本發(fā)明涉及一種變壓器油位油溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，具體涉及一種采用雙超聲波傳感器的變壓器油位油溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、變電站中，油位油溫是監(jiān)測(cè)電力變壓器安全運(yùn)行的重要參數(shù)，變壓器油溫是通過(guò)油溫傳感器測(cè)得，而目前變壓器油位測(cè)量方式是通過(guò)運(yùn)維人員觀察變壓器油枕上的油位計(jì)讀取數(shù)據(jù)，然后再人工對(duì)照變壓器廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線來(lái)評(píng)判變壓器的安全運(yùn)行情況。而變壓器油位計(jì)安裝位置一般都比較高，不易于運(yùn)維人員讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)由于油位計(jì)進(jìn)水銹蝕、油箱容量不合理、主變散熱器運(yùn)行不正常等因素，導(dǎo)致油位計(jì)卡死、指示不正確的故障頻發(fā)。人工對(duì)照油位油溫曲線也比較耗時(shí)費(fèi)力，容易出現(xiàn)誤判情況。

2、隨著智能檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波在液位測(cè)量中優(yōu)勢(shì)越顯突出。超聲波液位測(cè)量以超聲波脈沖為信號(hào)源通過(guò)采集相應(yīng)的超聲波回波信息從而完成液位測(cè)量。

3、針對(duì)目前變壓器油位油溫監(jiān)測(cè)存在的這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種基于超聲波測(cè)距原理的更加自動(dòng)化智能化的變壓器油位油溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種采用雙超聲波傳感器的變壓器油位油溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，基于超聲波測(cè)距原理測(cè)量變壓器油位，同時(shí)將測(cè)得的變壓器油位油溫?cái)?shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷變壓器是否安全正常運(yùn)行，并將相關(guān)油位油溫?cái)?shù)據(jù)及報(bào)警信號(hào)傳至監(jiān)控后臺(tái)，方便運(yùn)維人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行情況。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用雙超聲波傳感器的變壓器油位油溫監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括：超聲波傳感器模塊、油溫傳感器模塊、油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊、通訊模塊以及監(jiān)控后臺(tái)，超聲波傳感器模塊與油溫傳感器模塊將所測(cè)得的變壓器油位及油溫?cái)?shù)據(jù)傳輸給油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊，經(jīng)過(guò)油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊處理完數(shù)據(jù)后將相關(guān)的油位油溫?cái)?shù)據(jù)及報(bào)警信息傳輸給通訊模塊，再由通訊模塊傳輸給監(jiān)控后臺(tái)。

3、進(jìn)一步的，所述超聲波傳感器模塊包括：超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b，其主要具有以下功能：

4、s1.1?超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b分別發(fā)出超聲波信號(hào)，并采集對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)；

5、s1.2?對(duì)采集到的超聲波信號(hào)進(jìn)行降噪處理，以減小變電站中的噪音對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；

6、s1.3?依據(jù)降噪處理后的超聲波數(shù)據(jù)分別計(jì)算出超聲波傳感器模塊a測(cè)得的油位數(shù)據(jù)h1以及超聲波傳感器模塊b測(cè)得的油位數(shù)據(jù)h2，并將所計(jì)算出的油位數(shù)據(jù)h1與油位數(shù)據(jù)h2傳輸給油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊。

7、進(jìn)一步的，所述變壓器油溫傳感器模塊具有以下功能：

8、s2.1:測(cè)量變壓器油溫并將測(cè)得的油溫?cái)?shù)據(jù)t傳輸?shù)接臀挥蜏財(cái)?shù)據(jù)采集分析模塊與通訊模塊。

9、進(jìn)一步的，所述油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊具有以下功能

10、s3.1接收來(lái)自超聲波傳感器模塊傳輸過(guò)來(lái)的油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)，計(jì)算兩個(gè)超聲波傳感器測(cè)得的油位偏差，計(jì)算公式為：δh=h1-h2；

11、s3.2：k為油位測(cè)量準(zhǔn)確度判別系數(shù)，根據(jù)不同油枕特性決定其數(shù)值大??；

12、當(dāng)不滿足δh<k條件時(shí)，表明超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b測(cè)得的油位相差較大，測(cè)量油位不準(zhǔn)確，此時(shí)向通訊模塊傳輸信號(hào)為：“超聲波傳感器異常”報(bào)警信號(hào)以及油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)；

13、當(dāng)發(fā)出“超聲波傳感器異常”報(bào)警信號(hào)時(shí)，運(yùn)維人員可以通過(guò)比對(duì)變壓器油枕的機(jī)械油位指示數(shù)據(jù)與兩個(gè)超聲波傳感器測(cè)得的油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)的大小，來(lái)判斷那個(gè)超聲波傳感器出現(xiàn)異常，進(jìn)而進(jìn)行維修；

14、當(dāng)滿足δh<k條件時(shí)，表明超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b測(cè)得油位相差不大，測(cè)量油位準(zhǔn)確；

15、s3.3：此時(shí)依據(jù)油位高度h1數(shù)據(jù)與油位高度h2數(shù)據(jù)計(jì)算平均油位，計(jì)算平均油位的公式為：hv=(h1+h2)/2；

16、s3.4：依據(jù)平均油位數(shù)據(jù)hv與接收到的油溫?cái)?shù)據(jù)t，基于變壓器標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線數(shù)據(jù)判別變壓器油位油溫是否正常，判別條件為：

17、條件1：|hv-h|<g，其中h為實(shí)際測(cè)得的變壓器油溫?cái)?shù)據(jù)t時(shí)對(duì)應(yīng)的變壓器標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線中變壓器的油位數(shù)據(jù)，g為對(duì)應(yīng)的油位比較系數(shù)，根據(jù)不同油枕的油位油溫特性而設(shè)定其數(shù)值大小；

18、條件2：|t-t|<e，其中t為實(shí)際測(cè)得的油位數(shù)據(jù)hv時(shí)對(duì)應(yīng)的變壓器標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線中變壓器的油溫?cái)?shù)據(jù)，e為對(duì)應(yīng)的溫度比較系數(shù)，根據(jù)不同油枕的油位油溫特性而設(shè)定其數(shù)值大??；

19、s3.5：當(dāng)滿足條件1與條件2時(shí)，表明油位油溫正常，此時(shí)向通訊模塊傳輸?shù)男盘?hào)為：“變壓器油位油溫正常”信號(hào)，以及傳感器所測(cè)的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv；

20、s3.6：當(dāng)條件1與條件2中任一個(gè)不滿足時(shí)，表明油位油溫異常，此時(shí)向通訊模塊傳輸?shù)男盘?hào)為：“變壓器油位油溫異?！毙盘?hào)，以及傳感器所測(cè)得的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv。

21、進(jìn)一步的，所述通訊模塊具有以下功能:

22、s4.1接收從油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊傳來(lái)的相關(guān)報(bào)警信號(hào)，所測(cè)的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv以及變壓器油溫傳感器模塊傳來(lái)的油溫?cái)?shù)據(jù)t，并向監(jiān)控后臺(tái)發(fā)送這些報(bào)警信號(hào)與數(shù)據(jù)。

23、進(jìn)一步的，所述監(jiān)控后臺(tái)功能為：接收從通訊模塊傳輸來(lái)的相關(guān)報(bào)警信號(hào)以及所測(cè)的油位數(shù)據(jù)h1、h2、hv和油溫?cái)?shù)據(jù)t，將監(jiān)控后臺(tái)界面設(shè)計(jì)為2個(gè)分界面，具體為

24、s5.1界面1展示的是所測(cè)得的油位數(shù)據(jù)h1、油位數(shù)據(jù)h2以及平均油位數(shù)據(jù)hv隨著變壓器油溫t變化的曲線，共三條曲線；同時(shí)在超聲波傳感器出現(xiàn)異常時(shí)展現(xiàn)由通訊模塊傳輸過(guò)來(lái)的“超聲波傳感器異?！眻?bào)警信號(hào)；

25、s5.2界面2展示的是標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油位油溫曲線坐標(biāo)界面，而變壓器平均油位數(shù)據(jù)hv以及變壓器油溫t以坐標(biāo)點(diǎn)的形式展現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油位油溫曲線坐標(biāo)界面上，進(jìn)而可以直觀的觀察到變壓器油位油溫?cái)?shù)據(jù)偏離標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油位油溫曲線的程度，界面2同時(shí)展示由通訊模塊傳輸過(guò)來(lái)的“變壓器油位油溫正?！被颉白儔浩饔臀挥蜏禺惓！眻?bào)警信號(hào)。

26、進(jìn)一步的，所述超聲波傳感器模塊a安裝在變壓器油枕上方正中間位置，所述超聲波傳感器模塊b安裝在變壓器油枕下方正中間位置，在超聲波傳感器模塊a、超聲波傳感器模塊b安裝位置處涂抹超聲波耦合劑，以減少探頭與被測(cè)物之間空氣層影響，提高測(cè)量精度；超聲波傳感器模塊a、超聲波傳感器模塊b的外殼設(shè)計(jì)成具有鐵磁吸附特性，吸附在變壓器油枕鐵質(zhì)材料的外壁上。

27、進(jìn)一步的，所述超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b，通過(guò)抱箍固定在變壓器油枕上，所述抱箍包括：兩個(gè)半圓箍以及用于連接的螺栓，通過(guò)兩個(gè)半圓箍繞變壓器油枕一圈分別來(lái)將超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b包裹在內(nèi)，將通過(guò)調(diào)節(jié)半圓箍上的螺栓來(lái)將半圓箍緊固在變壓器油枕上，使得夾在半圓箍與油枕之間的超聲波傳感器模塊a、超聲波傳感器模塊b緊固在變壓器油枕上，通過(guò)電源及通訊線纜將超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b連接。

28、進(jìn)一步的，所述超聲波傳感器模塊a發(fā)出的超聲波信號(hào)由油枕上部空氣傳輸?shù)阶儔浩饔鸵好婧蟀l(fā)生反射，超聲波傳感器模塊a發(fā)出的超聲波信號(hào)在變壓器油枕上部空氣中傳播速度為v1，超聲波傳感器模塊a從發(fā)射到接收到超聲波信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t1，變壓器油枕高度為h,可計(jì)算出超聲波傳感器模塊a所測(cè)的的油位高度h1為：h1=h-h1=h-(v1*t1)/2；

29、所述超聲波傳感器模塊b發(fā)出的超聲波信號(hào)由油枕下部變壓器油傳輸?shù)娇諝夂蟀l(fā)生反射，超聲波傳感器模塊b發(fā)出的超聲波信號(hào)在變壓器油枕下部變壓器油中傳播速度為v2，超聲波傳感器模塊b從發(fā)射到接收到超聲波信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t2，變壓器油枕高度為h，可計(jì)算出超聲波傳感器模塊b所測(cè)的油位高度h2為：h2=h2=(v2*t2)/2。

30、進(jìn)一步的，所述超聲波傳感器模塊a硬件部分包括：mcu處理器、電源模塊、輸出模塊、模塊a發(fā)射電路、模塊a接收電路、超聲波傳感器a探頭。其具體連接方式為：mcu處理器為模塊a發(fā)射電路與模塊a接收電路提供發(fā)出及接收超聲波信號(hào)的控制及采集信號(hào)，模塊a發(fā)射電路控制超聲波傳感器a探頭發(fā)出超聲波信號(hào)，超聲波傳感器a探頭再將接收到的超聲波信號(hào)傳輸給模塊a接收電路，模塊a接收電路將接收到的超聲波信號(hào)傳回mcu處理器，電源模塊為mcu處理器、模塊a發(fā)射電路與模塊a接收電路提供電源，mcu處理器將計(jì)算出的油位信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸給輸出模塊，由輸出模塊再傳輸給油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊；

31、所述超聲波傳感器模塊中的超聲波傳感器模塊b硬件部分包括：模塊b發(fā)射電路、模塊b接收電路、超聲波傳感器b探頭，為節(jié)省資源減小體積，超聲波傳感器模塊b與超聲波傳感器模塊a共用一個(gè)muc處理模塊、電源模塊、輸出模塊，超聲波傳感器模塊b通過(guò)電源及通訊線纜連接到超聲波傳感器模塊a的muc處理模塊、電源模塊、輸出模塊，超聲波傳感器模塊b各部件連接方式及功能與超聲波傳感器模塊a中的相同。

32、進(jìn)一步的，所述超聲波傳感器模塊中的所述超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b所發(fā)出超聲波頻率范圍在20~200khz內(nèi)，根據(jù)具體實(shí)際應(yīng)用調(diào)試效果決定采用那個(gè)頻率超聲波；為防止超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b之間相互干擾，這里采用兩種發(fā)波方案，方案1與方案2，具體如下：

33、方案1的超聲波傳感器模塊油位測(cè)量流程為：系統(tǒng)開(kāi)始后，超聲波傳感器模塊a先發(fā)射頻率為 f的超聲波信號(hào)，然后判斷是否接收到回波，若沒(méi)有接收到回波，再次讓超聲波傳感器模塊a發(fā)射頻率為 f的超聲波信號(hào)，直到判斷接收到超聲波回波后，對(duì)發(fā)收的超聲波信號(hào)進(jìn)行降噪處理，依據(jù)降噪處理后的超聲波信號(hào)計(jì)算出超聲波傳感器模塊a測(cè)得的變壓器油位高度h1，接著讓超聲波傳感器模塊b發(fā)射頻率同樣為 f的超聲波信號(hào)，同樣是判斷是否接收到回波，若沒(méi)有接收到回波，再次讓超聲波傳感器模塊b發(fā)射頻率為 f的超聲波信號(hào)，直到判斷接收到超聲波回波后，對(duì)發(fā)收的超聲波信號(hào)進(jìn)行降噪處理，依據(jù)降噪處理后的超聲波信號(hào)計(jì)算出超聲波傳感器模塊b測(cè)得的變壓器油位高度h2，最后再將所測(cè)得的油位高度數(shù)據(jù)h1與h2傳輸給所述的油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊；

34、方案2的超聲波傳感器模塊油位測(cè)量流程為：系統(tǒng)開(kāi)始后，超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b同時(shí)分別發(fā)出頻率為 f1與 f2的超聲波信號(hào)，然后判斷超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b是否均接收到回波，若沒(méi)有接收到回波，清空接收的超聲波回波數(shù)據(jù)，再次讓超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b同時(shí)分別發(fā)出頻率為 f1與 f2的超聲波信號(hào)，直到判斷超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b均接收到超聲波回波后，對(duì)發(fā)收的超聲波信號(hào)進(jìn)行降噪處理，依據(jù)降噪處理后的超聲波信號(hào)分別計(jì)算出超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b測(cè)得的油位高度h1與h2，最后再將所測(cè)的得油位高度數(shù)據(jù)h1與h2傳輸給所述的油位油溫?cái)?shù)據(jù)采集分析模塊。

35、本發(fā)明的有益效果是：

36、（1）相對(duì)傳統(tǒng)的變電站運(yùn)維人員通過(guò)人工讀取變壓器油枕油位計(jì)數(shù)據(jù)及變壓器油溫?cái)?shù)據(jù)，并人工與變壓器廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)判斷變壓器是否安全正常運(yùn)行的方式，本發(fā)明所提出的方法通過(guò)超聲波傳感器與溫度傳感器測(cè)量變壓器油枕油位數(shù)據(jù)與變壓器油溫?cái)?shù)據(jù)并傳入mcu處理器中，通過(guò)mcu處理器將所測(cè)的油位油溫?cái)?shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)油位油溫曲線數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)判斷變壓器是否安全正常運(yùn)行，并將相關(guān)的報(bào)警信號(hào)與油位油溫?cái)?shù)據(jù)上傳至監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，更加智能化與自動(dòng)化；

37、（2）本發(fā)明所采用的超聲波傳感器安裝在變壓器油枕外部，不會(huì)對(duì)變壓器油枕本體造成破壞，且安裝簡(jiǎn)單牢固；

38、（3）本發(fā)明采用兩個(gè)超聲波傳感器測(cè)量變壓器油枕油位，并將兩個(gè)超聲波傳感器測(cè)量的油位進(jìn)行對(duì)比，提高了油位測(cè)量的準(zhǔn)確度，并在兩個(gè)超聲波傳感器測(cè)量變壓器油枕油位偏差較大時(shí)，及時(shí)與變壓器油枕油位計(jì)對(duì)比判斷那個(gè)超聲波傳感器出現(xiàn)異常并進(jìn)行維修；

39、（4）本發(fā)明中的超聲波傳感器模塊a與超聲波傳感器模塊b的硬件電路部分共用一個(gè)muc處理模塊、電源模塊以及輸出模塊，超聲波傳感器模塊b通過(guò)電源及通訊線纜連接到超聲波傳感器模塊a，節(jié)省了硬件資源，縮小了硬件體積。