一种变压器免维护呼吸器的智能控制系统及方法与流程

本发明涉及电力系统中的变压器系统，尤其涉及一种变压器免维护呼吸器的智能控制系统及方法。

背景技术：

目前电力行业中有油箱的设备，如大型电力变压器、电抗器充有绝缘油，这类高压电气设备的油箱会因温度变化引起热胀冷缩，导致油箱油位高低变化，需要呼吸器来平衡油箱内外气压差。当油箱负压吸气时，外部空气通过呼吸器干燥、空气净化后进入油箱；当油箱内部压力大于外部气压，油箱呼出的气体通过呼吸器排出。呼吸器起着安全隔离油箱内外空气交换、平衡压差的功能。

电力设备油箱所用的呼吸器，内部填装的干燥剂，经过一段时间的空气交换使用后，会吸湿饱和，因此需定期更换干燥剂。目前电力运行检修规定了运检人员，定期到现场通过目视检查干燥器内的变色硅胶颜色变化，判断是否需要更换干燥剂。

这种例行检修，耗费大量人力物力，且在巡检周期内可能存在干燥剂提前吸湿饱和，进入油箱内的空气湿度超标，易导致绝缘油微水含量过大、高压绝缘劣化，从而引起电力设备故障。因此需要设计一种呼吸器的智能监测控制系统，对呼吸器的状况进行监测和维护。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于智能化控制呼吸器的工作状态。

本发明的目的之二在于提供一种智能化控制呼吸器工作状态的方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种变压器免维护呼吸器的智能控制系统，包括传感器模块、加热模块、风扇模块及控制模块，

所述传感器模块通过串行数字总线与所述控制模块相连接，所述传感器模块包括用于测量干燥筒内温湿度的温湿度传感器和测量油箱气道压力的压力传感器；

所述加热模块与所述控制模块相连接，用于对干燥剂进行加热除湿，和传送温度信息至控制模块；

所述风扇模块与所述控制模块相连接，用于控制风扇对干燥筒进行通风排湿气；

所述控制模块包括cpu核心电路、检测电路、驱动电路、远程通讯模块以及显示模块，所述驱动电路用于控制加热模块和风扇模块，所述检测电路用于接收和分析传感器模块发送的数据，所述cpu核心电路包括呼吸自学习模块、故障诊断模块和自恢复模块，所述远程通讯模块用于发送远程信号，所述显示模块用于显示呼吸器工作状态，所述故障诊断模块与检测电路相连接，用于对呼吸器自检和故障排查，所述自恢复模块与驱动电路相连接，用于部分故障的自恢复操作；所述自学习模块通过记录和分析所述压力传感器的数值信号变化来判定呼吸器呼气和吸气的状态及时段，以得出呼吸器的呼吸规律；

进一步地，所述风扇模块包括上风扇和下风扇，所述上风扇安装在所述干燥筒的上端，所述下风扇安装在所述干燥筒的下端。

进一步地，所述温湿度传感器设置在所述干燥筒上部测量干燥筒内空气的温度和湿度，所述压力传感器设置油箱气道中测量气道的气压。

进一步地，所述加热模块设置在所述干燥筒内。

进一步地，所述油箱气道与所述干燥筒之间设有电磁阀开关，用于关闭、开启所述油箱气道，所述电磁阀开关与所述驱动电路相连接并受控制模块控制。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种免维护呼吸器的智能控制方法，在工作时间循环如下步骤：故障诊断步骤，检测部件是否正常工作，部件包括传感器模块以及呼吸器本体；如部件正常，则开始用于掌握油箱呼吸规律的自学习步骤并循环自学习步骤，控制模块判定是否需要对干燥筒进行加热除湿，如需要，则开始加热除湿步骤，根据自学习步骤得出的油箱呼吸规律选取在油箱无需吸气时作为加热除湿时间对所述干燥筒内的干燥剂进行加热脱水除湿，故障诊断步骤循环；如部件出现故障，则通过远程通讯模块发送故障报警信息。

进一步地，故障诊断步骤包括如下步骤：

传感器模块自检步骤：对传感器模块自检，温湿度传感器和压力传感器内设有自检单元，自检单元与控制模块相连接，当自检单元监测到传感器数据异常或通讯连接异常时，控制模块通过远程通讯模块发送传感器故障信息；

传感器模块表面污染监测步骤：对传感器模块表面污染故障进行判定，温湿度传感器和压力传感器测量的数值长时间保持在一个恒定不变的异常值时，则判定传感器表面污染故障，通过控制模块开启加热模块加热干燥筒，产生热蒸汽，保持风扇模块不开启，用热蒸汽清洗温湿度传感器和压力传感器表面的污染物，如传感器表面污染故障不消除，则通过远程通讯模块发送传感器表面污染故障信号；

功能性故障检测步骤：传感器模块正常，则进行加热模块故障判定、风扇模块故障判定和呼吸器堵塞故障判定；

加热模块故障判定步骤：加热模块开启一定时间后，温湿度传感器监测温度变化，当温度变化小于既定范围时，判定为加热模块故障，通过远程通讯模块发送加热模块故障信号；

风扇模块故障判定步骤：加热模块开启一定时间后，温湿度传感器监测到湿度值缓慢上升，开启风扇模块中的下风扇，如温湿度传感器监测的湿度快速上升，则判定下风扇正常，否则判定下风扇正常；而后下风扇和加热模块停止工作，开启上风扇，如温湿度传感器监测的湿度迅速下降，则判定上风扇正常，否则判定上风扇故障；通过远程通讯模块发送对应故障信号；

呼吸器堵塞故障判定步骤：电磁阀开关打开，压力传感器监测到油箱气道负压时间超过设定时间，判定为呼吸器堵塞故障，并通过控制模块启动上风扇和下风扇对轻微堵塞故障进行排除，如呼吸器堵塞故障无法排除，则判定呼吸器严重堵塞故障，通过远程通讯模块发送呼吸器严重故障信号；

信息发送步骤：若传感器模块、加热模块、风扇模块以及呼吸器均正常工作，则通过远程通讯模块发送设备正常信号。

进一步地，自学习步骤包括如下步骤：

设定步骤：油箱呼气状态，加热模块不工作的情况下，温湿度传感器监测到油箱和气道内温度逐渐升高，同时压力传感器监测到油箱气道内压力逐渐变大，则判定油箱处于呼气状态；油箱吸气状态，加热模块不工作的情况下，温湿度传感器监测到油箱气道内温度逐渐降低，同时压力传感器监测到油箱气道内压力逐渐变小，则判定油箱处于吸气状态；

判定步骤：控制模块接收传感器模块发送的数据，并与设定的数值比较，判定油箱处于呼气状态或者处于吸气状态；

记录步骤：控制模块记录油箱处于呼气状态或者吸气状态时的实时数据、发生时间以及持续时长并存储分析；

统计步骤：cpu核心电路中的呼吸自学习模块根据油箱处于呼气状态或者吸气状态时的实时数据、发生时间以及持续时长，与以往数据比较并统计出油箱呼吸的频率和规律。

进一步地，加热除湿步骤包括如下步骤：

干燥筒湿度监测步骤：控制模块读取干燥筒中的温湿度传感器的数据，与设定湿度值进行比对，判断湿度是否超出设定值，且湿度超标持续时间是否超出设定时间；如超过设定值和设定时间，则判定干燥筒需要进行加热除湿；

选取加热除湿时间步骤：控制模块读取呼吸自学习模块中的油箱呼吸规律，找出接下来时间里，油箱呼气时间长于规定值的时间段，定为加热除湿时间；

加热除湿步骤：达到加热除湿时间后，控制模块接收传感器数据并判定油箱处于呼气状态，电磁阀关闭油箱气道，开启加热模块的均匀加热模式；开启风扇模块，下风扇吹进气、上风扇吸排出湿气，开启加热模块的快速加热模式；控制模块持续接收温湿度传感器的数据，监控温湿度；

除湿完成步骤：控制模块实时读取干燥筒中的温湿度传感器的数据，与设定湿度值进行比对，判断湿度是否位于合理范围，如位于则控制加热模块停止工作，风扇模块对干燥筒进行冷却，直至温度位于正常值范围，风扇模块停止工作；如湿度高于正常值，则加热模块和风扇模块继续工作。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过传感器模块实时监控干燥筒和油箱气道内的温度、湿度、气压，并将数据实时传送给控制模块，控制模块记录并将数据通过远程通讯模块对外发送，实现呼吸器的远程实时监控，同时通过这些数据对呼吸器状态进行判定，如存在故障，则先控制风扇模块或加热模块对故障进行排除，排除后仍存在故障或风扇模块、加热模块本身出现故障，则通过远程通讯模块对外发送相应报警信息；传感器模块的数据实时共享给自学习模块，自学习模块通过记录油箱和气道不同时段的温度、湿度和气压，判断油箱的呼吸时段和呼吸规律；加热模块和风扇模块用于干燥剂的加热除湿，使干燥剂能重复使用，避免了干燥剂的频繁更换，自学习模块和干燥剂的加热除湿相结合，在油箱呼气的时段对干燥剂加热除湿，避免了蒸汽进入油箱，造成油箱故障。

本发明的呼吸器智能控制系统具有自动故障检测和故障排除的功能，自学习掌握油箱呼吸规律的功能，智能化控制、远程通讯告警的功能以及合理控制干燥剂加热烘干除湿使干燥剂可重复循环使用的免维护功能，大大提高了呼吸器的工作效率，减少了维护成本，安全性更高，有效避免了变压器事故的发生。

附图说明

图1为本发明的实施例的变压器免维护呼吸器的智能控制系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例的故障诊断方法的流程图；

图3为本发明的实施例的自学习方法的流程图；

图4为本发明的实施例的加热除湿方法的流程图。

图中：10、传感器模块；11、压力传感器；12、温湿度传感器；20、加热模块；30、风扇模块；31、上风扇；32、下风扇；40、控制模块；41、cpu核心电路；411、呼吸自学习模块；412、故障诊断模块；413、自恢复模块；42、检测电路；43、驱动电路；44、远程通讯模块；50、显示模块；60、电源模块；70、干燥筒；71、干燥剂；80、油箱；81、油箱气道；82、电磁阀开关。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-4所示，一种变压器免维护呼吸器的智能控制系统，包括传感器模块10、加热模块20、风扇模块30及控制模块40，

传感器模块10通过串行数字总线与控制模块40相连接，传感器模块10包括用于测量干燥筒70内温湿度的温湿度传感器12和测量油箱气道81压力的压力传感器11；

加热模块20与控制模块40相连接，在气压传感器单元监测到油箱气道81湿度超标时，根据呼吸自学习模块411得出的呼吸规律选取油箱气道81处于呼气状态的时段，关闭电磁阀开关82，对干燥剂71进行加热除湿，加热模块20还具有传送温度信息至控制模块40的功能；

风扇模块30与控制模块40相连接，用于控制风扇对干燥筒70进行通风排湿气；风扇模块30包括上风扇31和下风扇32，上风扇31安装在干燥筒70的上端，下风扇32安装在干燥筒70的下端，下风扇32用于送风，上风扇31用于排风。当系统控制软件进行自检诊断时监测到干燥筒70因低温结冰或干燥剂71吸湿饱和结块堵塞，可通过控制模块40开启短时开启加热模块20、风扇模块30以及关闭电磁阀，控制上风扇31和下风扇32同时开启，加热和强力吹排送风可以消除干燥筒70堵塞故障，使呼吸器保持气流通畅。

控制模块40包括cpu核心电路41、检测电路42、驱动电路43、远程通讯模块44以及显示模块50，驱动电路43用于控制加热模块20和风扇模块30，检测电路42用于接收和分析传感器模块10发送的数据，cpu核心电路41包括呼吸自学习模块411、故障诊断模块412和自恢复模块413，远程通讯模块44用于发送远程信号，显示模块50用于显示呼吸器工作状态，显示模块50上设有oled显示屏和标识灯，oled显示屏可以显示呼吸器工作状态参数，该显示屏的视角范围和工作温度范围宽，克服传统液晶屏的缺陷，标识灯分别表示呼吸器正常、除湿、异常工作三种状态。

故障诊断模块412与检测电路42相连接，用于对呼吸器自检和故障排查，自恢复模块413与驱动电路43相连接，用于部分故障的自恢复操作。

自学习模块通过记录和分析压力传感器11的数值信号变化来判定呼吸器呼气和吸气的状态及时段，以得出呼吸器的呼吸规律。

控制模块40还包括电源模块60，电源模块60通过连接外部220v交流电源实现对控制箱的供电，并提供电源过流保护。

通过传感器模块10实时监控干燥筒70和油箱气道81内的温度、湿度、气压，并将数据实时传送给控制模块40，控制模块40记录并将数据通过远程通讯模块44对外发送，实现呼吸器的远程实时监控，同时通过这些数据对呼吸器状态进行判定，如存在故障，则先控制风扇模块30或加热模块20对故障进行排除，排除后仍存在故障或风扇模块30、加热模块20本身出现故障，则通过远程通讯模块44对外发送相应报警信息；传感器模块10的数据实时共享给自学习模块，自学习模块通过记录油箱80和油箱气道81不同时段的温度、湿度和气压，判断油箱80的呼吸时段和呼吸规律；加热模块20和风扇模块30用于干燥剂71的加热除湿，使干燥剂71能重复使用，避免了干燥剂71的频繁更换，自学习模块和干燥剂71的加热除湿相结合，在油箱呼气的时段对干燥剂71加热除湿，避免了蒸汽进入油箱，造成油箱故障。本发明的呼吸器智能控制系统具有自动故障检测和故障排除的功能，远程监控和远程通讯告警的功能以及自学习掌握油箱呼吸规律的功能，大大提高了呼吸器的工作效率，减少了维护成本，安全性更高，有效避免了变压器事故的发生。

温湿度传感器12设置在干燥筒70上部测量干燥筒70内空气的温度和湿度，压力传感器11设置油箱气道81中测量气道的气压。干燥筒70内的干燥剂71为性能较好的硅胶或分子筛干燥剂71，对环境友好，烘干脱水后能循环重复使用。

加热模块20设置在干燥筒70内，加热模块20具有低功率的均匀加热功能和高功率的快速加热功能，先启动慢速的均匀加热功能，使干燥剂71慢慢均匀加热，而后开启快速加热升温加热，加速干燥剂71烘干，如一开始就快速高功率加热，会导致温度传导不均匀，水蒸气在干燥剂71中形成导流通道，部分干燥剂71烘干后又吸湿。

油箱气道81与干燥筒70之间设有电磁阀开关82，用于关闭、开启油箱气道81，电磁阀开关82与驱动电路43相连接并受控制模块40控制。电磁阀开关82有进出双通接口，出口连接油箱气道81，进口在干燥筒70上端部，干燥筒70进行加热除湿时，控制模块40控制电磁阀开关82关闭油箱气道81，防止蒸汽进入油箱。

基于上述智能控制系统的变压器免维护呼吸器的智能控制方法，在工作时间循环如下步骤：故障诊断步骤，检测部件是否正常工作，部件包括传感器模块以及呼吸器本体；如部件正常，则开始用于掌握油箱呼吸规律的自学习步骤并循环自学习步骤，控制模块判定是否需要对干燥筒进行加热除湿，如需要，则开始加热除湿步骤，根据自学习步骤得出的油箱呼吸规律选取在油箱无需吸气时作为加热除湿时间对干燥筒内的干燥剂进行加热脱水除湿，故障诊断步骤循环；如部件出现故障，则通过远程通讯模块发送故障报警信息。

故障诊断步骤包括如下步骤：

传感器模块自检步骤：对传感器模块自检，温湿度传感器和压力传感器内设有自检单元，自检单元与控制模块相连接，当自检单元监测到传感器数据异常或通讯连接异常时，控制模块通过远程通讯模块发送传感器故障信息；

传感器模块表面污染监测步骤：对传感器模块表面污染故障进行判定，温湿度传感器和压力传感器测量的数值长时间保持在一个恒定不变的异常值时，则判定传感器表面污染故障，通过控制模块开启加热模块加热干燥筒，产生热蒸汽，保持风扇模块不开启，用热蒸汽清洗温湿度传感器和压力传感器表面的污染物，如传感器表面污染故障不消除，则通过远程通讯模块发送传感器表面污染故障信号；

功能性故障检测步骤：传感器模块正常，则进行加热模块故障判定、风扇模块故障判定和呼吸器堵塞故障判定；

加热模块故障判定步骤：加热模块开启一定时间后，温湿度传感器监测温度变化，当温度变化小于既定范围时，判定为加热模块故障，通过远程通讯模块发送加热模块故障信号；

风扇模块故障判定步骤：加热模块开启一定时间后，温湿度传感器监测到湿度值缓慢上升，开启风扇模块中的下风扇，如温湿度传感器监测的湿度快速上升，则判定下风扇正常，否则判定下风扇正常；而后下风扇和加热模块停止工作，开启上风扇，如温湿度传感器监测的湿度迅速下降，则判定上风扇正常，否则判定上风扇故障；通过远程通讯模块发送对应故障信号；

呼吸器堵塞故障判定步骤：电磁阀打开，压力传感器监测到油箱气道负压时间超过设定时间，判定为呼吸器堵塞故障，并通过控制模块启动上风扇和下风扇对轻微堵塞故障进行排除，如呼吸器堵塞故障无法排除，则判定呼吸器严重堵塞故障，通过远程通讯模块发送呼吸器严重故障信号；

信息发送步骤：若传感器模块、加热模块、风扇模块以及呼吸器均正常工作，则通过远程通讯模块发送设备正常信号。

自学习步骤包括如下步骤：

油箱具有两种状态，油箱因变压器负荷大发热油位升高，需要呼出热气，油箱气道内温度升高，压力变大；油箱因变压器负荷小处于冷却状态油位降低，需要吸气，油箱气道内温度降低，压力变小。

基于上述逻辑，设定步骤如下：油箱呼气状态，加热模块不工作的情况下，温湿度传感器监测到油箱和气道内温度逐渐升高，同时压力传感器监测到油箱气道内压力逐渐变大，则判定油箱处于呼气状态；油箱吸气状态，加热模块不工作的情况下，温湿度传感器监测到油箱气道内温度逐渐降低，同时压力传感器监测到油箱气道内压力逐渐变小，则判定油箱处于吸气状态；

判定步骤：控制模块接收传感器模块发送的数据，并与设定的数值比较，判定油箱处于呼气状态或者处于吸气状态；

记录步骤：控制模块记录油箱处于呼气状态或者吸气状态时的实时数据、发生时间以及持续时长并存储分析；

统计步骤：cpu核心电路中的呼吸自学习模块根据油箱处于呼气状态或者吸气状态时的实时数据、发生时间以及持续时长，与以往数据比较并统计出油箱呼吸的频率和规律。

加热除湿步骤包括如下步骤：

干燥筒湿度监测步骤：控制模块读取干燥筒中的温湿度传感器的数据，与设定湿度值进行比对，判断湿度是否超出设定值，且湿度超标持续时间是否超出设定时间；如超过设定值和设定时间，则判定干燥筒需要进行加热除湿；

选取加热除湿时间步骤：控制模块读取呼吸自学习模块中的油箱呼吸规律，找出接下来时间里，油箱呼气时间长于规定值的时间段，定为加热除湿时间；

加热除湿步骤：达到加热除湿时间后，控制模块接收传感器数据并判定油箱处于呼气状态，电磁阀关闭油箱气道，开启加热模块的均匀加热模式；开启风扇模块，下风扇吹进气、上风扇吸排出湿气，开启加热模块的快速加热模式；控制模块持续接收温湿度传感器的数据，监控温湿度；

除湿完成步骤：控制模块实时读取干燥筒中的温湿度传感器的数据，与设定湿度值进行比对，判断湿度是否位于合理范围，如位于则控制加热模块停止工作，风扇模块对干燥筒进行冷却，直至温度位于正常值范围，风扇模块停止工作；如湿度高于正常值，则加热模块和风扇模块继续工作。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。