CN111724983A - 一种具备多参量全光纤感知的变压器及多参量监测方法 - Google Patents
一种具备多参量全光纤感知的变压器及多参量监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具备多参量全光纤感知的变压器，在变压器绕组的每相绕组中分别设置光纤温度监测装置；在变压器绕组的两侧的上/下端部，分别对称布置光纤压力传感器；在变压器铁芯的夹件上布置光纤振动传感器；在变压器套管引线端、绕组端部高场强区域以及变压器油箱两侧，分别布置光纤局放传感器；将所有光纤传感器的引出光纤光缆绑扎固定在变压器内部的木质支撑绝缘件上，将所有光纤光缆引出到变压器油箱壁的光纤贯通件上，与外部光纤光缆连接。本发明实现变压器内部绝缘、机械、过热等多参量综合状态的数据监测，有效增强变压器的智能化及信息化水平；本发明通过实时监测，可减少变压器发生故障的几率，延长变压器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于变压器生产制造技术领域，具体涉及一种具备多参量全光纤感知的变压器及多参量监测方法，创新应用全光纤传感技术，实现变压器状态的实时在线监测。
背景技术
目前，正值国网公司“电力物联网智慧变电站”试点工程建设的新阶段，电力变压器作为电网的核心设备之一，其运行状况直接影响着电力系统的安全可靠运行。为保证变压器的安全、稳定、经济运行，对变压器进行运行状态监测、故障诊断及维护是非常必要的。然而，传统变压器运行中仅有油温、油位、电压、电流等有限的监测手段，状态判断主要依靠定期停电试验及故障后诊断试验，不能全面及时的反应变压器实际运行状态。
变压器在运行中遭受故障电流冲击时线圈可能产生松动和变形，影响抗短路能力，易形成绝缘薄弱点，线圈松动和变形运行监测手段匮乏。若能够同时对变压器内部绝缘、机械、过热状态进行综合监测，对监测变压器运行状态、保障变压器安全运行将具有极其重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种具备多参量全光纤智能感知的变压器结构方案及多参量监测方法，包含局放光纤传感、温度分布式光栅光纤传感、光纤振动传感、光纤压力传感，通过不同结构的光纤传感器的安装，具备温度、应力、振动、局放等多参量的监测，实现变压器内部绝缘、机械、过热等综合状态的实时在线监测，减少变压器发生故障的几率，延长变压器的使用寿命。本发明所采用的技术方案如下：
一种具备多参量全光纤感知的变压器，包括：第一变压器高压套管、第一套管升高座、冷却片散、套管引线、变压器绕组、第二变压器高压套管、第二套管升高座、绕组上端部绝缘压板、变压器油箱、变压器铁芯、绕组下端部绝缘压板，在变压器绕组的每相绕组中分别设置光纤温度监测装置；在变压器绕组的两侧的上/下端部，分别对称布置光纤压力传感器；在变压器铁芯的夹件上布置光纤振动传感器；在变压器套管引线端、绕组端部高场强区域以及变压器油箱两侧，分别布置光纤局放传感器；将所有光纤传感器的引出光纤光缆绑扎固定在变压器内部的木质支撑绝缘件上，将所有光纤光缆引出到变压器油箱壁的光纤贯通件上，与外部光纤光缆连接。
优选的，在变压器铁芯的夹件上焊接光纤振动传感器安装底座，在光纤振动传感器安装底座上安装光纤振动传感器的方形基座，该方形基座与铁芯夹件垂直且紧密连接。
优选的，光纤振动传感器为三轴传感器，光纤振动传感器通过螺栓固定在方形基座的三个相邻平面上，方形基座通过螺栓固定在光纤振动传感器安装底座上。
优选的，所述的光纤温度监测装置采用单点式光纤光栅温度传感器和光纤光栅串温度传感器组合的方式，在变压器绕组的每相绕组的油道垫块上安装单点式光纤光栅温度传感器，在每相绕组的外部撑条上光纤光栅串温度传感器。
优选的，将单点式光纤光栅温度传感器固定在绕组导线间的油道垫块内，将光纤光栅串温度传感器固定在绕组纵向导线间的撑条内。
优选的，在绕组上端部绝缘压板上设置比上部光纤压力传感器外观尺寸宽度稍大、高度稍小的第一方槽，将上部光纤压力传感器固定在第一方槽内；在绕组下端部绝缘压板上设置比下部光纤压力传感器外观尺寸宽度稍大、高度稍小的第二方槽，将下部光纤压力传感器固定在第二方槽内。
优选的，光纤局放传感器安装在就近的导线固定用木质绝缘件上。
优选的，在需安装位置附近的木质绝缘件的上表面开槽，将光纤局放传感器固定安装在开槽空间内。
一种变压器多参量监测方法，所述的变压器为前述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，包括以下步骤：
S1、光纤温度传感器用于监测变压器绕组内的温度，实时反馈不同情况下的温度数值，以判断变压器的绝缘状态；
S2、光纤振动传感器用于监测变压器内部铁芯振动状态，通过振动频率和幅值的变化，以判断变压器内部的机械故障状态；
S3、光纤压力传感器用于监测变压器内部绕组的压紧力状态，通过压紧力数据的实时监测，以判断绕组的形变状态；
S4、光纤局放传感器用于监测变压器内部高电压场强区域的超声波信号，通过超声波信号幅值的监测，以判断监测区域的局放状态；
S5、光纤传感器监测的多参量数据通过光纤光缆的传输至远端后台，远端后台的信号接收或处理装置进行数据分析，实现变压器内部多数据的智能感知。
优选的，步骤S5中，将所有光纤传感器的引出光纤光缆固定在变压器内部的木质支撑绝缘件上，将所有光纤光缆引出到变压器油箱壁的光纤贯通件上，光纤贯通件的内侧接线柱与变压器油箱内的光纤光缆连接固定，光纤贯通件的外侧接线柱与外部光纤光缆连接固定，外部光纤光缆通过电站现场的槽盒接入到汇控柜或其他现场控制室的信号接收装置，通过外部光纤光缆的传输，将不同的光纤测试信号传输到后台的信号接收或处理装置。
本发明的有益效果：
本发明具备对变压器内部温度分布、绕组变形、局部放电和振动状态的全面感知，实现变压器内部绝缘、机械、过热等多参量综合状态的数据监测，有效增强变压器的智能化及信息化水平。
本发明通过实时监测，可减少变压器发生故障的几率，延长变压器的使用寿命，降低成本、提高生产效率；大大提升电网的安全和运行可靠性，为经济社会可持续发展提供安全、稳定、可靠、优质的电力保障，可在变压器的智能化改造及智慧变电站建设工程中推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。
图1是本发明实施例的具备多参量全光纤感知的变压器的结构示意图；
图2是本发明实施例的上部光纤压力传感器的安装示意图；
图中，1-第一变压器高压套管，2-第一套管升高座，3-冷却片散，4-套管引线，5-光纤局放传感器，6-变压器绕组，7-单点式光纤光栅温度传感器，8-光纤光栅串温度传感器，9-第二变压器高压套管，10-第二套管升高座，11-光纤振动传感器，12-光纤振动传感器安装底座，13-绕组上端部绝缘压板，14-上部光纤压力传感器，15-变压器油箱，16-变压器铁芯，17-下部光纤压力传感器，18-绕组下端部绝缘压板。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。
如图1所示，是本发明实施例的具备多参量全光纤感知的变压器的结构示意图。一种具备多参量全光纤感知的变压器，包括：第一变压器高压套管1、第一套管升高座2、冷却片散3、套管引线4、变压器绕组6、第二变压器高压套管9、第二套管升高座10、绕组上端部绝缘压板13、变压器油箱15、变压器铁芯16、绕组下端部绝缘压板18。上述变压器的结构为现有技术，在此不再赘述。
本发明是在变压器内部设置不同的安装结构，布置多种多参量的光纤传感装置、实现变压器多参量综合状态的数据监测，实现变压器状态的实时数据采集，确保变压器的安全可靠。其中，在变压器绕组6的每相绕组中分别设置光纤温度监测装置。所述的光纤温度监测装置，采用单点式光纤光栅温度传感器7和光纤光栅串温度传感器8组合的方式，实现对变压器每相绕组的绕组导线内单点温度和绕组纵向不同高度的温度进行连续的自动监测。具体地，在变压器绕组6的每相绕组的油道垫块上安装单点式光纤光栅温度传感器7，将单点式光纤光栅温度传感器7固定在绕组导线间的油道垫块内；在每相绕组的外部撑条上安装光纤光栅串温度传感器8，将光纤光栅串温度传感器8固定在绕组纵向导线间的撑条内。
在变压器绕组6的两侧的上/下端部，分别对称布置光纤压力传感器，实现监测绕组变形后所引起的压力变化。具体地，在绕组上端部绝缘压板13上设置比上部光纤压力传感器14外观尺寸宽度稍大、高度稍小的第一方槽，将上部光纤压力传感器14固定在第一方槽内，如图2所示，是本发明实施例的上部光纤压力传感器的安装示意图；在绕组下端部绝缘压板18上设置比下部光纤压力传感器17外观尺寸宽度稍大、高度稍小的第二方槽，将下部光纤压力传感器17固定在第二方槽内。光纤压力传感器布置在方槽内不需要单独固定，依靠绝缘压板将光纤压力传感器上下压紧、以便测试压力。
在变压器铁芯16的夹件上布置光纤振动传感器11，分别监测x轴、y轴、z轴三个方向上的振动信号，直观的掌握变压器运行过程中铁芯振动机械状态的变化。具体地，在变压器铁芯16的夹件上焊接光纤振动传感器安装底座12，在光纤振动传感器安装底座12上安装光纤振动传感器11的方形基座；光纤振动传感器11为三轴传感器，分别将其固定在方形基座上的相邻三个平面上，该特制方形基座与铁芯夹件垂直且紧密连接。选取方形基座的相邻三个平面固定安装光纤振动传感器11，分别监测x轴、y轴、z轴三个方向上的振动信号。光纤振动传感器11通过螺栓固定在方形基座的三个相邻平面上，方形基座通过螺栓固定在光纤振动传感器安装底座12上。
在变压器套管引线端、绕组端部高场强区域以及变压器油箱15两侧，分别布置光纤局放传感器5，实现变压器内部空间的局放监测及缺陷位置定位。具体地，将光纤局放传感器5安装在就近的导线固定用木质绝缘件上即可。在需安装位置附近的木质绝缘件的上表面开槽，将光纤局放传感器5固定安装在开槽空间内。
最后，将所有光纤传感器的引出光纤光缆固定在变压器内部的木质支撑绝缘件上，注意光纤光缆的弯曲度与绑扎固定；将所有光纤光缆引出到变压器油箱壁的光纤贯通件上，光纤贯通件的内侧接线柱与变压器油箱内的光纤光缆连接固定，光纤贯通件的外侧接线柱与外部光纤光缆连接固定，外部光纤光缆通过电站现场的槽盒接入到汇控柜或其他现场控制室的信号接收装置，通过外部光纤光缆的传输，将不同的光纤测试信号传输到后台的信号接收或处理装置。
一种变压器多参量监测方法，所述的变压器为一种具备多参量全光纤感知的变压器，变压器内部安装多参量光纤传感器，包括以下步骤：
S1、光纤温度传感器用于监测变压器绕组内的温度，实时反馈不同情况下的温度数值，以判断变压器的绝缘状态；
S2、光纤振动传感器用于监测变压器内部铁芯振动状态，通过振动频率和幅值的变化，以判断变压器内部的机械故障状态；
S3、光纤压力传感器用于监测变压器内部绕组的压紧力状态，通过压紧力数据的实时监测，以判断绕组的形变状态；
S4、光纤局放传感器用于监测变压器内部高电压场强区域的超声波信号，通过超声波信号幅值的监测，以判断监测区域的局放状态；
S5、光纤传感器监测的多参量数据通过光纤光缆的传输至远端后台，远端后台的信号接收或处理装置进行数据分析，实现变压器内部多数据的智能感知。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具备多参量全光纤感知的变压器，包括：第一变压器高压套管(1)、第一套管升高座(2)、冷却片散(3)、套管引线(4)、变压器绕组(6)、第二变压器高压套管(9)、第二套管升高座(10)、绕组上端部绝缘压板(13)、变压器油箱(15)、变压器铁芯(16)、绕组下端部绝缘压板(18)，其特征在于，在变压器绕组(6)的每相绕组中分别设置光纤温度监测装置；在变压器绕组(6)的两侧的上/下端部，分别对称布置光纤压力传感器；在变压器铁芯(16)的夹件上布置光纤振动传感器(11)；在变压器套管引线端、绕组端部高场强区域以及变压器油箱(15)两侧，分别布置光纤局放传感器(5)；将所有光纤传感器的引出光纤光缆绑扎固定在变压器内部的木质支撑绝缘件上，将所有光纤光缆引出到变压器油箱壁的光纤贯通件上，与外部光纤光缆连接。
2.根据权利要求1所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，在变压器铁芯(16)的夹件上焊接光纤振动传感器安装底座(12)，在光纤振动传感器安装底座(12)上安装光纤振动传感器(11)的方形基座，该方形基座与铁芯夹件垂直且紧密连接。
3.根据权利要求2所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，光纤振动传感器(11)为三轴传感器，光纤振动传感器(11)通过螺栓固定在方形基座的三个相邻平面上，方形基座通过螺栓固定在光纤振动传感器安装底座(12)上。
4.根据权利要求1所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，所述的光纤温度监测装置采用单点式光纤光栅温度传感器(7)和光纤光栅串温度传感器(8)组合的方式，在变压器绕组(6)的每相绕组的油道垫块上安装单点式光纤光栅温度传感器(7)，在每相绕组的外部撑条上光纤光栅串温度传感器(8)。
5.根据权利要求4所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，将单点式光纤光栅温度传感器(7)固定在绕组导线间的油道垫块内，将光纤光栅串温度传感器(8)固定在绕组纵向导线间的撑条内。
6.根据权利要求1所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，在绕组上端部绝缘压板(13)上设置比上部光纤压力传感器(14)外观尺寸宽度稍大、高度稍小的第一方槽，将上部光纤压力传感器(14)固定在第一方槽内；在绕组下端部绝缘压板(18)上设置比下部光纤压力传感器(17)外观尺寸宽度稍大、高度稍小的第二方槽，将下部光纤压力传感器(17)固定在第二方槽内。
7.根据权利要求1所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，光纤局放传感器(5)安装在就近的导线固定用木质绝缘件上。
8.根据权利要求7所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，其特征在于，在需安装位置附近的木质绝缘件的上表面开槽，将光纤局放传感器(5)固定安装在开槽空间内。
9.一种变压器多参量监测方法，其特征在于，所述的变压器为如权利要求1－8任一项所述的一种具备多参量全光纤感知的变压器，包括以下步骤：
S1、光纤温度传感器用于监测变压器绕组内的温度，实时反馈不同情况下的温度数值，以判断变压器的绝缘状态；
S2、光纤振动传感器用于监测变压器内部铁芯振动状态，通过振动频率和幅值的变化，以判断变压器内部的机械故障状态；
S3、光纤压力传感器用于监测变压器内部绕组的压紧力状态，通过压紧力数据的实时监测，以判断绕组的形变状态；
S4、光纤局放传感器用于监测变压器内部高电压场强区域的超声波信号，通过超声波信号幅值的监测，以判断监测区域的局放状态；
S5、光纤传感器监测的多参量数据通过光纤光缆的传输至远端后台，远端后台的信号接收或处理装置进行数据分析，实现变压器内部多数据的智能感知。
10.根据权利要求9所述的一种变压器多参量监测方法，其特征在于，步骤S5中，将所有光纤传感器的引出光纤光缆固定在变压器内部的木质支撑绝缘件上，将所有光纤光缆引出到变压器油箱壁的光纤贯通件上，光纤贯通件的内侧接线柱与变压器油箱内的光纤光缆连接固定，光纤贯通件的外侧接线柱与外部光纤光缆连接固定，外部光纤光缆通过电站现场的槽盒接入到汇控柜或其他现场控制室的信号接收装置，通过外部光纤光缆的传输，将不同的光纤测试信号传输到后台的信号接收或处理装置。
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