油浸式高压电气设备油位监测方法及监测系统的制作方法
【专利摘要】油浸式高压电气设备油位监测方法及监测系统，属于电力系统及其相关设备的智能监测【技术领域】。包括如下步骤：步骤a，系统启动；步骤b，系统自检；步骤c，系统自检是否正常；步骤d，输出故障信号；步骤e，采集静压信号；步骤f，输入PLC计算当前油位；步骤g，计算该油位下的当前油温；步骤h，当前油温是否高于安全油温上限；步骤i，油位过高；步骤j，当前油温是否低于安全油温下限；步骤k，油位过低；步骤l，PLC判断是否复位。在下油箱底部设置有油位传感器，油位传感器接线自接线盒引出后与控制器的输入端口相连。本发明能够实时监测设备绝缘油的精确油位状态，并将油位转换为电气量信息并上传，实现了注油电气设备油位的在线监测，提高了设备的智能化水平。
【专利说明】油浸式高压电气设备油位监测方法及监测系统
【技术领域】
[0001] 油浸式高压电气设备油位监测方法及监测系统，属于电力系统及其相关设备的智 能监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 油浸式高压电气设备中的绝缘油起绝缘、散热或灭弧作用，油位过高和过低都将 影响其安全运行。油位过高可能是环境温度高、设备负荷大、储油柜容量设计不合理、内部 存在发热故障等因素引起，会使设备内部压力增大，极易造成设备损坏，引发停电事故；油 位降低，可能是运行环境温度过低、储油柜容量设计不合理、设备密封不良导致渗漏油等因 素引起，也将危及设备绝缘，引发设备事故。油浸式高压电气设备需要定期或实时监视油位 的变化情况，防止因缺油导致绝缘受潮或绝缘强度降低引发设备绝缘事故，也防止设备内 部油位高、压力大引起设备喷油或发生爆炸事故。
[0003] 在现有技术中，需要在油浸式高压电气设备顶部的储油柜上安装管式或指针式油 位计，用于监视设备内部绝缘油的油位。该方案由于高压电气设备顶部处于高电位，即使安 装传感器，信号电源也因绝缘问题难以解决，无任何电信号输出，需要通过人工定期巡视来 获得油位信息。该方案存在诸多弊端，一是由于目前设备定期巡视的周期长，不能在线监测 绝缘油的油位信息，影响设备状态量信息的收集。二是设备长期带电运行后，油位指示装置 因老化或脏污，造成地面巡视人员因需要保持带电安全距离，而不能正确识别绝缘油油位， 也有受安装位置限制，带电巡视极不方便，给设备安全运行留下隐患。三是该解决方案的油 位显示装置处于高电位，一旦出现渗漏油、指示不准确等情况，影响设备运行，必须立即对 设备实施停电才能消除缺陷。四是目前油浸式高压电气设备的油位信息是非电气量的定性 信息，需要人工输入，不能自动上传和智能分析，严重影响力电气设备和变电站整体智能化 水平的提高。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够实时在线监测 设备绝缘油的油位状态，并将油位转换为电气量信息并上传，实时收集油浸式高压电气设 备油位状态量的油浸式高压电气设备油位监测系统，以及提高了油浸式高压电气设备的智 能化水平的油浸式高压电气设备油位监测方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该油浸式高压电气设备油位监测方 法，其特征在于：包括如下步骤 ： 步骤a，系统启动； 上电后，系统正常启动； 步骤b，系统自检； 系统启动之后进打自检； 步骤c，系统自检是否正常； PLC判断系统自检是否正常，如果正常，执行步骤1005,如果自检不正常，执行步骤 1004 ； 步骤d，输出故障信号； PLC将故障信号进行输出，并将故障记录上传至上位机进行存储； 步骤e，采集静压信号； 油位传感器采集油箱内绝缘油的静压信号； 步骤f，注入PLC计算当前油位； 油位传感器将采集到的静压值送至PLC，PLC计算出油箱内的油位高度； 步骤g，计算该油位下的当前油温? ; PLC计算当前油位下所对应的当前油温? ; 步骤h，当前油温〖是否高于安全油温上限； PLC判断当前油温?是否高于安全油温上限，如果当前油温f高于安全油温上限，执行 步骤i，否则执行步骤j ; 步骤i,油位过高； PLC判断出油箱内当前油位过高，并进行报警； 步骤j，当前油温?是否低于安全油温下限； PLC判断当前油温?是否低于安全油温下限，如果当前油温f低于安全油温下限，执行 步骤k，否则返回步骤e; 步骤k，油位过低； PLC判断出油箱内当前油位过低，并进行报警； 步骤1，PLC判断是否复位； PLC判断是否接收到复位开关的复位信号，如果复位开关发出复位信号，PLC控制报警 装置停止工作；如果复位开关未发出复位信号，报警装置继续工作，对油位的异常状态进行 警示，同时将报警信息上传至上位机进行存储。
[0006] 优选的，在步骤f中，所述的PLC根据静压-油位曲线计算出油箱内的油位高度。
[0007] 优选的，在步骤g中，所述的PLC根据油位-油温曲线计算出当前油温I。
[0008] 优选的，在步骤h中，所述的安全油温上限为标准油温与温度余量Λ?之和。
[0009] 优选的，在步骤h中，所述的安全油温下限为标准油温I13与温度余量之差。
[0010] 一种油浸式高压电气设备油位监测系统，包括自上而下依次设置的储油箱、瓷套 以及下油箱，储油箱与下油箱通过瓷套联通，在下油箱的侧面设置有接线盒，其特征在于： 在所述的下油箱内的底部设置有油位传感器，油位传感器的供电及信号线通过所述的接线 盒引出后与控制器的输入端口相连。
[0011] 优选的，设置有与连接在所述控制器输入输出端口相连的复位按键，控制器的输 出端口同时连接报警装置、显示屏以及上位机。
[0012] 优选的，所述的油位传感器采用压力传感器实现。
[0013] 优选的，所述的控制器为PLC。
[0014] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是： 1、通过本发明的油浸式高压电气设备油位监测系统，通过在油箱内设置油位传感器， 无须再在处于设备顶部安装管式或指针式油位计，设备自身密封性能得到提高，降低了设 备绝缘受潮的几率。
[0015] 2、能够实时监测设备绝缘油的油位状态，并将油位转换为电气量信息并上传，实 现了油浸式高压电气设备油位状态量的实时收集，提高了油浸式高压电气设备的智能化水 平。
[0016] 3、油位传感器设置在下油箱的底部，因此远离了高压带电部位，特别是下油箱内 的绕组和铁芯等电磁元件，所以在进行数据传送时避免了电磁干扰，使信号传输更加稳定， 同时解决了现有技术中由于绝缘问题，处于高电位的传感器信号电源一直无法解决的问 题，使电信号输出成为可能。
[0017] 4、油位信息实现了自动采集和传输，无须再通过人工定期到现场巡视而获得油位 信息，实现了定量检测和显示，提高了油位状态信息的真实度和准确度，减轻了劳动负担， 提高了工作效率。
[0018] 5、油位显示装置处于地电位，电气设备油箱顶部无须安装油位显示装置，避免了 一旦异常就必须立即对设备实施停电，才能消除缺陷，提高了设备运行可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为油浸式高压电气设备油位监测系统结构示意图。
[0020] 图2为油浸式高压电气设备油位监测系统硬件连接图。
[0021] 图3为油浸式高压电气设备油位监测方法流程图。
[0022] 其中：1、油位视窗2、储油箱3、接线端子4、瓷套5、接线盒6、连接线7、 下油箱8、油位传感器。
【具体实施方式】
[0023] 图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明： 在现有技术的油浸式高压电气设备中，普遍设置有互相连通的上下两个油箱，油箱内 的绝缘油起到绝缘、散热或灭弧作用。在油浸式高压电气设备的顶部油箱处一般安装管式 或指针式油位计，用于监视设备内部绝缘油的油位。在顶部油箱或底部油箱内固定安装有 油浸式高压电气设备的绕组和铁芯等电磁元件。
[0024] 在现有技术中，根据一定结构和高度的油浸式电气设备特征，由于其顶部油箱大 小是由设备运行的发热情况、运行环境温度、充入绝缘油的数量、绝缘油的密度及膨胀系 数、电气设备整体允许承受压力等因素决定，一旦油浸式电气设备的类别、结构和尺寸确 定，标准温度下的油位就是一个固定高度，油位高度确定了电气设备油箱底部的压力。同时 当油浸式电气设备的规格、尺寸确定之后，油箱内绝缘油静压与油位之间会存在一条确定 的静压-油位曲线，即根据绝缘油静压与油位的比例关系，通过测量电气设备油箱底部的 绝缘油静压变化，反应设备的油位状态信息。
[0025] 同时，在现有技术中，油浸式高压电气设备的油位信息是按其运行环境的温度或 绝缘油的温度所对应曲线显示，不同温度下的油位显示不同，油位随绝缘油温度的升高成 正比关系变化。因此，当油浸式电气设备的规格、尺寸确定之后，同时会形成一条确定的油 位-温度曲线。
[0026] 如图1所示，以油浸式电流互感器为例，包括自上而下依次设置的储油箱2、瓷套4 以及下油箱7,储油箱2与下油箱7通过瓷套4联通。在储油箱2的侧面设置有用于观察 储油箱2内油位的油位视窗1，在储油箱2与瓷套4之间设置有与现有技术相同的接线端 子3。在瓷套4下方的下油箱7的侧面设置有接线盒5,在现有技术中，通过接线盒5可引 出一个或多个端子。在下油箱7内的底部设置有用于检测油箱内油位的油位传感器8,下油 箱7在电气设备运行时接地运行，处于地电位，油位传感器8和下油箱7固定在一起同处地 电位，油位传感器8信号及其所需电源通过连接线6同时从接线盒5中引出。
[0027] 油位传感器8设置在下油箱7的底部，因此远离了高压带电部位，特别是下油箱7 内的绕组和铁芯等电磁元件，所以在进行数据传送时避免了电磁干扰，使信号传输更加稳 定，同时解决了现有技术中由于绝缘问题，处于高电位的传感器信号电源一直无法解决的 问题，使电信号输出成为可能。在本油浸式高压电气设备油位监测系统中，油位传感器8可 采用压力传感器实现。
[0028] 如图2所示，油浸式高压电气设备油位监测系统，包括：作为控制核心的PLC，与 PLC任意输入端口相连的油位传感器8、复位按键，PLC输出端口连接的油位报警指示灯、蜂 鸣器、显示屏以及上位机。
[0029] 油位传感器8采集到油位的静压信号，将油位信息以电信号的形式通过连接线6 送至PLC进行分析，PLC根据已知确定的静压-油位曲线判断出油箱内的当前油位状态信 息，并可通过现有的通讯协议，将油位信息传输至显示屏进行显示或上传至上位机或变电 站综合自动化系统进行数据的存储。从而实现了油箱内油位信息的远传和自动分析判断。 在PLC对油位信息进行判断之后，通过静压-油位曲线以及油位-温度曲线判断出目前油 箱内的温度，根据现有技术油浸式电气设备的功能和结构特点，油位信息以温度型式显示， 为油位状态信息分析、判断提供依据。PLC计算得到油箱内的运行温度以及油位信息之后， 当油箱内油位过高和过低时，PLC可通过油位报警指示灯以及蜂鸣器进行报警，以显示运行 中的油浸式高压电气设备处于异常状态，在报警之后，可通过与PLC相连的复位按键实现 报警信息的复位。油箱运行环境的温度可根据需要自行设定，一般设定在_45°C ~80°C之 间。
[0030] 通过在油箱内设置油位传感器，无须再在处于设备顶部安装管式或指针式油位 计，设备自身密封性能得到提高，降低了设备绝缘受潮几率。同时能够实时监测设备绝缘油 的油位状态，并将油位转换为电气量信息并上传，实现了油浸式高压电气设备油位状态量 的实时收集，提高了油浸式高压电气设备的智能化水平，避免了一旦异常就必须立即对设 备实施停电，才能消除缺陷，提高了设备运行可靠性。
[0031] 在本油浸式高压电气设备油位监测系统中，PLC可采用市售任意厂家的任意型号 的PLC实现，如西门子S7-200, S7-300, PLC同时也可以通过其他形式的控制器实现，如单片 机或计算机。油位传感器可采用市售的任意型号的压力传感器实现。
[0032] 如图3所示，油浸式高压电气设备油位监测方法，包括如下步骤： 步骤1001，系统启动； 上电后，系统正常启动； 步骤1002,系统自检； 系统启动之后进打自检； 步骤1003,系统自检是否正常； PLC判断系统自检是否正常，如果正常，执行步骤1005,如果自检不正常，执行步骤 1004 ； 步骤1004,输出故障信号； PLC将故障信号进行输出，并将故障记录上传至上位机进行存储； 步骤1005,采集静压信号； 油位传感器8采集油箱内绝缘油的静压信号； 步骤1006,注入PLC计算当前油位； 油位传感器8将采集到的静压值送至PLC，PLC根据静压-油位曲线计算出油箱内的油 位高度； 步骤1007,计算该油位下的当前油温? ; PLC根据油位-温度曲线计算当前油位下所对应的当前油温f ; 步骤1008,输出显示； PLC通过与之相连的显示屏将温度信息在显示屏上进行显示，并将温度信息上传至上 位机内进行存储； 步骤1009,当前油温￡是否大于标准油温&与温度余量^之和； PLC判断根据油位-油温曲线得到的当前油温?是否大于标准油温&与温度余量^ 之和；如果当前油温?大于标准油温^与温度余量^之和，执行步骤1〇1〇,否则执行步骤 1011 ； 步骤1010,油位过高； PLC判断出油箱内当前油位过高，通过油位报警指示灯以及蜂鸣器进行报警； 步骤1011，当前油温?是否小于标准油温与温度余量M之差； PLC判断根据油位-油温曲线得到的当前油温?是否小于标准油温与温度余量 之差；如果当前油温?小于标准油温~与温度余量之差，执行步骤1012,否则返回步骤 1005 ； 在现有技术中，油位信息往往通过油温值进行体现。如上所述，油浸式电气设备的类 另Ij、结构和尺寸确定之后，会同时确定静压-油位曲线以及油位-油温曲线，同时会确定本 油浸式电气设备的安全油位以及油位余量，即可确定本油浸式电气设备的一个安全油位范 围，根据油位-油温曲线可确定本油浸式电气设备的安全油温以及安全油温余量，及上述 的标准油温、温度余量^，当前油温?处于4 - M +M范围内时，即可判定该油浸 式电气设备处于安全工作状态下。
[0033] 在本油浸式高压电气设备油位监测方法中，当PLC计算出油箱内当前油位之后， 首选确定当前油位是否处于已设定的安全范围内，如果油位超出预设定的安全油位范围， 则确定了当前油位是否处在过高或过低的异常范围内。如上所述，油位信息通过油温信息 进行体现。
[0034] 步骤1012,油位过低； PLC判断出油箱内当前油位过低，通过油位报警指示灯以及蜂鸣器进行报警； 在现有技术的 步骤1013, PLC判断是否复位； PLC判断是否接收到复位开关的复位信号，如果复位开关发出复位信号，执行步骤 1014,否则执行步骤1015 ; 步骤1014,报警装置停止动作； PLC控制油位报警指示灯以及蜂鸣器停止工作； 步骤1015,报警装置动作； 油位报警指示灯以及蜂鸣器继续工作，对油位的异常状态进行警示，同时将报警信息 上传至上位机进行存储。
[0035] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等 效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1. 一种油浸式高压电气设备油位监测方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤a，系统启动； 上电后，系统正常启动； 步骤b，系统自检； 系统启动之后进打自检； 步骤c，系统自检是否正常； PLC判断系统自检是否正常，如果正常，执行步骤1005,如果自检不正常，执行步骤 1004 ； 步骤d，输出故障信号； PLC将故障信号进行输出，并将故障记录上传至上位机进行存储； 步骤e，采集静压信号； 油位传感器（8)采集油箱内绝缘油的静压信号； 步骤f，注入PLC计算当前油位； 油位传感器（8)将采集到的静压值送至PLC，PLC计算出油箱内的油位高度； 步骤g,计算该油位下的当前油温< ; PLC计算当前油位下所对应的当前油温I; 步骤h，当前油温I是否高于安全油温上限； PLC判断当前油温I是否高于安全油温上限，如果当前油温I高于安全油温上限，执行 步骤i，否则执行步骤j; 步骤i,油位过高； PLC判断出油箱内当前油位过高，并进行报警； 步骤j，当前油温$是否低于安全油温下限； PLC判断当前油温?是否低于安全油温下限，如果当前油温I低于安全油温下限，执行 步骤k，否则返回步骤e; 步骤k，油位过低； PLC判断出油箱内当前油位过低，并进行报警； 步骤1，PLC判断是否复位； PLC判断是否接收到复位开关的复位信号，如果复位开关发出复位信号，PLC控制报警 装置停止工作；如果复位开关未发出复位信号，报警装置继续工作，对油位的异常状态进行 警示，同时将报警信息上传至上位机进行存储。
2. 根据权利要求1所述的油浸式高压电气设备油位监测方法，其特征在于：在步骤f 中，所述的PLC根据静压-油位曲线计算出油箱内的油位高度。
3. 根据权利要求1所述的油浸式高压电气设备油位监测方法，其特征在于：在步骤g 中，所述的PLC根据油位-油温曲线计算出当前油温I。
4. 根据权利要求1所述的油浸式高压电气设备油位监测方法，其特征在于：在步骤h 中，所述的安全油温上限为标准油温&与温度余量Λ?之和。
5. 根据权利要求1所述的油浸式高压电气设备油位监测方法，其特征在于：在步骤h 中，所述的安全油温下限为标准油温&与温度余量M之差。
6. -种用于实现权利要求1~5所述的油浸式高压电气设备油位监测方法的监测系统， 包括自上而下依次设置的储油箱（2)、瓷套（4)以及下油箱（7)，储油箱（2)与下油箱（2)通 过瓷套（4)联通，在下油箱（7)的侧面设置有接线盒（5)，其特征在于：在所述的下油箱（7) 内的底部设置有油位传感器（8)，油位传感器（8)的供电及信号线通过所述的接线盒（5)引 出后与控制器的输入端口相连。
7. 根据权利要求6所述的油浸式高压电气设备油位监测系统，其特征在于：设置有与 连接在所述控制器输入输出端口相连的复位按键，控制器的输出端口同时连接报警装置、 显示屏以及上位机。
8. 根据权利要求6所述的油浸式高压电气设备油位监测系统，其特征在于：所述的油 位传感器（8)采用压力传感器实现。
9. 根据权利要求6或7所述的油浸式高压电气设备油位监测系统，其特征在于：所述 的控制器为PLC。
【文档编号】G01F23/18GK104316134SQ201410618580
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】咸日常 申请人:山东理工大学