变压器非电量保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种变压器保护装置，尤其是一种利用变压器的非电量进行动作来保护变压器的装置。

背景技术：

变压器是电力系统中及其重要的一种电气设备，是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。若发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来巨大的影响和损失，因此，为变压器装设性能良好、安全可靠的保护装置非常有必要的。变压器一旦出现问题将会影响系统的安全稳定运行。

电力变压器的电量型继电保护，如差动保护、电流速断保护、零序电流保护等，对变压器内部故障是不灵敏的，内部发生较严重的故障线电流不会受太大的影响，只有故障发展到多匝短路或对地短路时才能切断电源，这样极有可能已经造成危害和损失。由此，目前的电量保护对于变压器的一些保护存在盲区。变压器的电量测量存在一定的危险性，而且难度较大，成本较高，而且变压器电量变化不能准确迅速的检测出内部故障，电量继电器有所保护时已造成了巨大损失。

变压器发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，装设性能良好、安全可靠的保护装置非常必要。近年来全国发生多起的变压器故障，大多保护设备不足等存在问题而引起。一些典型事故再次提醒我们，如若变压器保护没有做好，必会影响系统的安全稳定运行。

技术实现要素：

实用新型目的：针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够实时监测变压器非电量变化，能够及时准确获知变压器故障类型并根据故障类型做出相应的保护措施的变压器非电量保护装置。

技术方案：一种变压器非电量保护装置，包括主控模块、用于检测变压器非电量参数的检测模块、用于切除变压器的开关电路以及用于显示故障类型的显示模块；所述检测模块包括温度检测单元和压力检测单元，所述检测模块将测得的温度和压力信号发送至主控模块，主控模块通过开关电路切除变压器。

所述温度检测单元包括分别安装在变压器A、B、C三相绕组上的三相温度传感器和一个用于检测环境温度的环境温度传感器。

所述压力检测单元包括置于变压器本体油箱上部的压力传感器。当变压器内部发生故障时，温度升高，绝缘油膨胀，从而导致油箱内部压力增高，压力传感器能够时时检测压力变化，并通过主控模块计算出压力变化率，并判断出故障类型。

所述主控模块连接一报警电路；该报警电路包括发光二级管、三极管和蜂鸣器；所述三极管由主控模块控制实现开关状态的转换；当所述检测模块检测的一个或多个变量超过正常工作范围时，相应的发光二极管被点亮、蜂鸣器被触发。

所述检测模块还包括一瓦斯检测单元，其连接所述主控模块；所述瓦斯检测单元包括安装在油箱与油枕之间连接管中的瓦斯继电器，所述瓦斯继电器包括上触点和下触点；当变压器内部发生轻微故障时，所述瓦斯继电器的上触点接通时，报警电路导通，发出报警信号；当变压器内部发生大故障时，所述瓦斯继电器的下触点接通时，开关电路导通，切除变压器。

油膨胀和所产生的瓦斯气体经瓦斯继电器向油枕中流动，该油或者气体的流速产生了一定的推动力；具体的，当变压器内部发生轻微故障时，气体产生较慢，首先积聚于继电器的上部空间，使所述瓦斯继电器的上触点接通，报警电路导通，发出报警信号；当变压器内部发生大故障时，强烈的瓦斯气体使油箱压力激增，从而产生很大的油流速冲击油枕，瓦斯继电器的挡板被冲动，挡板倾斜，使所述瓦斯继电器的下触点接通，继而开关电路导通，切除变压器。

所述装置还包括触摸屏，该触摸屏与所述主控模块连接；所述主控模块连接一计算机，所述触摸屏与计算机连接。

所述装置还包括通讯模块和移动监测设备；所述主控模块通过通讯模块将检测信号发送至移动监测设备。

所述检测模块还包括一安装在装置变压器箱壁上的噪声监测单元，其由主控模块控制。噪声监测单元对变压器本体发出的噪声进行时时检测，噪声变化超过常规标准时，还可以通过触发相应报警电路来提醒工作人员。

所述检测模块还包括一用于判断冷却器是否全停的冷却全停保护单元，其由主控模块控制。该冷却全停保护单元通过通过温度等故障现象判断冷却器是否全停，冷却器系统是否正常运行,若因故障使冷却器全停需切除变压器进行保。

有益效果：和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：1、可以实时监测变压器非电量变化，能够通过变量迅速判断故障类型的同时，做出相应的报警信号严重时并动作切除变压器，及时保护变压器，避免了损失以及危害的扩大，相较于传统电量保护非电量保护更加灵敏与准确，更大的提升了变压器的保护程度；2、对多个变压器的非电量信号进行检测，结合附属设备触摸屏、计算机、GPRS通讯、手机显示、报警模块等。全方位，更加准确迅速的保护了变压器，提升了变压器的使用寿命，相较于传统的变压器保护，大大地减少了事故的发生率。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理结构框图；

图2主控模块电路原理图；

图3报警电路图；

图4温度传感器电阻电压转换电路；

图5压力传感器电阻电压转换电路；

图6继电器动作原理图；

图7为单片机连接触摸屏RS-232转换电路图；

图8为单片机连接计算机转换电路图；

图9为GPRS无线通信模块；

图10冷却器全停保护逻辑图；

图11瓦斯继电器接线原理图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，本装置由主控模块、各种检测模块、开关电路以及一些附属设备组成；其中，检测模块检测模块用来检测变压器的温度、压力、瓦斯、噪声等非电量，包括温度检测单元、压力检测单元、噪声检测单元、瓦斯检测单元和冷却器全停保护单元，附属设备包括触摸屏、计算机、GPRS通讯模块、手机显示端、报警模块等组成。

瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护两种；轻瓦斯保护用于触发报警信号，重瓦斯保护触发报警并切除变压器。

噪声检测利用声音传感器，能够检测声音的电信号，直接传递给主控芯片，进行 A/D转换并保存。

冷却器全停保护，主要对变压器的冷却系统进行保护。检测到冷却器全停时及时动作后立即发出报警信号，严重时切除变压器。

本实施例中，如图2所示，主控模块为STC51单片机；模数转换模块利用STC51 单片机内部A/D转换功能；

图3所示，报警电路由发光二级管和三极管连接蜂鸣器构成；报警电路中的三极管工作在开关状态，状态的转换由STC51单片机控制，打开三极管即可实现报警。当监测的温度、压力、噪声等有一个或多个变量超过正常的工作范围时，温度、压力、噪声等分别有相应的发光二极管会被点亮，通过具体点亮的二极管，可以判断故障点，同时 STC51单片机会驱动它们共同使用的蜂鸣器，实现报警的功能。

温度检测单元为分别在变压器的A、B、C三相绕组上安装温度传感器，此外，再设置一个专门用于检测环境温度的温度传感器，共需要四个温度传感器，分别进行必要的信号放大，在主控模块内进行A/D转换并记忆。温度传感器测得信号，若电量信号较小时则利用放大电路对该信号进行放大，然后把该信号传递到单片机A/D转换I/O口，利用单片机自身的模数转换功能得到二进制数据信息，再进行数据处理，实现温度的实时监测。在得到温度的同时还需与正常范围时的温度进行比较，当变压器温度升高时，对应的LED灯导通被点亮，并使蜂鸣器得到导通，进行报警；报警的同时若超温过大，温度开关即继电器则会发生动作，实现过温保护，切除开关。

与此同时，单片机通过定时计算出温度的上升率dT/dt，根据三相绕组以及环境的温度上升率能够判断是否正常温升，若是故障温升，可依据四者温度变化率判断故障类型，变压器单相短路故障、两相短路故障、三相短路故障等，实现了温度变化率以及具体的故障类型的实时监测。

压力保护利用压力传感器进行检测，也进行必要的放大电路进行信号放大，再经 A/D转换并记忆在主控模块中。压力的采集与温度是同步的，利用压力传感器检测压力的电量信号，实行信号检测以及实现压力的实时监测与温度策略相同，过压报警与超温报警采用的是同一蜂鸣器，但是点亮的是不同的LED灯。过压报警的同时，继电器会动作，切除变压器，实现过压保护。同时还能计算出压力变化率，判断出变压器相应的故障类型。

图4所示温度传感器电阻电压转换电路，利用温度电阻Pt100的温度和其阻值近似线性变化，可以将电阻信号转换成电压信号，传递到主控芯片中。如图5所示为压力传感器电阻电压转换电路；该电路设计采用电压激励电桥将电阻信号转换为小电压信号，然后经过差分放大将小电压信号放大再经过滤波得到待处理电压信号。本设计测的是三相绕组以及环境的温度，所以需要四组信号测量温度的调理电路。

STC单片机将存取数据并处理计算出变化率，配合GPRS手机显示、触摸屏和计算机等相应的外部模块，能够实现较精确对变压器的故障和非故障进行判断，故障情况时能够通过开关电路及时切除，从而达到通过非电量的来保护变压器的功能；本实施例中，开关电路采用继电器。

优选的，本装置还包括噪音检测单元，采用噪音传感器检测噪声信号，经过滤波放大之后转化为电信号传递给单片机A/D转化I/O口，实时监测噪音变化，并与正常运行的噪音相比较，异常则导通报警电路进行报警。

本装置还进一步采用瓦斯保护，图11为瓦斯继电器接线原理图；将瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间的连接管中；当变压器内部发生轻微故障时，气体产生较慢，首先积聚于继电器的上部空间，使得所述瓦斯继电器的上触点接通，报警电路导通，发出报警信号；当其内部发生大故障时，强烈的瓦斯气体使油箱压力激增，从而产生很大的油流速冲击油枕，瓦斯继电器的挡板被冲动，挡板倾斜，所述瓦斯继电器的下触点接通时，开关电路继而导通，从而实现切除变压器。

图5所示继电器动作原理图，给relay一个低电平，三极管导通，线圈有电后，1 号触点下移，常开触点导通，常闭触点断开，以此来实现变压器的切除。当监测的温度、压力、噪声等有一个或多个变量超过正常的工作范围时，通过单片机继电器会导通，并动作断电。图6为继电器动作原理图。

图7所示，装置还设有触摸屏，为了实现单片机和触摸屏之间数据的相互接收和传递，采用的触摸屏的一个串口RS-232，由于两者传递信号不同，需要在它们之间加转接芯片MAX232进行单电源电平转换。若触摸屏需要和计算机相连时，只需将触摸屏的另一个串口连接数据线，就可以能够达到目的；完成触摸屏本实用新型的控制，以及相关变量显示。

图8所示，装置还可以外接计算机，为了完成单片机和计算机之间的连接，由于两者传递信号不同，需要在它们之间加转接芯片ch340进行电平转换，然后连接USB串口，就能实现程序的下载以及数据的传输。

图9所示，本实用新型采用的通信方式是无线通信模块，优选用GPRS模块，使用方便、传输速度快，可以稳定的传送大量数据，且该模式可以保证多个用户共享同一个无线通道。装置通过GPRS模块与手机等远程客户端保持通讯，来进行变压器的非电量情况的实时监测。

图10所示为冷却器全停保护逻辑图，变压器负荷运行时，压板由运行人员投入。若冷却器全停，则立即发出报警信号，同时长延时被启动并切除变压器；若冷却器全停后，变压器伴随有温度超温，导通短延开关，并去除变压器。

此外，各个保护模块的情况，对应的数据，都可以通过无线通讯GPRS模块连接到手机，进行数据传输，并实现实时监测的功能。