一种储油柜油位测算方法及装置与流程

1.本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种储油柜油位测算方法及装置。


背景技术：

2.在运的大型电力变压器主要是油浸式变压器，变压器油在变压器的运行过程中起到绝缘和冷却的作用。若变压器油位过高，有可能在高温或重负载时导致油箱内压力过大，造成溢油或压力释放阀动作；若变压器油位过低，有可能使高压部分失去油的保护而裸露，造成击穿、放电或变压器损坏；另外，变压器油位还可以反映油箱的密封情况，便于及时发现渗油或漏油。因此，及时准确监测变压器油位对变压器安全运行十分重要。
3.变压器油位计是指示储油柜中油面高度的装置，随着传感器技术的发展，以及智能电网的发展要求，通过采集油压和油温以测算储油柜油位的数字式变压器油位计应运而生，通过将传感器安装在储油柜或油箱的任一位置，结合所采集到的油温和油压计算出储油柜的油位，再将油位转换成变压器油位计的指示值。现有数字式变压器油位计的油位测算方法多不考虑温度补偿，导致测算到的油位与实际油位存在较大误差，致使无法准确地监测储油柜的油位，给变压器的运行造成安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种储油柜油位测算方法，用于解决现有技术中的储油柜油位测算方法不考虑温度补偿，导致无法准确监测储油柜油位的技术问题。
5.本发明第一方面提供一种储油柜油位测算方法，包括：
6.获取变压器油的温度和油压；
7.根据环境温度和修正系数对该温度进行修正，得到修正温度，该修正系数根据温度传感器的安装位置确定；
8.根据该修正温度确定该变压器油的密度；
9.根据该油压和该密度确定该变压器油的油位。
10.在第一方面的第一种可能实现的方法中，该修正系数与该温度传感器相对于储油柜的距离成正比。
11.在第一方面的第二种可能实现的方法中，该修正温度t1＝t0-k(t0-t2)，其中：该t0为该变压器油的温度，该t2为该环境温度，该k为该修正系数；
12.若该温度传感器安装在储油柜中，该k＝0。
13.在第一方面的第三种可能实现的方法中，该根据该油压和该密度确定该变压器油的油位之后，还包括：
14.计算该油位在储油柜中的高度标幺值；
15.根据该高度标幺值计算油位计的转角；
16.根据该转角计算该油位计的指示值。
17.在第一方面的第四种可能实现的方法中，该根据该油压和该密度确定该变压器油
的油位之后，还包括：
18.根据该油位计算储油柜的油量比例；
19.根据该油量比例计算该储油柜的油量。
20.在第一方面的第五种可能实现的方法中，该根据该油压和该密度确定该变压器油的油位之后，还包括：
21.计算波纹膨胀器对该变压器油产生的压强；
22.根据该压强、该密度和该油压对该油位进行修正，得到修正油位，该油压为内油立式波纹储油柜底部的油压。
23.结合第一方面的第五种可能实现的方法，在第六种可能实现的方法中，该修正油位h1＝(ps kh0 ρgsh2)/(ρgs k)，其中：该p为该油压，该s为该波纹膨胀器的顶盖面积，该k为该波纹膨胀器的弹性系数，该h0为该波纹膨胀器在自由状态下的高度，该h2为压力传感器相对于储油柜底部的高度，该ρ为该密度，该g为重力加速度。
24.结合第一方面的第五种可能实现的方法，在第七种可能实现的方法中，该根据该压强、该密度和该油压对该油位进行修正之后，还包括：
25.将该修正油位分别与低油位阈值和高油位阈值进行比较；
26.若该修正油位小于该低油位阈值或大于该高油位阈值，则发出告警信号。
27.本发明第二方面提供一种储油柜油位测算装置，包括：压力传感器、温度传感器、转换模块和数据处理模块；
28.该压力传感器用于获取变压器油的油压；
29.该温度传感器用于获取该变压器油的温度和环境温度；
30.该转换模块用于将传感器的电流信号或电压信号转换为数字量，并将该数字量输出到该数据处理模块；
31.该数据处理模块用于处理该数字量，并输出油位；
32.该压力传感器和该温度传感器通过该转换模块与该数据处理模块连接。
33.在第二方面的第一种可能实现的装置中，还包括：与该数据处理模块连接的通讯模块、存储模块和人机交互模块；
34.该通讯模块用于与通讯管理机进行信息交互；
35.该存储模块用于保存该油压和该温度；
36.该人机交互模块用于输入指令。
37.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
38.本发明提供的储油柜油位测算方法，先通过传感器获取变压器油的温度和油压；接着根据环境温度和修正系数对该温度进行修正，得到修正温度，其中修正系数根据温度传感器的安装位置确定；然后根据修正温度确定变压器油的密度；最后根据变压器油的油压和密度确定变压器油的油位。以温度传感器的安装位置为根据确定修正系数对温度进行修正，确保修正温度能准确反映储油柜中变压器油的温度，从而保证通过修正温度计算得到的油位是实际油位，实现了储油柜油位的准确监测。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
40.图1为本技术实施例所示出的一种储油柜油位测算方法的流程示意图；
41.图2为本技术实施例所示出的一种储油柜油位测算方法的另一流程示意图；
42.图3为本技术实施例所示出的一种储油柜油位测算方法的另一流程示意图；
43.图4为本技术实施例所示出的一种储油柜油位测算装置的结构示意图。
具体实施方式
44.本发明实施例提供了一种储油柜油位测算方法，用于解决的技术问题是现有技术中的储油柜油位测算方法不考虑温度补偿，导致无法准确监测储油柜油位。
45.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
46.储油柜俗称油枕，设置在变压器油箱的上方，用管道与变压器油箱连接，当变压器油热胀时，变压器油由变压器油箱流向储油柜，当变压器油冷缩时，变压器油由储油柜流向油箱，相当于一个缓冲器，作用是确保变压器油箱始终被变压器油充满。因油箱的油始终处于满的状态，所以变压器的油位由储油柜的油位体现。数字式变压器油位计是通过温度传感器和压力传感器采集变压器油的温度和油压从而计算出储油柜的油位的装置，但是不同位置的变压器油有着不同的温度，如管道、油箱和储油柜三处的变压器油的温度就存在着较大的差异，想确保计算出的储油柜油位是储油柜的实际油位，则需保证用于计算的变压器油的温度是储油柜中变压器油的温度。但现有的数字式变压器油位计多以任一位置的变压器油温度参与计算储油柜的油位，导致测算到的油位与实际油位可能存在较大误差，致使无法准确地监测储油柜的油位，给变压器的运行造成一定的安全隐患。
47.实施例一
48.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种储油柜油位测算方法的流程示意图。
49.本实施例提供的一种储油柜油位测算方法，包括：
50.101、获取变压器油的温度和油压；
51.在本实施例中，通过在变压器任一被变压器油覆盖的位置安装温度传感器，以采集变压器油的温度；因为需要通过液体的压强公式计算储油柜的油位，所以需要确保采集到的压强与储油柜的实际油位相对应，所以在储油柜的底部设置压力传感器采集变压器油的油压。
52.102、根据环境温度和修正系数对所述温度进行修正，得到修正温度，所述修正系数根据温度传感器的安装位置确定；
53.热量会从温度高的地方传到温度低的地方，因变压器油会与变压器油箱、管道和储油柜直接接触，而变压器油箱、管道和储油柜又与外环境接触，所以变压器油的温度是同时受到变压器油箱、管道和储油柜和外环境的温度影响的，所以环境温度可以是指变压器
油箱的温度、管道的温度、储油柜的温度、外环境的温度或四个温度的平均值。可见变压器油在流动过程中，其温度是一个动态变化的量。本实施例中，因外环境的温度对变压器油的温度影响最大，所以以外环境温度作为环境温度；修正系数是一个经验值，可以理解为一个差异程度，即变压器任一位置的变压器油的温度与储油柜的变压器油的温度的相差程度；对温度进行修正，即是通过温度传感器所采集到的变压器油温度结合修正系数和环境温度计算出储油柜中的变压器油的温度。
54.103、根据所述修正温度确定所述变压器油的密度；
55.在本实施例中，因变压器油在0℃时的密度和变压器油的热膨胀系数是已知的，再有，根据步骤102已经确定储油柜的变压器油的温度—修正温度，所以可以计算出储油柜中变压器油的密度。
56.104、根据所述油压和所述密度确定所述变压器油的油位；
57.在本实施例中，储油柜底部的油压和储油柜中的变压器油的密度已知，再根据液体的压强公式即可计算出该油压对应的变压器油的深度—油位。
58.本实施例的有益效果：本实施例提供的储油柜油位测算方法，先通过传感器获取变压器油的温度和油压；接着根据环境温度和修正系数对该温度进行修正，得到修正温度，其中修正系数根据温度传感器的安装位置确定；然后根据修正温度确定变压器油的密度；最后根据变压器油的油压和密度确定变压器油的油位。以温度传感器的安装位置为根据确定修正系数对温度进行修正，确保修正温度能准确反映储油柜中变压器油的温度，从而保证通过修正温度计算得到的油位是实际油位，实现了储油柜油位的准确监测。
59.实施例二
60.为了迎合运维人员的使用习惯，需要将数字式变压器油位计所测算到的储油柜油位用指针式油位计进行呈现，同时还需要计算储油柜油量比例和油量，以让运行人员更好地监测变压器的运行状况。所以在本实施例中将数字式变压器油位计和指针式油位计进行拟合，并计算储油柜油量比例和油量。
61.请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种储油柜油位测算方法的另一流程示意图。
62.本实施例提供的一种储油柜油位测算方法，包括：
63.201、获取变压器油的温度和油压；
64.在本实施例中，步骤201的具体内容与上述实施例一中的步骤101的内容相似，此处不作赘述。
65.202、根据环境温度和修正系数对所述温度进行修正，得到修正温度；
66.温度传感器离储油柜的距离越远，其所采集到的变压器油温度与储油柜中的变压器油的温度相差越大，因为距离远，代表变压器油从该位置流到储油柜所经过的路程和所花费的时间越长，导致热量从变压器油流出或从环境中流入变压器油的热量就越多，所以修正系数与温度传感器相对于储油柜的距离是成正比的,温度传感器相对于储油柜的距离应该理解为：变压器油从温度传感器所在位置出发到流入储油柜所流经的路径长度。如：油箱对应的修正系数大于管道对应的修正系数。在本实施例中，修正温度t1＝t0-k(t0-t2)，其中：t0为温度传感器所采集到的变压器油的温度，t2为环境温度，即外环境温度，k为修正系数。需要注意的是:若温度传感器安装在储油柜中，t1＝t0，即修正系数k＝0。
67.203、根据所述修正温度确定所述变压器油的密度；
68.在本实施例中，储油柜中的变压器油的密度ρ＝ρ0/(1 αt1)，其中：ρ0为变压器油在0℃时的密度，α为变压器油热膨胀系数，t1为修正温度。
69.204、根据所述油压和所述密度确定所述变压器油的油位；
70.因为液体压强＝液体密度*重量加速度*液体深度，所以在本实例中，储油柜的变压器油油位h＝p/ρg h2，其中p为压力传感器所采集到的压强，ρ为储油柜中的变压器油的密度，g为重量加速度，h2为压力传感器相对于储油柜底部的高度，因本实施例中，压力传感器安装在储油柜底部，所以h2＝0。
71.205、计算所述油位在储油柜中的高度标幺值；
72.标幺值是相对单位制的一种。标幺值是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值，单位为pu，也可以认为其无量纲。在本实施例中，储油柜为圆筒形容器，横放在变压器油箱上方，油位在储油柜中的高度标幺值h＝h/d，其中：h为储油柜的变压器油油位，d为储油柜的内径。
73.206、根据所述高度标幺值计算油位计的指示值；
74.在本实施例中，先根据高度标幺值计算指针式油位计的浮球连杆的转角θ，θ＝arcsin(h.sin(θmax))，其中：θmax为指针式油位计的浮球连杆的最大转角，h为油位在储油柜中的高度标幺值；然后根据转角计算指针式油位计的指示值a，a＝θ*a/θmax,其中a为指针式油位计的最大量程，按油位计的行业标准，国内的油位计的浮球连杆的最大转角是45
°
，国外的油位计的浮球连杆的最大转角为60
°
。
75.207、根据所述油位计算储油柜的油量比例；
76.油量比例即储油柜中变压器油占据储油柜容积的比例，在本实施例中，储油柜的内径为d，内半径为d,储油柜的油量比例s等于变压器油在储油柜垂直截面上的面积与储油柜垂直截面面积之比，所以当储油柜的变压器油油位h＜d时，储油柜的油量比例s的计算方法如下：
[0077][0078]
当储油柜的变压器油油位h＞d时，储油柜的油量比例s的计算方法如下：
[0079][0080]
208、根据所述油量比例计算所述储油柜的油量；
[0081]
油量即储油柜中变压器油的体积，在本实施例中，储油柜的容积v＝πd2l，其中d为储油柜的内半径，l为储油柜的长度，用储油柜的油量比例乘以储油柜的容积即可得到储油柜的油量，即储油柜的油量v1＝sv＝sπd2l，其中s为储油柜的油量比例。
[0082]
本实施例的有益效果：本实施例将测算到的油位转换成指针式油位计的指示值，同时测算出储油柜中的油量比例和油量，迎合了运维人员的习惯，并提供了多个监测数据，可更准确地对变压器油位进行监测。
[0083]
实施例三
[0084]
因内油立式波纹储油柜的波纹膨胀器对变压器油会产生一定的作用力，所以安装在内油立式波纹储油柜底部的压力传感器所采集到的压强，除了包含变压器油自身的压强
外，还有一部分是波纹膨胀器施加给变压器油的，所以若是内油立式波纹储油柜，需对测算到的油位进行修正，在本实施例中，将油位的修正过程展开阐述。
[0085]
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种储油柜油位测算方法的另一流程示意图。
[0086]
本实施例提供的一种储油柜油位测算方法，包括：
[0087]
301、获取变压器油的温度和油压；
[0088]
在本实施例中，步骤301的具体内容与上述实施例一中的步骤101的内容相似，此处不作赘述。
[0089]
302、根据环境温度和修正系数对所述温度进行修正，得到修正温度；
[0090]
在本实施例中，步骤302的具体内容与上述实施例二中的步骤202的内容相似，此处不作赘述。
[0091]
303、根据所述修正温度确定所述变压器油的密度；
[0092]
在本实施例中，步骤303的具体内容与上述实施例二中的步骤203的内容相似，此处不作赘述。
[0093]
304、根据所述油压和所述密度确定所述变压器油的油位；
[0094]
在本实施例中，步骤304的具体内容与上述实施例二中的步骤204的内容相似，此处不作赘述。
[0095]
305、计算波纹膨胀器对所述变压器油产生的压强；
[0096]
在内油立式波纹储油柜中，波纹膨胀器的顶盖和波纹膨胀器弹性形变产生的弹力会直接作用于变压器油—当波纹膨胀器处于拉伸状态，波纹传感器的顶盖将受到向下的弹力，该部分弹力通过顶盖直接作用在变压器油上，给变压器油施加了一个向下的作用力，处于储油柜底部的压力传感器将采集到该向下的作用力；当波纹膨胀器处于压缩状态，波纹传感器的顶盖将受到向上的弹力，因为波纹膨胀器内处于真空状态，向上的弹力会使得波纹膨胀器的顶部产生一定的负压，即施加给变压器油一个向上的作用力，导致处于储油柜底部的压力传感器仅采集到变压器油的部分自身压强。所以储油柜底部的压力传感器所采集到的压强为变压器油自身压强和波纹膨胀器对变压器油的压强之和，所以对于内油立式波纹储油柜，若直接用压力传感器所采集到的压强计算其油位，因有一部分压强不是变压器油自身产生的，所计算得到的油位将会偏大或偏小，为了得到属于变压器油自身的压强，在本实施例中，需先计算波纹膨胀器对变压器油所产生的压强。先根据波纹膨胀器的形变量计算其向下产生的总体压力f＝k(h1-h0)，其中k为波纹膨胀器的弹性系数，h0为波纹膨胀器在自由状态下的高度，h1为储油柜的变压器油的实际油位。因变压器油用于承接波纹膨胀器向下压力的面积约等于波纹膨胀器的顶盖的面积，所以波纹膨胀器给予变压器油的压强p1＝f/s＝k(h1-h0)/s，其中s为波纹膨胀器的顶盖面积。
[0097]
306、根据所述压强、所述密度和所述油压对所述油位进行修正，得到修正油位；
[0098]
在本实施例中，油压为压力传感器所采集到的内油立式波纹储油柜底部的油压，对油位进行修正的目的是确保测算到的油位无限接近于储油柜的实际油位，修正油位是消除了可能存在的误差的油位，所以修正油位可以理解为内油立式波纹储油柜的实际油位，通过步骤305可知，压力传感器所采集到的压强p＝p1 p2＝k(h1-h0)/s ρg(h1-h2)，经推算可得修正油位h1＝(ps kh0 ρgsh2)/(ρgs k)，其中：其中p为油压压力传感器所采集到的油
压，p1为纹膨胀器给予变压器油的压强，p2为储油柜中变压器油自身的压强，s为波纹膨胀器的顶盖面积，k为波纹膨胀器的弹性系数，h0为波纹膨胀器在自由状态下的高度，h2为压力传感器相对于储油柜底部的高度，在本实施例中因压力传感器安装在储油柜底部，所以h2＝0，ρ为储油柜中变压器油的密度，g为重力加速度。
[0099]
307、将所述修正油位分别与低油位阈值和高油位阈值进行比较；
[0100]
在本实例中，将修正油位分别与低油位阈值和高油位阈值进行比较，若修正油位小于低油位阈值则发出告警信号，或修正油位大于高油位阈值，同样发出告警信号，可提醒运维人员及时对变压器故障作出反应，减少损失。
[0101]
本实施例的有益效果：本实施例针对内油立式波纹储油柜，不仅考虑了变压器油温度对储油柜油位的测算影响，还考虑了波纹膨胀器对变压器油的产生的额外压强，进一步消除了油位误差，确保了对储油柜油位的准确监测。
[0102]
实施例四
[0103]
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种储油柜油位测算装置的结构示意图。
[0104]
本实施例提供的一种储油柜油位测算装置，包括：
[0105]
压力传感器、温度传感器、转换模块和数据处理模块；压力传感器用于获取变压器油的油压—将变压器油的油压转换成直流电流或电压信号，并输出给转换模块；温度传感器用于获取变压器油的温度和环境温度，并将获取到的温度输出为转换模块；转换模块用于将传感器的电流信号或电压信号转换为数字量，并将数字量输出到数据处理模块；数据处理模块用于处理数字量，并输出油位；压力传感器和温度传感器通过转换模块与数据处理模块连接。在本实施例中，转换模块为a/d转换模块，数据处理模块为微处理器，除了处理数字量外，还需完成油压、温度数据的采集和保存，人机对话。
[0106]
具体地，本实施例中的储油柜油位测算装置还设置有：电源模块、人机交互模块、通讯模块、存储模块、输出驱动模块和时钟；电源模块分别与温度传感器、压力传感器、时钟、数据处理模块等模块连接，以将交流220v或直流220v、直流110v转换为供温度传感器、压力传感器、时钟、数据处理模块等模块使用的直流电压；人机交互模块通过键盘、按钮或触摸屏输入指令，通过数码管、液晶屏或led屏显示相关信息，并进行参数设置、状态与数据浏览等；通讯模块采用串口、485总线、蓝牙、wifi等方式，与通讯管理机进行信息交互，用于接收命令、修改参数设置、输出历史采样数据、状态与报警信息等；存储模块为大容量存储器，用于保存事件、油压和变压器油温度等数据；输出驱动模块通过光电隔离或小继电器，输出独立节点，可发出动作、报警信号，并通过led或液晶屏显示油位和温度等数值；时钟为数据处理模块提供时间，以标记历史数据的时间，便于数据分析与利用。数据处理模块的输入端分别与转换模块和时钟连接，输出端分别与人机交互模块、通讯模块、存储模块和输出驱动模块连接。
[0107]
本实施例的有益效果：本实施例提供的油柜油位测算装置，可同时实现油温表、油位计、油压速动继电器功能，并通过油位是否出现异常辅助判断呼吸器是否发生堵塞、内油立式波纹储油柜是否发生卡涩，还可通过核对变压器油的温度曲线和油位曲线，判断油位是否发生异常，从而减少总体的装置成本和运维工作量。
[0108]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0109]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0110]
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。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。
[0111]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0112]
所述集成的模块如果以软件功能模块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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0113]
以上所述，以上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精神和范围。