一种基于振动的变压器状态监测方法、装置及终端设备与流程

1.本发明涉及智能测控领域，尤其涉及一种基于振动的变压器状态监测方法、装置及终端设备。


背景技术：

2.变压器运行过程中的振动状态和内部发生突发性故障时的产气状态是表征变压器运行状态的重要特征。在变压器内部会安装瓦斯继电器，且变压器与瓦斯继电器紧密相连，能够传导振动。而瓦斯继电器在正常状态下，其中是充满油的，当出现瓦斯气体时，气体会上浮在瓦斯继电器上半部分，从而将绝缘油挤压到油箱中。
3.对故障时的产气状态而言，常采用油色谱监测和瓦斯继电器保护两种措施，但上述两种方法均是通过监测绝缘油在一段时间内的变化，从而获取到产气速率，但这两种方法无法对故障时的产气速率进行快速、实时监测，对故障的判断存在滞后现象。
4.因此，亟需一种变压器状态监测策略，来解决当前变压器状态的监测效率低的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种基于振动的变压器状态监测方法、装置及终端设备，以提高变压器状态的监测效率。
6.为了解决上述问题，本发明一实施例提供一种基于振动的变压器状态监测方法，包括：
7.获取压电材料传输的电信号，获得状态数据；其中，所述压电材料与目标继电器的内上壁连接；
8.根据所述状态数据，通过振动高度计算公式，获得所述目标继电器中的液体高度；
9.根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，将所述产气速率传输给用户端，以使用户端根据所述产气速率进行变压器状态的判断；其中，所述变压器状态包括：正常状态或异常状态；以及所述目标继电器与所述变压器连接。
10.由上可见，本发明具有如下有益效果：
11.本发明提供了一种基于振动的变压器状态监测方法，通过获取压电材料传输的状态数据，从而能够根据获取到的状态数据反映目标继电器的运行状态，再将状态数据根据振动高度计算公式及所获得目标继电器的液体高度，再根据液体高度球的目标继电器的产气速率，并将产气速率发送给用户端，使得用户端能够根据目标继电器的产气速率判断变压器的状态，从而实现变压器的状态监控。本发明通过压电材料实时获取继电器的状态数据，根据计算获得的液体高度来获取继电器的产气速率，从而实时反应变压器内部的状态，能够提高变压器状态监测的准确性和实时性，进而提高了变压器状态监测的效率。
12.作为上述方案的改进，所述根据所述状态数据，通过振动高度计算公式，获得目标继电器中的液体高度，具体为：
13.所述状态数据包括压电材料的振动幅度和振动频率，根据所述振动幅度和振动频率，代入所述振动高度计算公式，计算获得目标继电器的液体高度；所述振动高度计算公式如下：
[0014][0015]
其中ei为装置的弯曲刚度，ρ为装置的密度，a为横截面积，h装置为没入油的深度，ρ0为水的密度，z为装置宽度。
[0016]
实施本实施例的改进方案，本实施例基于目标继电器与变压器的连接结构，通过获取压电材料的振动幅度和振动频率，用以反映变压器的振动幅度和振动频率，并结合振动高度计算公式，获得液体高度，提高了液体高度获取的准确度，通过实时获取振动幅度和振动频率，能够实时计算出每一时刻液体高度，实现了实时监测的功能。
[0017]
作为上述方案的改进，所述获取压电材料传输的电信号，获得状态数据，具体为：
[0018]
接收由压电材料传输的根据目标继电器振动而生成的电信号；
[0019]
根据所述电信号的幅度和频率，获得振动幅度和振动频率；其中，所述状态数据包括：振动幅度和振动频率。
[0020]
实施本实施例的改进方案，本实施例通过压电材料的特性，根据目标继电器振动引起压电材料的拉伸和压缩，而使得压电材料产生电信号，通过接收压电材料传输电信号的幅度和频率，解析获得振动幅度和振动频率的数据，从而获得目标继电器的振动幅度和振动频率，为实时监测变压器奠定了基础。
[0021]
作为上述方案的改进，所述根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，具体为：
[0022]
根据所述液体高度，在预设时间后，获得液体高度的集合；
[0023]
根据所述液体高度的集合，通过预设的时间间隔，获得液体高度的变化速率；所述液体高度的变化速率为所述产气速率。
[0024]
实施本实施例的改进方案，本实施例根据液体高度，记录一段时间内的液体高度集合，并通过预设的时间间隔，能够实时计算液体高度的变化速率，通过液体高度反映产气速率，实现了变压器的状态监测。
[0025]
相应的，本发明一实施例还提供了一种基于振动的变压器状态监测装置，包括：数据获取模块、数据计算模块和结果生成模块；
[0026]
所述数据获取模块，用于获取压电材料传输的电信号，获得状态数据；其中，所述压电材料与目标继电器的内上壁连接；
[0027]
所述数据计算模块，用于根据所述状态数据，通过振动高度计算公式，获得所述目标继电器中的液体高度；
[0028]
所述结果生成模块，用于根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，将所述产气速率传输给用户端，以使用户端根据所述产气速率进行变压器状态的判断；其中，所述变压器状态包括：正常状态或异常状态；以及所述目标继电器与所述变压器连接。
[0029]
作为上述方案的改进，所述数据计算模块，包括：高度计算单元；
[0030]
所述高度计算单元，用于所述状态数据包括压电材料的振动幅度和振动频率，根据所述振动幅度和振动频率，代入所述振动高度计算公式，计算获得目标继电器的液体高
度；所述振动高度计算公式如下：
[0031][0032]
其中ei为装置的弯曲刚度，ρ为装置的密度，a为横截面积，h装置为没入油的深度，ρ0为水的密度，z为装置宽度。
[0033]
作为上述方案的改进，所述数据获取模块，包括：接收单元和解析单元；
[0034]
所述接收单元，用于接收由压电材料传输的根据目标继电器振动而生成的电信号；
[0035]
所述解析单元，用于根据所述电信号的幅度和频率，获得振动幅度和振动频率；其中，所述状态数据包括：振动幅度和振动频率。
[0036]
作为上述方案的改进，所述根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，具体为：
[0037]
根据所述液体高度，在预设时间后，获得液体高度的集合；
[0038]
根据所述液体高度的集合，通过预设的时间间隔，获得液体高度的变化速率；所述液体高度的变化速率为所述产气速率。
[0039]
相应的，本发明一实施例还提供了一种计算机终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明所述的一种基于振动的变压器状态监测方法。
[0040]
相应的，本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明所述的一种基于振动的变压器状态监测方法。
附图说明
[0041]
图1是本发明一实施例提供的基于振动的变压器状态监测方法的流程示意图；
[0042]
图2是本发明一实施例提供的基于振动的变压器状态监测装置的结构示意图；
[0043]
图3是本发明另一实施例提供的基于振动的变压器状态监测装置的结构示意图；
[0044]
图4是本发明一实施例提供的基于振动的变压器状态监测装置的安装位置示意图；
[0045]
图5是本发明一实施例提供的一种终端设备结构示意图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
实施例一
[0048]
参见图1，图1是本发明一实施例提供的一种基于振动的变压器状态监测方法的流程示意图，如图1所示，本实施例包括步骤101至步骤103，各步骤具体如下：
[0049]
步骤101：获取压电材料传输的状态数据；其中，所述压电材料与目标继电器的内
上壁连接。
[0050]
在本实施例中，所述获取压电材料传输的状态数据，具体为：
[0051]
接收由压电材料传输的根据目标继电器振动而生成的电信号；
[0052]
根据所述电信号的幅度和频率，获得振动幅度和振动频率；其中，所述状态数据包括：振动幅度和振动频率。
[0053]
在一具体的实施例中，目标继电器可以为瓦斯继电器。
[0054]
在一具体的实施例中，压电材料贴于瓦斯继电器内壁上方，当变压器振动带动瓦斯继电器振动时，装置头部的质量块产生振动，引起压电材料的拉伸或压缩，从而产生电信号，根据电信号的赋值和频率，获得振动幅度和振动频率；
[0055]
当瓦斯继电器中充满绝缘油时，装置头部的金属块振动幅度和频率都较小；当瓦斯继电器中存在气体时，振动装置埋于液位的高度不一，所受的粘滞力相对于完全没入绝缘油中下降，其振动幅度和频率均会变化，从而导致电信号幅度和频率的变化。
[0056]
在一具体的实施例中，请参见图3，图3是本发明另一实施例提供的基于振动的变压器状态监测装置的结构示意图，包括：该装置主要由壳体301、压电材料302、信号线303、悬臂梁304、质量块305构成，其中压电材料302敷设于悬臂梁304两侧，质量块305位于悬臂梁304的一端，悬臂梁304的另一端和压电材料302等被固定于非导电抗腐蚀材料的壳体301上，悬臂梁304上下两端的压电材料302均连接信号线303，信号线303从壳体301中集束穿出。
[0057]
步骤102：根据所述状态数据，通过振动高度计算公式，获得所述目标继电器中的液体高度。
[0058]
在本实施例中，所述根据所述状态数据，通过振动高度计算公式，获得目标继电器中的液体高度，具体为：
[0059]
所述状态数据包括压电材料的振动幅度和振动频率，根据所述振动幅度和振动频率，代入所述振动高度计算公式，计算获得目标继电器的液体高度；所述振动高度计算公式如下：
[0060][0061]
其中ei为装置的弯曲刚度，ρ为装置的密度，a为横截面积，h装置为没入油的深度，ρ0为水的密度，z为装置宽度。
[0062]
步骤103：根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，将所述产气速率传输给用户端，以使用户端根据所述产气速率进行变压器状态的判断；其中，所述变压器状态包括：正常状态或异常状态；以及所述目标继电器与所述变压器连接。
[0063]
在本实施例中，所述根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，具体为：
[0064]
根据所述液体高度，在预设时间后，获得液体高度的集合；
[0065]
根据所述液体高度的集合，通过预设的时间间隔，获得液体高度的变化速率；所述液体高度的变化速率为所述产气速率。
[0066]
在一具体的实施例中，预设时间和预设的时间间隔可由用户自行根据监测精度确定。
[0067]
在一具体的实施例中，当产气速率大于20cm/s时，则认为变压器状态为异常；当产气速率小于等于20cm/s时，则认为变压器状态为正常。
[0068]
在一具体的实施例中，本实施例还可以通过对压电材料电信号的检测，可以监测目标继电器振动的加速度。
[0069]
在一具体的实施例中，振动带动压电材料产生压电效应，压电效应产生的电流通过整流电路转化为直流，整流电路的输出端与储能装置的输入端相接，经过整流电路的直流电流对储能装置充电。储能装置的输出端与被供能传感器相连，当传感器需要电能时，储能装置通过输出端为传感器供能。
[0070]
在一具体的实施例中，为更好的说明压电材料的安装位置，请参见图4，包括：基于振动的变压器状态检测装置401、瓦斯继电器下壁402、瓦斯继电器上壁403、储油柜404、油箱405和排气口406；
[0071]
瓦斯继电器由瓦斯继电器下壁402、瓦斯继电器上壁403和排气口406组成；其中，瓦斯继电器左侧接油箱405，右侧接储油柜404；
[0072]
设备刚性外壳与瓦斯继电器内上壁相接，悬臂梁一端固定于外壳，带有质量块的另一端为自由端，当变压器振动时，其带动瓦斯继电器振动，悬臂梁另一端的质量块也随之振动，带动悬臂梁上下两侧压电晶体的拉伸或压缩；
[0073]
压电材料与输电线路相连接，输电线路的输出端接有电压检测装置和整流电路，电压检测装置可以记录压电晶体产生的信号幅值和频率，经过整流装置的电流进入储能装置中，储能装置的输出端为需要被供电传感装置的电源系统；
[0074]
记录的压电材料电压信号与信号分析装置相连，经过分析装置分析后根据信号差异，发出振动加速度、是否有气体产生、气体产生速率等信号。
[0075]
本实施例通过获取压电材料传输的状态数据，从而能够根据获取到的状态数据反映目标继电器的运行状态，再将状态数据根据振动高度计算公式及所获得目标继电器的液体高度，再根据液体高度球的目标继电器的产气速率，并将产气速率发送给用户端，使得用户端能够根据目标继电器的产气速率判断变压器的状态，从而实现变压器的状态监控，能够通过实时监测目标继电器的振动频率进而提高变压器的监测效率和准确度。本实施例还能够利用悬臂梁式振动取能装置实现了振动能量的获取，实现自给自足的功能，并利用振动引起的压电材料电信号的差异，监测了振动加速度。本实施例将供能、振动和气体状态监测三种功能集成在一起，有助于减少变压器状态监测装置数量、降低安装和供能难度。
[0076]
实施例二
[0077]
参见图2，图2是本发明一实施例提供的一种基于振动的变压器状态监测装置的结构示意图，包括：数据获取模块201、数据计算模块202和结果生成模块203；
[0078]
所述数据获取模块201，用于获取压电材料传输的状态数据；其中，所述压电材料与目标继电器的内上壁连接；
[0079]
所述数据计算模块202，用于根据所述状态数据，通过振动高度计算公式，获得所述目标继电器中的液体高度；
[0080]
所述结果生成模块203，用于根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，将所述产气速率传输给用户端，以使用户端根据所述产气速率进行变压器状态的判断；其中，所述变压器状态包括：正常状态或异常状态；以及所述目标继电器与所述变压器连
接。
[0081]
作为上述方案的改进，所述数据计算模块202，包括：高度计算单元；
[0082]
所述高度计算单元，用于所述状态数据包括压电材料的振动幅度和振动频率，根据所述振动幅度和振动频率，代入所述振动高度计算公式，计算获得目标继电器的液体高度；所述振动高度计算公式如下：
[0083][0084]
其中ei为装置的弯曲刚度，ρ为装置的密度，a为横截面积，h装置为没入油的深度，ρ0为水的密度，z为装置宽度。
[0085]
作为上述方案的改进，所述数据获取模块201，包括：接收单元和解析单元；
[0086]
所述接收单元，用于接收由压电材料传输的根据目标继电器振动而生成的电信号；
[0087]
所述解析单元，用于根据所述电信号的幅度和频率，获得振动幅度和振动频率；其中，所述状态数据包括：振动幅度和振动频率。
[0088]
作为上述方案的改进，所述根据所述液体高度，获得所述目标继电器的产气速率，具体为：
[0089]
根据所述液体高度，在预设时间后，获得液体高度的集合；
[0090]
根据所述液体高度的集合，通过预设的时间间隔，获得液体高度的变化速率；所述液体高度的变化速率为所述产气速率。
[0091]
本实施例通过数据获取模块获取压电材料传输的电信号，解析后的状态数据，再根据电信号获得状态数据，从而通过数据计算模块计算获得目标继电器中液体的高度，最后通过结果生成模块根据液体高度计算获得产气速率，进而将产气速率传输给用户端，以使用户端根据目标继电器的产气速率判断变压器的状态。本实施例通过监测目标继电器的振动，实时监测变压器的状态，提高了变压器状态监测的准确性。
[0092]
实施例三
[0093]
参见图5，图5是本发明一实施例提供的终端设备结构示意图。
[0094]
该实施例的一种终端设备包括：处理器501、存储器502以及存储在所述存储器502中并可在所述处理器501上运行的计算机程序。所述处理器501执行所述计算机程序时实现上述各个基于振动的变压器状态监测方法在实施例中的步骤，例如图1所示的基于振动的变压器状态监测方法的所有步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如：图2所示的基于振动的变压器状态监测装置的所有模块。
[0095]
另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上任一实施例所述的基于振动的变压器状态监测方法。
[0096]
本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0097]
所称处理器501可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路
(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器501是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
[0098]
所述存储器502可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器501通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器502内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器502可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0099]
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
[0100]
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0101]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。