進行降噪處理，依據(jù)降噪處理后的超聲波信號計算出超聲波傳感器模塊b測得的變壓器油位高度h2，最后再將所測得的油位高度數(shù)據(jù)h1與h2傳輸給所述的油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊；

34、方案2的超聲波傳感器模塊油位測量流程為：系統(tǒng)開始后，超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b同時分別發(fā)出頻率為 f1與 f2的超聲波信號，然后判斷超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b是否均接收到回波，若沒有接收到回波，清空接收的超聲波回波數(shù)據(jù)，再次讓超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b同時分別發(fā)出頻率為 f1與 f2的超聲波信號，直到判斷超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b均接收到超聲波回波后，對發(fā)收的超聲波信號進行降噪處理，依據(jù)降噪處理后的超聲波信號分別計算出超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b測得的油位高度h1與h2，最后再將所測的得油位高度數(shù)據(jù)h1與h2傳輸給所述的油位油溫數(shù)據(jù)采集分析模塊。

35、本發(fā)明的有益效果是：

36、（1）相對傳統(tǒng)的變電站運維人員通過人工讀取變壓器油枕油位計數(shù)據(jù)及變壓器油溫數(shù)據(jù)，并人工與變壓器廠家提供的標準油位油溫曲線數(shù)據(jù)對比來判斷變壓器是否安全正常運行的方式，本發(fā)明所提出的方法通過超聲波傳感器與溫度傳感器測量變壓器油枕油位數(shù)據(jù)與變壓器油溫數(shù)據(jù)并傳入mcu處理器中，通過mcu處理器將所測的油位油溫數(shù)據(jù)與標準油位油溫曲線數(shù)據(jù)對比來判斷變壓器是否安全正常運行，并將相關(guān)的報警信號與油位油溫數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控后臺進行實時監(jiān)控，更加智能化與自動化；

37、（2）本發(fā)明所采用的超聲波傳感器安裝在變壓器油枕外部，不會對變壓器油枕本體造成破壞，且安裝簡單牢固；

38、（3）本發(fā)明采用兩個超聲波傳感器測量變壓器油枕油位，并將兩個超聲波傳感器測量的油位進行對比，提高了油位測量的準確度，并在兩個超聲波傳感器測量變壓器油枕油位偏差較大時，及時與變壓器油枕油位計對比判斷那個超聲波傳感器出現(xiàn)異常并進行維修；

39、（4）本發(fā)明中的超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b的硬件電路部分共用一個muc處理模塊、電源模塊以及輸出模塊，超聲波傳感器模塊b通過電源及通訊線纜連接到超聲波傳感器模塊a，節(jié)省了硬件資源，縮小了硬件體積。