分接开关性能在线监测装置的制作方法

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及分接开关性能在线监测装置。

背景技术：

在配电变压器中，为了使输出电压可调，常常采取在线圈中设置分接的方法，通过改变线圈匝数，使变压器电压比发生变化，实现对输出电压的调整。配电变压器事故时有发生而且有增长的趋势，从变压器事故情况分析来看，抗短路能力不够已成为电力事故的首要原因，严重影响电网安全运行。而引起短路的原因很多正是由于分接切换时线圈匝数分布不均使得轴向失稳，短路后电流在两相线圈中环流，不经过负载，所以短路电流很大，并且大小相同、方向完全相同或相反的电流分别产生强磁场，而彼此的磁场对对方的带电导体又产生过大的短路机械力，绕组容易变形，造成无法使用。因此，分接开关性能的好坏影响着电力系统的正常运行。

国内早期配电变压器所配的有载调压分接开关是靠铜钨电弧触头在油中进行负载转换的。由于分接变换操作频繁，电弧触头烧损相应比较严重，油的碳化和污染速度较快。由此增加了日常维护和定期检修工作量。为了减少有载分接开关维修工作量，满足智能配电网发展的需要，国内外分接开关制造企业相继地推出大中容量真空熄弧的有载分接开关，通过真空环境保证分接开关的绝缘性能。一旦分接开关所处的真空环境遭到破坏，在高压环境下做如此高频的切换操作极易损坏分接开关，分接开关一旦损坏，会导致电力变压器无法正常工作。另外，真空区域通常采用绝缘油进行液封，绝缘油在高压环境下容易生成气体、有机酸和水等杂质，损坏变压器。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的分接开关性能在线监测装置，实现在线监测分接开关的环境状态，降低分接开关的故障率。

本发明提供的一种分接开关性能在线监测装置，包括：液位传感器，油品监测单元，信号处理单元，报警单元；

所述液位传感器设置在密封所述分接开关用的绝缘油中，所述液位传感器与所述信号处理单元连接；

所述油品监测单元设置在所述绝缘油中，所述油品监测单元与所述信号处理单元连接；

所述信号处理单元用户通过所述液位传感器采集的信号获得所述绝缘油的液位变化，通过液位变化获知真空情况，通过所述油品监测单元上传的信号获得所述绝缘油的油品质量情况；

所述报警单元根据所述真空情况或所述油品质量情况进行报警。

本发明提供的分接开关性能在线监测装置，通过液位传感器实时监测分接开关的真空度，并通过油品监测单元监测绝缘油品质，实现了在线监测分接开关的环境状态，降低分接开关的故障率，保证分接开关的正常使用，提高变压器的安全性。

优选地，所述液位传感器包括第一电极和第二电极，所述第一电极为由梳状结构围成的圆筒形，多个间隔相同的极板构成所述梳状结构，所述第二电极的结构与所述第一电极的结构完全相同，所述第一电极与所述第二电极的极板相互交替形成交叉手指状结构；所述第一电极和所述第二电极分别引出信号线，所述信号线从所述第一电极和所述第二电极围成的圆筒内部引出，通过信号线与所述信号处理单元连接。由第一电极和第二电极的梳状部极板形成的交叉手指状结构能够起到对内部信号线的屏蔽作用，降低传感器输出信号的干扰，有助于提高传感器的检测精度；基于该结构，无需另外设置屏蔽结构，减小了传感器体积。另外，电容器的电极采用梳状结构，增加了电容器两极间的相对面积，有助于提高检测精度，同时，电容器采用圆筒结构，能够有效的减小电容器的尺寸，更好地适应狭小的监测空间。

优选地，所述第一电极相邻两个极板的间隔距离小于1毫米。

优选地，所述信号线外包裹有电磁屏蔽层。

优选地，所述信号线外包裹有绝缘层。

优选地，所述第一电极和所述第二电极的外表面附有绝缘层。

优选地，所述油品监测单元包括水溶性酸传感器、腐蚀性硫传感器、水分传感器、外状传感器、体积电阻率传感器、介质损耗因数传感器、颗粒度传感器、黏度传感器、油泥传感器中的至少一种。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的分接开关性能在线监测装置的结构框图；

图2为本发明实施例所提供的液位传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的分接开关性能在线监测装置的应用场景示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，本实施例供了一种分接开关性能在线监测装置，包括：液位传感器1，油品监测单元2，信号处理单元3，报警单元4；

液位传感器1设置在密封分接开关用的绝缘油中，液位传感器1与信号处理单元3连接；

油品监测单元2设置在绝缘油中，油品监测单元2与信号处理单元3连接；

信号处理单元3用户通过液位传感器1采集的信号获得绝缘油的液位变化，通过液位变化获知真空情况，通过油品监测单元2上传的信号获得绝缘油的油品质量情况；

报警单元4根据真空情况或油品质量情况进行报警。

本发明提供的分接开关性能在线监测装置，通过液位传感器实时监测分接开关的真空度，并通过油品监测单元监测绝缘油品质，实现了在线监测分接开关的环境状态，能够进行预警和报警，降低分接开关的故障率，保证分接开关的正常使用，提高变压器的安全性。

如图2所示，本实施例提供了一种液位传感器1，包括第一电极11和第二电极12。第一电极11为由梳状结构围成的圆筒形，多个间隔相同的极板13构成梳状结构。第二电极12的结构与第一电极11的结构完全相同，第一电极11与第二电极12的梳状部极板13相互交替形成交叉手指状结构。第一电极11和第二电极12分别引出信号线14，信号线14从第一电极11和第二电极12围成的圆筒内部引出。

由第一电极11和第二电极12的梳状部极板13形成的交叉手指状结构能够起到对内部信号线14的屏蔽作用，降低传感器输出信号的干扰，有助于提高传感器的检测精度；基于该结构，无需另外设置屏蔽结构，减小了传感器体积。另外，液位传感器1的电极采用梳状结构，增加了第一电极11和第二电极12间的相对面积，有助于提高检测精度，同时，液位传感器1采用圆筒结构，能够有效的减小电容器的尺寸，更好地适应狭小的监测空间。

现有检测真空的方式为压强传感器，但压强传感器成本高，且对使用的环境要求较高，不适用于高温高压环境的真空检测。本实施例提供的液位传感器，利用具有交叉手指状结构的液位传感器，提高了液位监测的精度和抗干扰能力，能够更好地适应高温高压等复杂的环境；液位传感器体积小巧，能更好地适应结构紧凑的安装环境；降低了监测成本，适合大规模的生产和应用。

优选地，第一电极11相邻两个极板13的间隔距离小于1毫米。电容传感器可以采用mems(microelectromechanicalsystems，微机电系统)技术进行微加工，使电容传感器的尺寸满足使用要求。

优选地，信号线14外包裹有电磁屏蔽层。

优选地，信号线14外包裹有绝缘层。

优选地，第一电极11和第二电极12的外表面附有绝缘层。

绝缘层也可以选用防腐蚀能力强的材料制成，使得传感器可用于导电液体，或防止电极或导线与液体发生反应，提高液位传感器1的使用寿命，同时防止液位传感器1污染液体。

如图3所示，使用时，将液位传感器1浸入液体中，使得电容器的梳状部垂直于液面，这样有助于提高检测精度。第一电极11和第二电极12间的介质即为液体及其上面的气体，由于液体的介电常数ε1和液面上气体的介电常数ε2不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高时，液位传感器1两电极间总介电常数ε值随之加大因而电容量增大，反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。所以，液位传感器1可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。

图1中将信号处理单元3设置在真空区域内，实际应用过程中，可以根据真空区域的空间大小选择将信号处理单元3设置在真空区域内或真空区域外。

油品监测单元2包括水溶性酸传感器、腐蚀性硫传感器、水分传感器、外状传感器、体积电阻率传感器、介质损耗因数传感器、颗粒度传感器、黏度传感器、油泥传感器中的至少一种，分别检测油中水溶性酸含量(即ph值)、腐蚀性硫含量、水分含量、油的颜色及透明度、油的体积电阻率、油的介质损耗因数、油中颗粒度、油的黏度、油中油泥、油温。当然，在具体应用过程中，也可以根据实际需要摄取的参数种类要求及空间大小，选取上述传感器中的一种或几种。

信号处理单元3，信号处理单元3其中一个信号采集端与液位传感器1的两条信号线14连接，信号处理单元3用于监测液位传感器1的电容变化，根据电容变化监测真空度。其中，信号处理单元3包括信号检测电路和用于处理数据的处理器。处理器可以采用cpu、fpga、dsp、arm、asic，或者其他具有相同功能的微处理器芯片实现，可根据实际应用的具体情况进行选择设计，此处不作赘述。信号检测电路为常见的测量微小电容的电路，如充/放电电容测量电路、ac电桥电容测量电路、交流锁相放大电容测量电路等，这些电路均为常见的测量微小电容的电路，在此不再赘述。

信号处理单元3的其他信号采集端与油品监测单元2中各个传感器连接，信号处理单元3中具有与各个传感器相适配的处理电路，用于对采集到的信号进行降噪、放大、模数转换等处理，处理后的信号输出处理器，处理器会对各根据ph值、腐蚀性硫含量、水分含量、油的颜色及透明度、油的体积电阻率、油的介质损耗因数、油中颗粒度等参数分析油品质量情况，在油品质量不达标的情况下进行预警或报警。

使用时，将液位传感器1浸入用于密封真空区域的液体中，使得电容器的极板13垂直于液面，这样有助于提高检测精度，液体充满第一电极11和第二电极12之间，记录下此时液位传感器1的电容值。当设备的真空性遭到破坏，密封用的液体下降，电容器上部开始露出液面，致使电容器两极间的介电常数减小，导致电容器的电容减小，液位传感器1通过信号线14连接外部的信号处理单元3，即可检测到电容值的变化，并进行报警。由于真空区域泄露的情况不同，液面下降的速度和高度也不同，信号处理单元3还可以根据电容值变化的量和变化的速度判断液面下降的高度和速度，进而得到设备真空度情况，作出不同等级的报警。

环境的不同有可能会影响液体介电常数或电容器本身的变化，导致液位传感器1的电容变化。为了减小环境因素带来的测量误差，本实施例提供的分接开关性能在线监测装置还包括传感器单元，传感器单元设置在液体内，用于监测环境参数，传感器单元的输出端与信号处理单元连接，信号处理单元3还用于根据环境参数修正电容变化值。可根据采集的当前的环境参数，利用预先确定的环境拟合曲线修正输出电容变化值，其中，环境拟合曲线可以通过实验室设备台架试验获得，改变检测腔内的环境参数，获取不同环境参数下液位传感器1的输出信号，通过计算机拟合环境参数和电容变化值之间的关系，得到环境拟合曲线。基于传感器单元和环境拟合曲线，可以有效的减少因环境改变带来的测量误差，提高了检测结果的可靠性。其中，传感器单元包括但不限于以下传感器：温度传感器、电导率传感器；对应地，环境参数包括温度和电导率等可能影响电容值的参数。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。