变压器智能有载瓦斯排气装置的制作方法

本发明涉及变压器继电器瓦斯排气配套设备，具体为一种变压器智能有载瓦斯排气装置。

背景技术：

电力变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中极其重要的组成部分，它所配备相应的瓦斯保护能有效的反应变压器的内部故障，是变压器保护措施中最为常用常见的方式。近年来，电力系统规模的不断扩大，电压等级的提高，增加了很多大容量的变压器，变压器的瓦斯继电器大多设计安装于变压器本体上部，给检修维护人员带来了以下问题：

1.1变压器排气作业带来的安全隐患。变压器有载轻瓦斯在动作后气体检测和排放，此类工作需要作业人员带电操作，攀爬至变压器本体上部作业，将气体排出并进行数据分析。因瓦斯继电器离变压器带电部位距离较近，工作人员在作业中存在一定的安全隐患。

1.2有载瓦斯继电器排气作业频繁。主变压器有载分接开关为独立油箱，有载分接开关操作较为频繁，产气几率较大，所以有载瓦斯气体的排放作业频繁，致使检修人员工作量增加。

1.3变电站分布较散，跨度较大，日常运维费用大。瓦斯排气工作时间虽然短，但路途时间较长，致使人力、物力资源消费增加。

qj1-80是目前常用的变压器瓦斯继电器，其继电器芯子结构如图10所示。气体继电器安装在变压器到储油柜的连接管路上。继电器芯子上部由开口杯4、重锤3、磁铁5和干簧触点6构成动作于信号的容积装置，其下部有挡板8、与弹簧联接的调节杆10、磁铁7和干簧触点11构成动作于跳闸的流速装置。

变压器正常运行时，继电器内一般是充满变压器油。如果变压器内部发生轻微故障，则因油分解而产生的气体聚集在上部气室内，迫使其油面下降，开口杯4随之下降到某一限定位置，其上的磁铁5使干簧触点6吸合并动作于信号；若变压器因漏油而使油面继续降低，同样动作于信号。如果变压器内部发生严重故障，油箱内压力瞬时升高，将会出现油的涌浪，则在连接管路中产生油流，冲击挡板8，当挡板旋转到某一限定位置时，其上的磁铁7使干簧触点11吸合并动作于跳闸，切断与变压器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用。

目前qj-25、qj-50、qj-80现使用于变压器不同位置，qj-25一般作为变压器有载瓦斯继电器使用、qj-50及qj-80作为变压器本体瓦斯进行使用。

技术实现要素：

本发明为解决目前变压器瓦斯排气作业自动化程度低，导致人员工作量大且存在安全隐患的技术问题，提供一种变压器智能有载瓦斯排气装置。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种变压器智能有载瓦斯排气装置，包括电源电路、cpu、数码显示区、看门狗电路、数据存储区、输出电路区以及信号采集电路；所述cpu的信号输出端分别与数码显示区、看门狗电路、数据存储区以及输出电路区相连接；cpu的信号输入端与信号采集电路相连接；所述输出电路区包括74ls04芯片u9、npn三极管q4和q5、二极管d3、d4、d5，con2连接器j2、j3、j4，手动按钮、信号灯、电磁阀以及继电器k1、k2、k3；u9的第1、第3端子与cpu的信号输出端相连接，u9的gnd端接地，u9的vcc端接vcc_5电源，u9的第2、第4端子分别与q4的基极以及q5的基极相连接，q4和q5的发射极接地，q4的集电极与d4的正极相连接，q4的集电极以及d4的负极分别连接在k2主线圈两端；电源电路的第一输出端与j2的第2端连接，电磁阀连接在j2的第1、2端之间，j2的第1端与k2的常开触点的一端相连接，k2的常开触点的另一端与电源电路的第二输出端相连接，d4的负极与电源vcc_5连接；j2的第1端还与k1的常开触点的一端相连接，k1的常开触点的另一端与电源电路的第二输出端相连接，d3的正极接地且与k1主线圈的一端相连接，d3的负极与k1主线圈的另一端相连接且与j3的第1端连接，j3的第2端与vcc_5相连接，手动按钮连接在j3的两端；q4和q5的发射极共同与k3主线圈的一端以及d5的正极相连接，q5的集电极与k3主线圈的一端相连接，d5的负极与k3主线圈的另一端以及vcc_5相连接；k3的常开触点的两端与j4的两端相连接，信号灯的两端与j4的两端相连接；

所述信号采集电路包括con2连接器j6、j7以及两个双向tvs二极管q6；j6的第1、第2端之间接入继电器瓦斯干点信号，j6的第1端与vcc_5电源相连接，j6的第2端接地并与cpu的信号输入端相连接，j6的第2端与其中一个双向tvs二极管的一端相连接；j7的第1、第2端之间连接电磁阀反馈开关，j7的第1端与vcc_5电源相连接，j7的第2端接地并与cpu的信号输入端相连接，j7的第2端与另一个双向tvs二极管的一端相连接；两个双向tvs二极管的另一端均接地。

本发明使用时，电磁阀与瓦斯继电器的放气阀相连接，瓦斯干点信号接入的是瓦斯继电器的干簧触点（信号用）端子。

本发明工作原理：（1）自动排气：当轻瓦斯开关动作时，cpu检测到有效信号时，cpu驱动k3闭合，信号灯亮，轻瓦斯报警信号远传至主控后台；当运行到设置信号灯点亮时长时，单片机驱动k2闭合，使得电磁阀得电，开始排放瓦斯，当运行时长达到设置初次放气时长时，cpu驱动并关闭k2，停止排放瓦斯；等待一段已经设置好的中间排气缓冲时间后，cpu继续驱动k2闭合，继续排气，当排气时长达到设置的第二次排气时长时，单片机驱动并关闭k2，停止排放瓦斯。完成以上动作，数据存储区记录排放次数，并在数码显示区上更新显示。

（2）手动排气：手动按动手动按钮开关，k1继电器闭合，电磁阀得电，开始排气，需要时刻检查排气情况，如未排尽，重复按动手动按钮。

本发明具有以下优点：

1）装置与设备无缝连接：不改变原有的瓦斯继电器的结构，确保瓦斯继电器的使用寿命；

2）延时启动排气：有效解决了轻瓦斯器报警信号和排气装置的配合问题；

3）手自一体：在设计上引用原有的轻瓦斯报警回路，设置手动和自动瓦斯气排放功能，解决气体采集及排放的便利性；

4）确保正确动作：设置合理的排气时间，配合电磁阀的常闭接点，解决电磁阀的启停问题。

附图说明

图1本发明的电路原理图。

图2电源电路原理图。

图3cpu电路原理图。

图4数码显示区电路原理图。

图5看门狗电路原理图。

图6数据存储区电路原理图。

图7输出电路区电路原理图。

图8信号采集电路原理图。

图9独立遥控电路原理图。

图10继电器芯子结构示意图。

1—探针；2—放气阀；3—重锤；4—开口杯；5—磁铁；6—干簧触点(信号用)；7—磁铁；8—挡板；9—接线端子；10—调节杆；11—干簧触点(跳闸用)；12—终止挡。

具体实施方式

本装置是瓦斯继电器的配套装置，主要由瓦斯动作模块（cpu部分）、瓦斯继电器放气模块和轻瓦斯保护动作模块（输出电路区）组成：

1）根据以往变压器瓦斯动作的原因以及变压器结构可知：主变压器本体瓦斯气体产生几率小，而有载分接开关操作较为频繁，所以排气装置要尽量考虑有载瓦斯气体的排放；

2）瓦斯继电器排气装置使用硬质管路接至地面进行排气，电磁阀选用耐油型；

3）回路控制电磁阀启动排气，合理利用时间继电器的时间配合，可以保证不误排放；

4）通过设置中间继电器zj（k1、k2、k3）可有效的将原瓦斯继电器回路的轻瓦斯报警由原报警信号传至排气装置。

如图1、7、8所示，一种变压器智能有载瓦斯排气装置，包括电源电路、cpu、数码显示区、看门狗电路、数据存储区、输出电路区以及信号采集电路；所述cpu的信号输出端分别与数码显示区、看门狗电路、数据存储区以及输出电路区相连接；cpu的信号输入端与信号采集电路相连接；所述输出电路区包括74ls04芯片u9、npn三极管q4和q5、二极管d3、d4、d5，con2连接器j2、j3、j4，手动按钮、信号灯、电磁阀以及继电器k1、k2、k3；u9的第1、第3端子与cpu的信号输出端相连接，u9的gnd端接地，u9的vcc端接vcc_5电源（5v），u9的第2、第4端子分别与q4的基极以及q5的基极相连接，q4和q5的发射极接地，q4的集电极与d4的正极相连接，q4的集电极以及d4的负极分别连接在k2主线圈两端；电源电路的第一输出端与j2的第2端连接，电磁阀连接在j2的第1、2端之间，j2的第1端与k2的常开触点的一端相连接，k2的常开触点的另一端与电源电路的第二输出端相连接，d4的负极与电源vcc_5连接；j2的第1端还与k1的常开触点的一端相连接，k1的常开触点的另一端与电源电路的第二输出端相连接，d3的正极接地且与k1主线圈的一端相连接，d3的负极与k1主线圈的另一端相连接且与j3的第1端连接，j3的第2端与vcc_5相连接，手动按钮连接在j3的两端；q4和q5的发射极共同与k3主线圈的一端以及d5的正极相连接，q5的集电极与k3主线圈的一端相连接，d5的负极与k3主线圈的另一端以及vcc_5相连接；k3的常开触点的两端与j4的两端相连接，信号灯的两端与j4的两端相连接；

所述信号采集电路包括con2连接器j6、j7以及两个双向tvs二极管q6；j6的第1、第2端之间接入继电器瓦斯干点信号，j6的第1端与vcc_5电源相连接，j6的第2端接地并与cpu的信号输入端相连接，j6的第2端与其中一个双向tvs二极管的一端相连接；j7的第1、第2端之间连接电磁阀反馈开关，j7的第1端与vcc_5电源相连接，j7的第2端接地并与cpu的信号输入端相连接，j7的第2端与另一个双向tvs二极管的一端相连接；两个双向tvs二极管的另一端均接地。

图7所示电路应用74ls04和c1815（q4）配合来驱动继电器输出信号，三个继电器k1、k2、k3都为常开状态。k1为手动控制动作，手动按钮按下，k1得电闭合；q4控制k2，当q4输入级变为高电平时，q4导通，k2得电闭合；q5控制k3，当q5输入级变为高电平时，q5导通，k3得电闭合。图8所示的信号采集电路用于采集瓦斯继电器的信号，当瓦斯干点信号开关或电磁阀反馈开关闭合时，单片机便会通过信号采集电路检测到高电平（平时不闭合时为低电平），单片机根据程序设置做相应的动作。

如图3所示，所述cpu包括c8051f020芯片u4和jtag连接器j9；u4的45引脚与j6的第2端相连接，u4的46引脚与j7的第2端相连接；u4的65引脚与u9的第1端子相连接，u4的66引脚与u9的第3端子相连接；u4的26引脚和27引脚之间顺次连接有电容c22和c23，c22与c23连接的一端接地，u4的26引脚和27引脚之间还连接有压电晶体y1；u4的第5引脚接地，同时第5引脚还通过电容c17与 3.3v电压连接，u4的第6、8、10、13、15、16、17引脚接地，12引脚与6引脚之间还连接有电容c2；7、9、11、14引脚相连接；u4的第1引脚与 3.3v电压连接，u4的第1引脚还与j9的第4端子连接，u4的第2引脚与j9的第6端子连接，u4的第3引脚与j9的第8端子连接，u4的第4引脚与j9的第10端子连接，j9的第1端子与 3.3v电压连接，j9的第3、9端子接地；u4的37引脚与 3.3v电压连接，u4的38引脚接地，u4的64引脚与 3.3v电压连接，u4的63引脚接地，u4的90引脚与 3.3v电压连接，u4的89引脚接地。

此电路cpu选用c8051f020单片机作为整个电路板工作的核心，处理接收到的信号和输出控制整个电路。

结合图1和9可知，本发明还包括与cpu相配的遥控接收区和独立遥控电路；

独立遥控电路包括bl9148b芯片u11、pnp三极管q8、npn三极管q7，电容c27、c28、c29，二极管d11、d12、d13，发光二极管d14、压电晶体y2；u11的第1端接地，u11的第16端与电源vcc连接，c29连接在u11的第1端和16端之间，c27、c28顺次连接在u11的第2、3端之间且c27和c28相连接的一端接地，y2连接在u11的第2、3端之间，u11的第15端通过电阻r38与q7的基极连接，q7的发射极与q8的基极连接，q8的集电极与d14的正极连接，d14的负极通过电阻r39接地，q8的发射极与q7的集电极共同与电源vcc连接；u11的第13端均与d11、d12、d13的正极连接，d11的负极与u11的第10端相连接，d11的负极与u11的第4、5、6、7、8端之间分别连接有按键key1、key2、key3、key4、key5；d12的负极与u11的第11端连接，d13的负极与u11的第12端连接；

遥控接收区包括hs9149a芯片u2、74hc14d芯片u5，pnp三极管q1，npn三极管q2、q3，irm连接器j1，发光二极管d2、d11；u2的第1端接地且u2的第1端与16端之间连接有电容c1，u2的第16端与vcc_5连接，u2的第2端通过电阻r7与q1的发射极连接，q1的基极通过电阻r10与j1的第1端连接，j1的第2端接地，j1的第3端与vcc_5连接且通过电阻r6与q1的发射极连接，q1的集电极接地；u2的第3、4端分别与u5的第11和第9端连接，u2的第6、第7端分别与u5的第3、第1端连接且u2的第6端与u2的第4端连接；u2的第13端和14端之间顺次连接有电容c16和c15且c16和c15的连接端接地；u2的第15端通过电容c14接地，u2的第15端通过电阻r22接地；u5第2端通过电阻r17与u4的80引脚连接，u5第4端通过电阻r16与u4的79引脚连接，u5第6端通过电阻r15与u4的78引脚连接，u5第8端通过电阻r14与u4的77引脚连接，u5第10端通过电阻r13与u4的76引脚连接，u5第14端与vcc_5连接；q2的集电极与d2的负极连接，d2的正极通过电阻r11与vcc_5连接，q2的基极通过电阻r12与u4的88引脚连接，q2的发射极接地；q3的集电极与d11的负极连接，d11的正极通过电阻r18与vcc_5连接，q3的基极通过电阻r19与u4的87引脚连接，q2的发射极接地。

遥控电路为单独电路，5个按键，设置电磁阀开关时间参数。当遥控电路分别按下key1、key2、key3、key4、key5时，u11芯片会产生对应编码信号用d14通过红外线的方式发出，对应的主板红外接收区，传输到主板cpu，cpu解码并识别信号，进行相应的程序运行操作。独立遥控电路的vcc是两节干电池供电，3v；vcc_5是主控板上的电压。

如图2可知，电源电路包括con2连接器j5、电源开关、变压器b1、二极管d6、d7、d8、d9，有极性电容c24、c25、c26，电源芯片j8，稳压二极管d10，电感l1，电容c13、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11、c12、c21，发光二极管d1，稳压器u8；j5的第1端作为电源电路的第一输出端，j5的第2端经过电源开关后作为电源电路的第二输出端；j5的第1、2端之间连接有电容c21，j5的第2端经过电源开关后还与b1的第1端相连接，j5的第1端与b1的第2端相连接；d6的负极与d8的正极相连接，d7的负极与d9的正极相连接，d6的正极与d7的正极相连接，d8负极与d9的负极相连接，d6的负极与b1的第5端连接，d7的负极与b1的第3端连接，c24正极与d8负极连接，c24的负极端接地并与d7正极连接；d8的负极与j8的第1端连接，j8的第3、5端与c24负极连接并接地，j8的第2端与l1的一端连接，j8的第4端与l1的另一端连接，j8的第2、4端连接后，又通过d10接地；l1的另一端连接vcc_5；

c26、c13、c4、c5、c6相互并联，c7、c8、c9、c25、c10、c11、c12相互并联，c26、c13、c4、c5、c6的正极与vcc_5连接，c7、c8、c9、c25、c10、c11、c12的正极与 3.3v连接，c26、c13、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c25、c10、c11、c12的负极接地；u8的3端与c6、c5的正极相连接，u8的第2端与c7、c8、c9、c25、c10、c11、c12的正极相连接，u8的第1端接地，u8的第2端与d1的正极连接，d1的负极接地。

电源电路是变压器由220v交流电变为15v交流电，经整流滤波变为直流电压。直流电压经lm2596-5.0稳压至5.0v供整个电路弱电部分应用。

如图4所示，数码显示区包括fj5461数码管u6以及tm1638显示数码管驱动芯片u7，u6的第1端子与u7的第20端子连接，u6的第2端子与u7的第21端子相连接，u6的第3端子与u7的第16端子相连接，u6的第4端子与u7的第22端子相连接，u6的第5端子与u7的第17端子连接，u6的第6端子与u7的第8端子相连接，u6的第7端子与u7的第23端子相连接，u6的第8端子与u7的第7端子相连接，u6的第9端子与u7的第6端子相连接，u6的第10端子与u7的第19端子相连接，u6的第11端子与u7的第24端子相连接，u6的第12端子与u7的第5端子相连接，u7的第26端子连接有电容c20，u7的第27端子连接有电容c19，u7的第28端子连接有电容c18，电容c18的一端接地，另一端通过电阻r23与vcc_5连接，电容c19一端接地，另一端通过电阻r24与vcc_5连接，电容c20一端接地，另一端通过电阻r25与vcc_5连接，u7的第4端子以及第15端子均与vcc_5连接；u7的第26、27、28端子分别与u4的57、56、55引脚相连接。

此电路应用tm1638为显示数码管驱动芯片，它接收cpu发来的信号，来相应的在数码管fj5461数码管上显示相应的数值（显示机器已经动作的次数）。

如图5所示，所述看门狗电路包括cat1023芯片u3，u3的第2端子通过电阻r27以及电容c3接地，u3的第4端子接地，u3的第8端子与 3.3v电源连接，u3的第6端子通过电阻r9与u4的54引脚连接。此电路应用cat1023芯片作为单片机的程序运行监测芯片，及整体电路稳定监测。

如图6所示，存储区包括at24c02芯片u1，u1的第1、2、3、4端子接地，u1的第5、6端子之间连接有电阻r1和r2，r1和r2的连接端与 3.3v电源连接，u1的第7、8端子之间连接有电阻r3且第8端子与电源 3.3v连接，u1的第5、6端子分别与u4的60、59引脚连接。此电路应用24c02作为数据存储区，所有设置的数据都保存到此芯片中。

该装置具有以下优点：

1）装置与设备无缝连接：气体排放装置管路结实耐用，不改变原有的瓦斯继电器的结构；

2）延时启动排气：有效解决了轻瓦斯器报警信号和排气装置的配合问题；

3）手自一体：在设计上引用原有的轻瓦斯报警回路，设置手动和自动瓦斯气排放功能，解决气体采集及排放的便利性；

4）确保正确动作：设置合理的排气时间，配合电磁阀的常闭接点，解决电磁阀的启停问题。