基于变介质电容式液位测量的电力变压器油位检测系统设计.pdf
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1、收稿日期:2 0 2 3 0 2 2 4作者简介:刘 林(1 9 8 2-),男,高级工程师,主要从事电力系统智能设备研究工作。基金项目:国网河北省电力有限公司科技项目(k j 2 0 2 0 0 0 9)。基于变介质电容式液位测量的电力变压器油位检测系统设计刘 林1,李 宁1,徐 浩2,魏云冰2(1.国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司,河北 邯郸 0 5 6 0 0 0;2.上海工程技术大学电子电气工程学院,上海 2 0 1 6 2 0)摘要:当前变压器储油柜油位检测中存在测量不准确、假油位等问题。本文设计一种基于变介质电容式液位测量的变压器油位检测系统,以实现前端不带电实时准确检测变压器
2、油位信息。该系统将2个同轴金属圆筒插入变压器油中,金属圆筒之间产生的寄生电容随油位变化而改变,电容传感器接收电容变化信息,并将数据传输至单片机,再通过上位设备对数据进行传输与处理,通过实验及工程测试表明,该方法可以快速、准确地检测变压器油位,同时大幅降低操作人员的工作量,提升变压器油位检测的准确性,保障变压器的安全稳定运行。关键词:变压器;油位检测;变介质;电容式液位传感器;改进中值算法中图分类号:TM 4 1 文献标志码:B 文章编号:1 0 0 1 9 8 9 8(2 0 2 3)0 3 0 0 7 0 0 5DD ee ss ii gg nnoo ffTT rr aa nn ss ff
3、oo rr mm ee rrOO ii llLL ee vv ee llDD ee tt ee cc tt ii oo nnSS yy ss tt ee mmBB aa ss ee ddoo nnCC aa pp aa cc ii tt ii vv eeSS ee nn ss ii nn ggL I UL i n1,L IN i n g1,XU H a o2,WE IY u n b i n g2(1.S t a t eG r i dH a n d a nE l e c t r i cP o w e rS u p p l yC o m p a n y,H a n d a n0 5 6 0 0 0
4、,C h i n a;2.S h a n g h a iU n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n gS c i e n c e,S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0,C h i n a)AA bb ss tt rr aa cc tt:T h e r ee x i s t i n a c c u r a t em e a s u r e m e n t a n d f a l s eo i l l e v e l i nt h e c u r r e n t t r a n s f o r m e ro i l l e v e l d
5、e t e c t i o n.At r a n s f o r m e r o i ll e v e ld e t e c t i o ns y s t e mb a s e do nv a r i a b l ed i e l e c t r i c c a p a c i t a n c e s e n s i n g i sp r o p o s e dt oa c h i e v e r e a l-t i m ea c c u r a t em e a s u r e m e n t o ft r a n s f o r m e ro i l l e v e l i n f o r
6、 m a t i o nw i t h o u tp o w e ra tt h ef r o n te n d.B yi n s e r t i n gt w oc o a x i a lm e t a lc y l i n d e r si n t ot h eo i lb e i n gm e a s u r e d,t h ep a r a s i t i cc a p a c i t a n c ec h a n g e sd u e t ot h eo i l l e v e l.T h ec a p a c i t a n c es e n s o ra d o p t st h
7、 ec a p a c i t a n c ec h a n g e i n f o r m a-t i o na n dt r a n s m i t s t h ed a t a t ot h em i c r o c o n t r o l l e r f o rm u l t i p l ed a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g.T h ea c c u r a c yo f t h eo i l l e v e ld e-t e c t i o ni n f o r m a t i o n i s f u r t h
8、e r i m p r o v e db yu s i n g t h e i m p r o v e dm e d i a na l g o r i t h mt oe l i m i n a t eb u r r s a n d i n t e r f e r e n c e s.T h e e x p e r-i m e n t a l r e s u l t sd e m o n s t r a t e t h a t t h ep r o p o s e dm e t h o dc a nq u i c k l yd e t e c t t h eo i l l e v e l i
9、n f o r m a t i o nw i t hh i g ha c c u r a c y.I t c a ns i g-n i f i c a n t l yr e d u c e t h ew o r k l o a do fo p e r a t i n gp e r s o n n e l,i m p r o v e t h es a f e t yo f t r a n s f o r m e r sa n de n s u r e t h es a f ea n ds t a b l eo p e r a-t i o no f t h ep o w e rg r i da n
10、 de q u i p m e n t.KK ee yyww oo rr dd ss:t r a n s f o r m e r;o i l l e v e l d e t e c t i o n;v a r i a b l em e d i a;c a p a c i t i v es e n s i n g;m e d i a na l g o r i t h m0 引言油浸式电力变压器作为电力系统中不可或缺的关键环节,其安全稳定运行直接影响电力系统的安全性和可靠性。作为保障变压器散热与绝缘的关键组件,油浸式变压器储油柜以及油位检测装置是保证变压器安全稳定运行的一道重要防线。因此,对油浸式
11、变压器油位的准确检测具有重要意义。常用的变压器油位检测装置通常有管式油位计与指针式油位计。最常见的胶囊储油罐+玻璃油管油位计根据连通性原理,直接测量玻璃油管内的油位高度,但是这类油位计容易发生通道堵塞等问题,导致假油位的产生。还有一类油位计采用机械传动的方式进行油位检测,这类油位检测装置会导致密封性破坏、污染绝缘油等问题,进07V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月而影响测量精度。针对以上问题,研究者们进行了大量的探究。文献1 通过引入S S D目标检测方法,检
12、测红外图像中的套管区域,加入损失函数以改进S S D算法,从而提高套管检测准确率,并进一步通过简单线性迭代聚类(S L I C)的应用实现了不依赖红外图像温度信息的油位检测。文献2 提出一种基于机器视觉的变压器油位仪表识别技术,对采集的指针式油位计图像进行二值化处理,随后结合膨胀腐蚀和边缘检测技术对图像进行预处理,最后采用霍夫变换算法取得指针方向和指针中心定位,完成油位计读数的自动识别。文献3 设计基于双压强传感器的变压器油位检测系统,通过定量、实时和远程测量变压器油位,有效校验传统油位计的准确性,避免“假油位”现象的发生。本文在上述研究基础上,提出了一种采用变介质电容式液位测量变压器油位检测
13、的方法,该方法使用数字式电容传感器进行油位检测。具体做法是将两同轴金属圆筒插入变压器油中,由于两同轴金属圆筒之间会产生寄生电容,当油位变化时两同轴金属圆筒之间的寄生电容也随之变化,同时电容传感器会感知并记录变化,再通过上位设备对数据进行传输与处理,使用改进的中值算法去除数据中的毛刺与干扰,最后实现变压器油位的准确检测。1 变介质电容式液位测量1.1 电容式液位传感器基本原理电容式液位传感器结构如图1所示,图中外圈金属圆筒为外极板,内圈金属圆筒为内极板,在进行液位检测时,两层极板之间的液体即为极板间的电容介质。当被测液体液位发生变化时,极板间液体与空气所占比例发生变化,2个同轴金属圆筒之间的寄生
14、电容也相应发生变化46。通过检测电路检测电容值的变化,并根据一定的函数关系,实现液位高度的显示。变介质电容式液位传感器结构固定,没有运动机构,且检测结构体积较小,结构简单,该设备安装维护较为方便7,成本低,测量连续稳定。由两金属圆筒构成的液位传感器,垂直插入被测液体中,当确定了传感器尺寸以及介电常数后,即可推导出当前被测液体高度h,传感器寄生电容C图1 电容式液位传感器结构与被测液体高度h之间的关系为C=2 0(L-h)l nDd+2 rhl nDd=2 0Ll nDd+2(r-0)hl nDd(1)式中:L为金属圆筒长度;d为金属圆筒内直径;D为金属圆筒外直径;0为空气介电常数;r为被测液体
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