CN109186801A - 基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统，将实时测到的光纤布里渊散射频率通过映射关系计算得到温度和应力值；通过每个子系统监控一台变压器，通过每个子系统同配置微型计算机芯片进行独立解析，将解析结果通过LoRa节点模块发送至同一个后台，减少了数据传输量，同时也不需要后台进行大量的运算，使系统运作响应速度更快，形成监测系统的同一部署，统一调度规划；通过每一个UHF传感器都单独连接有一个A/D转换器跟传统的通过切换开关进行转换，避免信号延迟，解决目前的变压器的温度和应力监测系统都是独立监测一个变压器，检测温度不直接，通过人为判断容易造成误判，同时无法做到统一的远程监测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器绕组监测，具体涉及一种基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统。
背景技术
随着电力系统的发展和电压等级的提高，局部放电已经成为电力变压器绝缘劣化的重要原因，因而局部放电的监测和评价也就成为绝缘状况监测的重要手段。局部放电的监测都是以局放所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局放的状态。
通过安装在变压器绕组线圈表面的传感器，测量电力变压器绕组线圈的表面温度，但该方法只能测量电力变压器绕组表面温度，未能真实反映绕组最热点温度。第二种是通过测量介质温度，间接测量电力变压器绕组线圈内部温度，经工程实践证明，该方法得到的绕组内部线圈温度不精确。第三种是通过较为复杂的光纤光栅传感器测量电力变压器绕组线圈的内部温度，该方法的光栅传感器安装复杂，可测点有限。而国内外对线圈绕组内部应力的测量只能通过绕组的形变测试装置即绕组变形仪间接的测量，不但不能实时反应绕组的应力变化，且由于测量结果重复率低，易造成误判。而且以往的系统是将检测结果直接显示在检测装置上，需要人工进行结果判断，以及不方便远程查询。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前的变压器的温度和应力监测系统都是独立监测一个变压器，检测温度不直接，通过人为判断容易造成误判，同时无法做到统一的远程监测，本发明提供了解决上述问题的基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统。
本发明通过下述技术方案实现：
基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统包括若干独立的子系统，一个子系统监测一个变压器；一个子系统包括多个光纤传感器，通过激光光源发出的光经过所述光纤传感器产生布里渊散射，所述光纤传感器预埋在电力变压器绕组的电磁线内，电力变压器绕组内部的温度和应力影响所述光纤传感器的布里渊散射信号的频率，所述光纤传感器传回的布里渊散射信号经过所述频移检测电路转换为电信号，再经过放大电路和A/D转换器，所述A/D转换器连接至同一多路数据采集卡，所述数据采集卡连接微型计算机芯片，通过在微型计算机芯片内进行分析；微型计算机芯片的输出脚通过SPI总线连接有LoRa节点模块；微型计算机芯片将分析的结果信息通过LoRa节点模块上传至网络；后台系统通过连接网络获得结果信息。当传感器光纤的任意一点或者任意一段有温度和应力变化时，光纤就反射回一个与自身温度和应变相对应的布里渊散射窄谱脉冲光信号；信号处理电路对返回信号列进行放大滤波采样和分析，将光在光纤中的布里渊散射频率标定到对应的温度值和应力值。标定完成后，将标定数据进行最小二乘拟合获取温度和应力值与散射频率之间的映射关系。然后再将实时测到的光纤布里渊散射频率通过映射关系计算得到温度和应力值；通过每个子系统监控一台变压器，通过每个子系统同配置微型计算机芯片进行独立解析，将解析结果通过LoRa节点模块发送至同一个后台，减少了数据传输量，同时也不需要后台进行大量的运算，使系统运作响应速度更快，形成监测系统的同一部署，统一调度规划；通过每一个UHF传感器都单独连接有一个A/D转换器跟传统的通过切换开关进行转换，避免信号延迟，解决目前的变压器的温度和应力监测系统都是独立监测一个变压器，检测温度不直接，通过人为判断容易造成误判，同时无法做到统一的远程监测的问题。
进一步的，微型计算机芯片还连接有GPS定位模块，传送结果时同时将位置信息发送给后台。通过每个子系统对应的地理位置信息，后台可以直接查看不同位置的变压器的状态，方便监控人员监控。
进一步的，微型计算机芯片还连接有存储模块，微型计算机芯片将接收的原始数据存储在存储模块中，后台有需要时，后台发送获取原始数据的请求指令，通过LoRa节点模块接收指令传给微信计算机芯片，微型计算机芯片接收指令后分析指令，按照指令要求调取对应的原始数据，再通过LoRa节点模块发送给后台。通过将原始数据进行存储在每个子系统中，不会占用无线传输通道，同时也避免在后台存储大量原始数据，是后台运行缓慢，后台需要时进行获取，方便了解变压器的历史状态信息。
进一步的，光纤传感器为单模光纤传感器
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通当传感器光纤的任意一点或者任意一段有温度和应力变化时，光纤就反射回一个与自身温度和应变相对应的布里渊散射窄谱脉冲光信号；信号处理电路对返回信号列进行放大滤波采样和分析，将光在光纤中的布里渊散射频率标定到对应的温度值和应力值。标定完成后，将标定数据进行最小二乘拟合获取温度和应力值与散射频率之间的映射关系。然后再将实时测到的光纤布里渊散射频率通过映射关系计算得到温度和应力值；通过每个子系统监控一台变压器，通过每个子系统同配置微型计算机芯片进行独立解析，将解析结果通过LoRa节点模块发送至同一个后台，减少了数据传输量，同时也不需要后台进行大量的运算，使系统运作响应速度更快，形成监测系统的同一部署，统一调度规划；通过每一个UHF传感器都单独连接有一个A/D转换器跟传统的通过切换开关进行转换，避免信号延迟；
2、本发明通过每个子系统对应的地理位置信息，后台可以直接查看不同位置的变压器的状态，方便监控人员监控；
3、本发明通过将原始数据进行存储在每个子系统中，不会占用无线传输通道，同时也避免在后台存储大量原始数据，是后台运行缓慢，后台需要时进行获取，方便了解变压器的历史状态信息。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统，包括若干独立的子系统，一个子系统监测一个变压器；一个子系统包括多个光纤传感器，通过激光光源发出的光经过所述光纤传感器产生布里渊散射，所述光纤传感器预埋在电力变压器绕组的电磁线内，电力变压器绕组内部的温度和应力影响所述光纤传感器的布里渊散射信号的频率，所述光纤传感器传回的布里渊散射信号经过所述频移检测电路转换为电信号，再经过放大电路和A/D转换器，所述A/D转换器连接至同一多路数据采集卡，所述数据采集卡连接微型计算机芯片，通过在微型计算机芯片内进行分析；微型计算机芯片的输出脚通过SPI总线连接有LoRa节点模块；微型计算机芯片将分析的结果信息通过LoRa节点模块上传至网络；后台系统通过连接网络获得结果信息。
实施时，当传感器光纤的任意一点或者任意一段有温度和应力变化时，光纤就反射回一个与自身温度和应变相对应的布里渊散射窄谱脉冲光信号，放大电路及信号处理电路对返回信号列进行放大滤波采样和分析，将时间换算成从布里渊散射光变化产生的位置到光纤末端的距离，并将光频率换算成光纤的温度和应力，即可求出各点的温度和应力。光纤传感器传回的信号在受到温度和应力作用下布里渊散射光频率发生了偏移，其产生的频率偏移与光纤所受温度和应力呈良好的线性关系；安装在变压器绕组电磁线内的光纤在受到温度和应变作用下，布里渊散射光频率发生了偏移现象，通过试验标定的方法找到布里渊散射频率偏移与温度及应力的映射关系，从而实现对变压器绕组内部的温度和应力直接测量；电力变压器绕组内部的温度和应力与布里渊散射频率偏移试验数据的标定通过最小二乘的拟合方法实现。
微型计算机芯片还连接有GPS定位模块，传送结果时同时将位置信息发送给后台。微型计算机芯片还连接有存储模块，微型计算机芯片将接收的原始数据存储在存储模块中，后台有需要时，后台发送获取原始数据的请求指令，通过LoRa节点模块接收指令传给微信计算机芯片，微型计算机芯片接收指令后分析指令，按照指令要求调取对应的原始数据，再通过LoRa节点模块发送给后台。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统，其特征在于，包括若干独立的子系统，一个子系统监测一个变压器；一个子系统包括多个光纤传感器，通过激光光源发出的光经过所述光纤传感器产生布里渊散射，所述光纤传感器预埋在电力变压器绕组的电磁线内，电力变压器绕组内部的温度和应力影响所述光纤传感器的布里渊散射信号的频率，所述光纤传感器传回的布里渊散射信号经过所述频移检测电路转换为电信号，再经过放大电路和A/D转换器，所述A/D转换器连接至同一多路数据采集卡，所述数据采集卡连接微型计算机芯片，通过在微型计算机芯片内进行分析；微型计算机芯片的输出脚通过SPI总线连接有LoRa节点模块；微型计算机芯片将分析的结果信息通过LoRa节点模块上传至网络；后台系统通过连接网络获得结果信息。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统，其特征在于，所述微型计算机芯片还连接有GPS定位模块，传送结果时同时将位置信息发送给后台。所述微型计算机芯片还连接有存储模块，微型计算机芯片将接收的原始数据存储在存储模块中，后台有需要时，后台发送获取原始数据的请求指令，通过LoRa节点模块接收指令传给微信计算机芯片，微型计算机芯片接收指令后分析指令，按照指令要求调取对应的原始数据，再通过LoRa节点模块发送给后台。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的变压器绕组内部温度和应力在线监测系统，其特征在于，所述光纤传感器为单模光纤传感器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114487681A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-05-13 | 江苏商贸职业学院 | 一种基于物联网的高频变压器发热异常诊断系统 |
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- 2018-08-23 CN CN201810968711.6A patent/CN109186801A/zh not_active Withdrawn
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