一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于电力油浸设备储油柜技术领域，具体涉及一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置及检测方法，监测装置包括：感知终端、边缘智能网关、监控终端、储油柜缺陷监控云平台和客户终端，所述边缘智能网关和监控终端均设置于变电站内，所述感知终端包括：气体流量计、油温传感器、环境温度传感器和微波油位测量组件，所述感知终端将检测数据信息发送至所述边缘智能网关，边缘智能网关对检测数据信息进行存储和判断分类，本发明专利技术可及时识别判断储油柜胶囊破损、呼吸回路部分堵塞、呼吸回路泄漏、呼吸连管存在水分杂质和储油柜假油位这五类缺陷，并评估储油柜缺陷严重程度。并评估储油柜缺陷严重程度。并评估储油柜缺陷严重程度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置及检测方法


[0001]本专利技术属于电力油浸设备储油柜
，具体涉及一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]油浸式变压器是输变电设备中最重要的设备，它的安全可靠运行至关重要。储油柜是油浸式变压器中最重要的部件之一，其作用主要是在变压器运行过程中缓冲油箱内油温变化而引起的体积变化。储油柜设置在变压器油箱上方，通常与吸湿器连通，并和外部大气保持畅通。当变压器油温升高时油体积膨胀，储油柜中向外部呼出气体；当变压器油温降低时油体积收缩，气体从大气被吸入，这就是储油柜的呼吸作用。常用的胶囊储油柜中是在储油柜的内壁增加了一个胶囊袋，胶囊袋内部经过吸湿器及其连管与大气相通，胶囊袋的底面紧贴地浮在储油柜上，使胶囊袋和油面之间没有空气，隔绝了油面和空气的接触，阻止油氧化、防止外界湿气、杂质进入。
[0003]在电力行业，由于变压器长时间运行，时常发生储油柜故障，给变压器运行维护带来极大的困难，严重时造成变压器损坏而停运。某直流输电工程曾多次出现换流变压器油枕气囊破裂事件，严重威胁到直流输电工程的稳定运行。目前储油柜运行中存在的主要问题是：一是胶囊老化、龟裂或因安装不当造成的破损，使之丧失保护功能，同时胶囊由于在储油柜内部其是否破损、折叠难以观察；二是储油柜与各部件和管路的连接处，由于变压器振动、安装质量不过关等易出现渗漏现象，进入空气水分，影响油的质量造成绝缘降低；三是吸湿器干燥剂受潮结块堵塞吸湿器，导致储油柜呼吸回路堵塞，严重时导致变压器喷油停运；四是储油柜出现假油位，在日常巡视检查中不易发现，严重影响变压器的安全运行。
[0004]目前公开的相关技术中，有关电力变压器储油柜检测的方法大都是在胶囊内部设置传感器，变压器长期运行时传感器检测易失效，还可能给胶囊带来其他的问题。如文献“换流变压器油枕胶囊破裂监测装置研究”(《电子世界》2015年24期)，在胶囊内部放置棱镜镜头、光纤线等，长期运行会给胶囊带来其他的负面影响。申请号为202110178347.5的中国专利技术专利公开了一种用于储油柜的在线智能监测装置传感器组和健康状态值计算方法，通过9个传感器及其对应参数信号的计算，得到储油柜健康状态值。但其健康状态值计算过程未见考虑储油柜运行原理，且涉及传感器多达9个，这些设置在内部的传感器长时间运行容易诱发其他问题，导致变压器储油柜的故障，造成变压器损坏。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置及检测方法，实现对储油柜胶囊破损、呼吸回路部分堵塞、呼吸回路泄漏、呼吸连管存在水分杂质、假油位等缺陷的有效监测识别，通过油温的相对变化与储油柜呼出、吸入的空气流量的关系，结合微波检测储油柜油位情况，采用非接触式的方式来检测诊断储油柜的缺陷，一旦检测诊断出储油柜缺陷，本专利技术通过云平台实时向变压器运行人员的客
户终端发送告警指令，为变压器运行人员检修和维护赢得了宝贵的处理时间，大幅提高了工作效率，进一步保障了电力设备的安全运行。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，包括：感知终端、边缘智能网关、监控终端、储油柜缺陷监控云平台和客户终端，所述边缘智能网关和监控终端均设置于变电站内，所述监控终端用于访问所述边缘智能网关，所述感知终端包括：气体流量计、油温传感器、环境温度传感器和微波油位测量组件，所述气体流量计设置于呼吸连管上，所述气体流量计用于测量储油柜呼吸气体流量，所述油温传感器设置于储油柜的侧端下部，所述油温传感器的探头贯穿伸入储油柜内部且浸入变压器油中，所述油温传感器用于测量储油柜油温，所述环境温度传感器设置于所述储油柜的外部，所述环境温度传感器用于测量环境温度，所述微波油位测量组件设置于储油柜的内壁顶端，且所述微波油位测量组件远离胶囊，所述微波油位测量组件用于测量储油柜油位高度；
[0008]所述感知终端将检测数据发送至所述边缘智能网关，储油柜自带的油位计也将其数据信息发送至边缘网关，所述边缘智能网关对检测数据进行存储和判断评估，所述边缘智能网关将判断为存在缺陷的评估结果及其对应数据发送至储油柜缺陷监控云平台，储油柜缺陷监控云平台发送告警指令至客户终端，客户终端可采用个人电脑PC、平板电脑或智能手机，告警指令可为邮件提示报警或短信提示报警，同时工作人员可使用客户终端访问储油柜缺陷监控云平台查询具体数据信息，所述监控终端用于访问所述边缘智能网关，变电站内工作人员可随时通过监控终端访问所述边缘智能网关中的数据内容，方便本地工作人员操作。
[0009]进一步的，所述微波油位测量组件包括：微波发射天线和微波接收天线，所述微波发射天线和所述微波接收天线均朝向油面设置，且所述微波发射天线和所述微波接收天线的上端均固定于所述储油柜的内壁顶端，且所述微波发射天线的发射端与所述微波接收天线的接收端位于同一水平面。
[0010]进一步的，所述感知终端通过ZigBee网络与边缘智能网关通讯，所述边缘智能网关通过ZigBee网络与监控终端通讯，所述边缘智能网关通过GPRS网络与储油柜缺陷监控云平台通讯。
[0011]进一步的，所述气体流量计靠近吸湿器设置，使得气体流量计的数据检测更加准确。
[0012]进一步的，所述气体流量计采用双向气体流量测量，测量范围为
‑
200slpm～+200slpm，总误差带不大于3％读数，响应时间不大于1ms。
[0013]所述油温传感器和所述环境温度传感器均为铂电阻传感器，传感器测量范围为
‑
40℃～120℃，精度达到
±
0.5℃。
[0014]边缘智能网关采用ARM Cortex
‑
A7处理器，1GB RAM，8GB eMMC。
[0015]一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷检测方法，包括以下步骤：
[0016]S1、感知终端实时监测以下数据：储油柜呼吸气体流量、储油柜油温、环境温度、微波发射功率和微波接收功率；
[0017]S2、进行储油柜假油位的缺陷判断，通过微波发射功率和微波接收功率计算油位实际高度D1，储油柜自带的油位计将数据信息发送至边缘智能网关，边缘智能网关将油位
实际高度D1与储油柜自带的油位计显示值D求差，当差值大于3cm时，判定有储油柜假油位缺陷，否则不存在储油柜假油位缺陷；
[0018]S3、进行实时监测数据采样，形成呼吸气体流量曲线图；在环境温度变化为10℃以内、且储油柜油温变化为4℃时，将实时监测的储油柜呼吸气体流量峰值V
m
与近一个月同条件下的储油柜呼吸气体流量峰值平均值V
a
进行比较，若相差大于等于15％，则进行步骤S4，否则判定不存在胶囊破损、呼吸回路部分堵塞、呼吸回路泄漏或呼吸连管存在水分杂质这四类缺陷；
[0019]S4、当V
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，包括：感知终端、边缘智能网关、监控终端、储油柜缺陷监控云平台和客户终端，所述边缘智能网关和监控终端均设置于变电站内，所述监控终端用于访问所述边缘智能网关，所述感知终端包括：气体流量计(5)、油温传感器(6)、环境温度传感器(7)和微波油位测量组件，所述气体流量计(5)设置于呼吸连管(3)上，所述气体流量计(5)用于测量储油柜呼吸气体流量，所述油温传感器(6)设置于储油柜(1)的侧端下部，所述油温传感器(6)的探头贯穿伸入储油柜(1)内部且浸入变压器油中，所述油温传感器(6)用于测量储油柜油温，所述环境温度传感器(7)设置于所述储油柜(1)的外部，所述环境温度传感器(7)用于测量环境温度，所述微波油位测量组件设置于储油柜(1)的内壁顶端，且所述微波油位测量组件远离胶囊(2)，所述微波油位测量组件用于测量储油柜油位高度；所述感知终端将检测数据发送至所述边缘智能网关，储油柜自带的油位计(8)也将其数据信息发送至边缘网关，所述边缘智能网关对检测数据进行存储和判断评估，所述边缘智能网关将判断为存在缺陷的评估结果及其对应数据发送至储油柜缺陷监控云平台，储油柜缺陷监控云平台发送告警指令至客户终端。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，所述微波油位测量组件包括：微波发射天线(9)和微波接收天线(10)，所述微波发射天线(9)和所述微波接收天线(10)均朝向油面设置，且所述微波发射天线(9)和所述微波接收天线(10)的上端均固定于所述储油柜(1)的内壁顶端，且所述微波发射天线(9)的发射端与所述微波接收天线(10)的接收端位于同一水平面。3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，所述感知终端通过ZigBee网络与边缘智能网关通讯，所述边缘智能网关通过ZigBee网络与监控终端通讯，所述边缘智能网关通过GPRS网络与储油柜缺陷监控云平台通讯。4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，所述气体流量计(5)靠近吸湿器(4)设置。5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，所述气体流量计(5)采用双向气体流量测量，测量范围为
‑
200slpm～+200slpm，总误差带不大于3％读数，响应时间不大于1ms。6.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，所述油温传感器(6)和所述环境温度传感器(7)均为铂电阻传感器，传感器测量范围为
‑
40℃～120℃，精度达到
±
0.5℃。7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷监测装置，其特征在于，边缘智能网关采用ARM Cortex
‑
A7处理器，1GB RAM，8GB eMMC；客户终端可采用个人电脑PC、平板电脑或智能手机。8.一种基于边缘计算的变压器储油柜缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、感知终端实时监测以下数据：储油柜呼吸气体流量、储油柜油温、环境温度、微波发射功率和微波接收功率；S2、进行储油柜假油位的缺陷判断，通过微波发射功率和微波接收功率计算油位实际高度D1，储油柜自带的油位计(8)将数据信息发送至边缘智能网关，边缘智能网关将油位实际高度D1与储油柜自带的油位计(8)显示值D求差，当差值大于3cm时，判定有储油柜假油位
缺陷，否则不存在储油柜假油位缺陷；S3、进行实时监测数据采样，形成呼吸气体流量曲线图；在环境温度变化为10℃以内、且储油柜油温变化为4℃时，将实时监测的储油柜呼吸气体流量峰值V
m
与近一个月同条件下的储油柜呼吸气体流量峰值平均值V
a
进行比较，若相差大于等于15％，则进行步骤S4，否则判定不存在胶囊破损...

【专利技术属性】
技术研发人员：李劲松，俞华，陈青松，刘宏，李国栋，穆广祺，李帅，董理科，原辉，王璇，芦竹茂，姜敏，王帅，常圣志，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：