CN117553903A - 一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明所述一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法及系统，涉及大型变压器运输监测技术领域，包括基于分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析并计算加速度；铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。本发明通过通信光缆作为信息采集单元，其安全可靠、抗电磁干扰、灵敏度高，提高了信号提取的效率；通过对振动信号进行解算分析，更好地理解振动数据，识别异常情况，提高了监测的可靠性、灵敏度以及信噪比；通过铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，提高了设备的运输效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及大型变压器运输监测技术领域，具体为一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法及系统。
背景技术
大型高压变压器作为电力行业、特别是发电厂中的核心电气设备，国家与行业相关标准规范对大型变压器的运输与吊装作业有严格的要求，其中包括：移动过程中变压器本体、高压套管及互感器等重要部件都必须安装三维振动记录仪并连续记录，振动加速度均不得超出3g，变压器本体长轴方向倾角不大于15°，短轴方向倾角不大于10°，须满油或充干燥空气（氮气）运输，气压始终保持在0.01~0.03MPa之间。
变压器转运施工难点主要包括：变压器重量、尺寸大，作业难度大，一台500kV变压器的外形尺寸（长*宽*高）在14m*7m*12m以上，总重量可达250t以上，整体重心高度在离地面3m以上，场地小，交叉作业多，临近高压带电设备，空间受到严格限制，转运过程平稳性、振动幅度控制标准严格，质量要求高，在变压器转运过程中，振动超标可能会导致变压器本体的内部铁芯位移、夹件掉落、线圈形变、引线连接松动、绝缘性能破坏、接缝连接件松动等问题，同时，冲击振动也会导致对高压套管、散热器以及传感器仪表等易损件造成破坏。
分布式光纤传感技术是一种利用通信光缆作为信息采集单元，可以实现振动和声音连续分布式探测的新型传感技术，光纤传感器由于其体积小，重量轻，电绝缘性能好，安全可靠，抗电磁干扰，灵敏度高等特点，目前已应用于周界安防、铁路运输、油气勘探、结构健康监测等多个领域，对于大型高压变压器，其转运过程中对振动要求极为严格，需要长时间连续记录，并且在转运时变压器所有位置都应该实现振动监测，在复杂的带电作业环境下，分布式光纤传感技术展现了良好的性能，为大型高压变压器提供了一种新型的数据监测预警手段，便于获得更准确、更全面、更丰富、更及时的运输特征数据，全覆盖监测对大型变压器转运研究具有重要意义，现有技术主要是采用点式的电学加速度传感器，监测范围有限，并且由于谐振频率较高，易受声音影响，易受电磁干扰，且输出信号较弱。
发明内容
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：现有的大型变压器运输监测方法存在可靠性低，稳定性低，信号弱，以及如何在转运时对变压器所有位置进行振动监测的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，包括基于分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析并计算加速度；铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述分布式光纤传感包括激光器、声光调制器、光纤放大器、带通滤波器以及传感光纤；所述激光器产生窄线宽激光，输出端依次经过声光调制器和光纤放大器，进行光信号的频率调制与光信号放大，经过带通滤波器与传感光纤连接，由传感光纤将变化的光信号传回进行数据采集；基于相位敏感型光时域反射仪，与普通单模光纤连接，将普通光纤采集的光信号进行幅值相位解调，提取定量化的振动信息与加速度信息。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述分布式光纤传感还包括传感光纤以变压器为中心从上到下进行环绕，变压器360°范围内均有光纤进行状态监测；当对变压器重心位置和变压器套管位置进行光纤布置时，光纤数量计算表示为：
；
其中，i为变压器序列，N为光纤数量，D为变压器状态监测的数据量，F为数据采样频率，C为每条光纤传输数据量，R为覆盖系数，K为数据冗余系数。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述采集数据并进行预处理包括使用光电探测器、前置放大电路、噪声滤波电路、带通滤波放大器以及解调输出电路；光电转换器的输入端接收光纤中传输的光信号，输出端依次通过前置放大电路和噪声滤波电路后，与带通滤波放大器的输入端连接，输出端与数据分析处理连接；使用16位高速采集卡，更改采样率进行数据采集，将光纤中传输的光信号经光电转换器转换为电信号后送入前置放大电路进行倍数的放大，将放大后的电信号送入噪声滤波电路中进行噪声过滤，将过滤后的电信号进行放大，送入带通滤波放大器中对信号的频谱进行控制获取信号。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述对振动信号进行解算分析并计算加速度包括对变压器振动信号的幅值相位信息进行提取，变压器振动信号状态量x的状态预测方程和观测方程表示为：
；
其中，k为变压器状态序号，Ak为变压器振动信号状态转移矩阵，Ck为变压器振动信号状态观测矩阵，yk为观测量，Q与R分别为过程噪声与观测噪声，状态误差的协方差矩阵表示为：
；
下一时刻的变压器振动信号状态量为，上一采样时刻的变压器状态误差的协方差为/>；计算变压器振动信号状态预测协方差矩阵表示为：
；
计算变压器振动信号最优估计下的卡尔曼增益矩阵H表示为：
；
计算变压器振动信号的观测状态量和协方差校正矩阵表示为：
；
其中，I为单位矩阵，通过滤波滤除振动信号中的测量噪声与环境噪声，保留幅值信息与相位信息，进行加速度信息转换识别，大型变压器运输过程中为恒定速度，计算振动加速度表示为：
；
其中，为采样时间间隔。
当大于三倍重力加速度时，将数据标记为预警振动信号，对预警振动信号进行提前拦截，反馈至分布式光纤传感，作业指挥人员对运输参数进行调整直至/>小于三倍重力加速度。
当小于三倍重力加速度时，将数据标记为正常振动信号，对正常振动信号进行振动加速度图像输出。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述铺设滑移轨道包括采用大型组合梁钢模板搭建临时安装平台，模块间拼接到位，两侧以重型搭扣紧锁，进行主变压器整体安装、试验、承载以及固定，使用砂石或硬木板将坑洼路填平，密铺钢板，选用50kg/m的重型钢轨铺设滑移轨道，拼长接头两端钢轨垫在同一木板上，在钢轨滑道上安装沉降实时监测系统，建立地面沉降反馈模型，表示为：
；
其中，L1为临时安装平台的长度，L2为钢板填平的距离，A为临时安装平台的横截面积，W为滑移轨道的宽度，C为钢板的长度，D为监测系数的进度参数，E为地面的弹性模量，F为地面沉降的初始值，z为传感器对地面沉降的测量值，N为传感器数量，L为区域综合长度参数，S为监测的敏感参数，h为监测的高度参数；基于地面沉降反馈模型，对变压器运输过程中的滑移轨道沉降和变形进行监测。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述安装磁吸导管式视频监控装置包括磁吸导管式视频监控装置安装在变压器的顶升位置、滑轨滑板位置以及套管位置，监控装置通过4G通信进行远程监控，通过Light bridge数字无线图传技术支持4个移动端在300m距离范围内的实时监控，作业指挥人员采用433M射频遥控器切换摄像头，在作业过程中实时排查异常情况。
当变压器本体长轴方向倾角大于15°时，作业指挥人员对监控装置接收到的振动信号进行排查。
若为预警振动信号，则对运输参数进行调整。
若为正常振动信号，则对本次振动信号进行记录，并对变压器位置进行远程调控，使变压器本体长轴方向倾角小于15°。
本发明的另外一个目的是提供一种基于光纤传感的大型变压器运输监测系统，其能通过基于相位敏感型光时域反射仪，进行分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息，解决了目前的大型变压器运输监测含有可靠性低的问题。
作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测系统的一种优选方案，其中：包括光纤传感模块，数据处理模块，数据监测模块；所述光纤传感模块用于基于相位敏感型光时域反射仪，进行分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；所述数据处理模块用于采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析，对振动信号的幅值相位信息进行提取并计算加速度；所述数据监测模块用于铺设滑移轨道，建立地面沉降反馈模型，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提供的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法通过通信光缆作为信息采集单元，其体积小、重量轻、电绝缘性能好、安全可靠、抗电磁干扰以及灵敏度高，提高了信号提取的效率；通过对振动信号进行解算分析，可以更好地理解振动数据，识别可能的问题或异常情况，提高了监测的可靠性和灵敏度，并且提高了信号的信噪比；通过铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，可以及时发现任何可能影响变压器安全的问题，降低了大型设备运输过程中的风险，减少了运输事故的可能性，提高了设备的运输效率和安全性，本发明在效率、可靠性以及安全性方面都取得更加良好的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明第一个实施例提供的一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的整体流程图。
图2为本发明第二个实施例提供的一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的实际转运布局图。
图3为本发明第三个实施例提供的一种基于光纤传感的大型变压器运输监测系统的整体流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，包括：
S1：基于分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息。
更进一步的，分布式光纤传感包括激光器、声光调制器、光纤放大器、带通滤波器以及传感光纤；激光器产生窄线宽激光，输出端依次经过声光调制器和光纤放大器，进行光信号的频率调制与光信号放大，经过带通滤波器与传感光纤连接，由传感光纤将变化的光信号传回进行数据采集；基于相位敏感型光时域反射仪，与普通单模光纤连接，将普通光纤采集的光信号进行幅值相位解调，提取定量化的振动信息与加速度信息。
应说明的是，分布式光纤传感还包括传感光纤以变压器为中心从上到下进行环绕，变压器360°范围内均有光纤进行状态监测；当对变压器重心位置和变压器套管位置进行光纤布置时，光纤数量计算表示为：
；
其中，i为变压器序列，N为光纤数量，D为变压器状态监测的数据量，F为数据采样频率，C为每条光纤传输数据量，R为覆盖系数，K为数据冗余系数。
还应说明的是，需要确定对于变压器状态监测所需的数据量和采样频率，这将直接影响所需的光纤数量，例如，如果需要高频率的数据采样，可能需要更多的光纤以确保足够的覆盖和精确度，确定变压器上的关键薄弱位置，这些位置需要更密集的光纤布置，这些位置可能包括变压器的热点区域、重要的连接部位等。为了提高系统的可靠性，可以考虑在关键位置增加一定程度的数据冗余，即使用多个光纤监测相同的位置，以便在某些情况下出现故障时仍然有可用数据。
还应说明的是，相位敏感型光时域反射仪是一种高分辨率光纤传感技术，用于检测和定位光纤中的故障、变化或干扰，它利用相位信息来实现对光信号的高精度测量和定位，广泛用于光纤通信、光纤传感和光纤网络监测等领域，分布式光纤传感系统能够监测振动、温度、应力等多种参数，因此可以及时检测到潜在的故障或异常情况，例如，如果某个区域的温度升高或振动异常，系统可以迅速发现，并发出警报，让操作人员可以采取措施来防止设备故障。
还应说明的是，定量化的振动信息指的是通过光时域反射仪测量得到的振动信号的详细特征和参数，以便进行定量分析，这些信息包括振幅、频率、相位、波形形状等，定量化的振动信息可用于了解振动的性质和特征，例如，振动信号的振幅可以表示振动的幅度或振幅大小，频率可以用来确定振动的频率，相位信息可以用于确定振动的相位关系，这些信息对于监测设备的状态、检测异常、分析振动模式以及预测故障都非常有价值，加速度信息表示光纤传感系统测量的振动信号中包含的加速度数据，加速度是指物体在单位时间内速度的变化率，通常以米每秒平方（m/s²）为单位，加速度信息提供了关于振动的量化数据，可用于分析物体的动态运动和振动行为，通过测量加速度，可以了解设备或结构体系的振动幅度、频率和加速度变化，这对于工程监测、结构健康监测和故障诊断非常重要，例如，在工业设备中，测量加速度可以帮助确定设备是否受到异常振动或冲击。
S2：采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析并计算加速度。
更进一步的，采集数据并进行预处理包括使用光电探测器、前置放大电路、噪声滤波电路、带通滤波放大器以及解调输出电路；光电转换器的输入端接收光纤中传输的光信号，输出端依次通过前置放大电路和噪声滤波电路后，与带通滤波放大器的输入端连接，输出端与数据分析处理连接；使用16位高速采集卡，更改采样率进行数据采集，将光纤中传输的光信号经光电转换器转换为电信号后送入前置放大电路进行倍数的放大，将放大后的电信号送入噪声滤波电路中进行噪声过滤，将过滤后的电信号进行放大，送入带通滤波放大器中对信号的频谱进行控制获取信号。
应说明的是，对振动信号进行解算分析并计算加速度包括对变压器振动信号的幅值相位信息进行提取，变压器振动信号状态量x的状态预测方程和观测方程表示为：
；
其中，k为变压器状态序号，Ak为变压器振动信号状态转移矩阵，Ck为变压器振动信号状态观测矩阵，yk为观测量，Q与R分别为过程噪声与观测噪声，状态误差的协方差矩阵表示为：
；
下一时刻的变压器振动信号状态量为，上一采样时刻的变压器状态误差的协方差为/>；计算变压器振动信号状态预测协方差矩阵表示为：
；
计算变压器振动信号最优估计下的卡尔曼增益矩阵H表示为：
；
计算变压器振动信号的观测状态量和协方差校正矩阵表示为：
；
其中，I为单位矩阵，通过滤波滤除振动信号中的测量噪声与环境噪声，保留幅值信息与相位信息，进行加速度信息转换识别，大型变压器运输过程中为恒定速度，计算振动加速度表示为：
；
其中，为采样时间间隔。
当大于三倍重力加速度时，将数据标记为预警振动信号，对预警振动信号进行提前拦截，反馈至分布式光纤传感，作业指挥人员对运输参数进行调整直至/>小于三倍重力加速度。
当小于三倍重力加速度时，将数据标记为正常振动信号，对正常振动信号进行振动加速度图像输出。
还应说明的是，测量噪声是由于传感器或测量设备本身的不完美性而引入的噪声，这种噪声可能是由传感器内部电子元件的随机变化、模拟-数字转换过程中的误差、传感器固有的不稳定性等因素引起的，测量噪声通常以随机的形式出现，并且在时间上随机变化，它可能会对振动信号的测量产生误差，导致信号中包含不希望的波动或扰动。
S3：铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。
更进一步的，铺设滑移轨道包括采用大型组合梁钢模板搭建临时安装平台，模块间拼接到位，两侧以重型搭扣紧锁，进行主变压器整体安装、试验、承载以及固定，使用砂石或硬木板将坑洼路填平，密铺钢板，选用50kg/m的重型钢轨铺设滑移轨道，拼长接头两端钢轨垫在同一木板上，在钢轨滑道上安装沉降实时监测系统，建立地面沉降反馈模型，表示为：
；
其中，L1为临时安装平台的长度，L2为钢板填平的距离，A为临时安装平台的横截面积，W为滑移轨道的宽度，C为钢板的长度，D为监测系数的进度参数，E为地面的弹性模量，F为地面沉降的初始值，z为传感器对地面沉降的测量值，N为传感器数量，L为区域综合长度参数，S为监测的敏感参数，h为监测的高度参数；基于地面沉降反馈模型，对变压器运输过程中的滑移轨道沉降和变形进行监测。
应说明的是，安装磁吸导管式视频监控装置包括磁吸导管式视频监控装置安装在变压器的顶升位置、滑轨滑板位置以及套管位置，监控装置通过4G通信进行远程监控，通过Light bridge数字无线图传技术支持4个移动端在300m距离范围内的实时监控，作业指挥人员采用433M射频遥控器切换摄像头，在作业过程中实时排查异常情况。
当变压器本体长轴方向倾角大于15°时，作业指挥人员对监控装置接收到的振动信号进行排查。
若为预警振动信号，则对运输参数进行调整。
若为正常振动信号，则对本次振动信号进行记录，并对变压器位置进行远程调控，使变压器本体长轴方向倾角小于15°。
还应说明的是，异常情况包括振动异常：监控装置可以检测到变压器的振动情况，如果振动超过了正常范围，可能表示设备受到了不正常的冲击或振动，需要立即采取行动来防止进一步损害；位置异常：监控装置安装在多个位置，可以检测变压器的位置和姿态，如果变压器的位置与预期的不符，可能需要立即采取措施来调整变压器的位置，以确保安全转运；温度异常：虽然未在提到的步骤中明确提及，但监控装置也可以用于监测变压器的温度，异常的温度升高可能表示设备存在问题，可能会导致设备故障或危险；通信中断：由于监控装置使用4G通信和数字无线图传技术，如果通信中断或信号丢失，作业指挥人员需要及时发现并重新建立连接，以确保监控继续；电源问题：如果监控装置的电源出现故障或中断，作业指挥人员需要检查并解决这个问题，以确保监控设备正常工作。
实施例2
参照图2，为本发明的一个实施例，提供了一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。
首先，图2表示为大型变压器在实际转运过程中的布局图，其中1为变压器；2为磁吸导管式视频监控装置；3为传感光纤；4为滑轨系统；5为分布式光纤传感系统；6为数据分析处理系统；7为数据显示屏，采购一台相位敏感型光时域反射仪，选择了三个大型变压器作为试验对象，并准备了用于转运的相关设备，在试验现场铺设了滑移轨道，同时安装了磁吸导管式视频监控装置，以实时监测转运过程中的状态特征数据，沿着变压器的关键部位布设了光纤传感线，确保光纤覆盖了需要监测的区域，包括机械部件和冷却系统。
参考表1，对振动振幅、频率、相位等数据进行采集，假设运输过程中为恒定速度模型，通过卡尔曼滤波算法减少测量噪声获取振动信号，再通过匹配算法得到加速度估算值。
表1 试验数据记录表
磁吸导管式视频监控装置，安装在变压器的顶升位置、滑轨滑板位置、套管等关键薄弱位置，监控装置通过4G通信实现远程监控，同时通过Light bridge数字无线图传技术支持4个移动端在300m距离范围内的实时监控，同时作业指挥人员能采用433M射频遥控器方便地切换摄像头，以便在作业过程中实时排查异常情况，避免隐患和事故发生，通过相位敏感型光时域反射仪和分布式光纤传感技术，成功地监测了大型变压器转运过程中的振动信息和加速度数据，这些数据提供了对变压器在运输过程中的实时状态的深入了解，数据分析结果表明，不同试验对象的振动振幅、频率、相位以及加速度参数都有所不同，这些数据对于判断变压器的安全状态和机械部件的运行状况非常关键，通过实时监测和数据分析，可以及时发现异常情况并采取必要的措施，以确保大型变压器在转运过程中的安全性和稳定性，这一技术的有益效果在于提供了一种可靠的监测方法，有助于减少潜在的损坏风险，提高设备的可维护性，并降低维修成本，同时，它还为变压器转运过程的优化提供了重要数据支持，以确保设备在运输中不受损坏。
实施例3
参照图3，为本发明的一个实施例，提供了一种基于光纤传感的大型变压器运输监测系统，包括光纤传感模块，数据处理模块，数据监测模块。
其中光纤传感模块用于基于相位敏感型光时域反射仪，进行分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；数据处理模块用于采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析，对振动信号的幅值相位信息进行提取并计算加速度；数据监测模块用于铺设滑移轨道，建立地面沉降反馈模型，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。
功能如果以软件功能单元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，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置）、便携式计算机盘盒（磁装置）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器）、光纤装置以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于，包括：
基于分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；
采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析并计算加速度；
铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。
2.如权利要求1所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于：所述分布式光纤传感包括激光器、声光调制器、光纤放大器、带通滤波器以及传感光纤；
所述激光器产生窄线宽激光，输出端依次经过声光调制器和光纤放大器，进行光信号的频率调制与光信号放大，经过带通滤波器与传感光纤连接，由传感光纤将变化的光信号传回进行数据采集；
基于相位敏感型光时域反射仪，与普通单模光纤连接，将普通光纤采集的光信号进行幅值相位解调，提取定量化的振动信息与加速度信息。
3.如权利要求2所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于：所述分布式光纤传感还包括传感光纤以变压器为中心从上到下进行环绕，变压器360°范围内均有光纤进行状态监测；
当对变压器重心位置和变压器套管位置进行光纤布置时，光纤数量计算表示为：
；
其中，i为变压器序列，N为光纤数量，D为变压器状态监测的数据量，F为数据采样频率，C为每条光纤传输数据量，R为覆盖系数，K为数据冗余系数。
4.如权利要求3所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于：所述采集数据并进行预处理包括使用光电探测器、前置放大电路、噪声滤波电路、带通滤波放大器以及解调输出电路；
光电转换器的输入端接收光纤中传输的光信号，输出端依次通过前置放大电路和噪声滤波电路后，与带通滤波放大器的输入端连接，输出端与数据分析处理连接；
使用16位高速采集卡，更改采样率进行数据采集，将光纤中传输的光信号经光电转换器转换为电信号后送入前置放大电路进行倍数的放大，将放大后的电信号送入噪声滤波电路中进行噪声过滤，将过滤后的电信号进行放大，送入带通滤波放大器中对信号的频谱进行控制获取信号。
5.如权利要求4所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于：所述对振动信号进行解算分析并计算加速度包括对变压器振动信号的幅值相位信息进行提取，变压器振动信号状态量x的状态预测方程和观测方程表示为：
；
其中，k为变压器状态序号，Ak为变压器振动信号状态转移矩阵，Ck为变压器振动信号状态观测矩阵，yk为观测量，Q与R分别为过程噪声与观测噪声，状态误差的协方差矩阵表示为：
；
下一时刻的变压器振动信号状态量为，上一采样时刻的变压器状态误差的协方差为/>；
计算变压器振动信号状态预测协方差矩阵表示为：
；
计算变压器振动信号最优估计下的卡尔曼增益矩阵H表示为：
；
计算变压器振动信号的观测状态量和协方差校正矩阵表示为：
；
其中，I为单位矩阵，通过滤波滤除振动信号中的测量噪声与环境噪声，保留幅值信息与相位信息，进行加速度信息转换识别，大型变压器运输过程中为恒定速度，计算振动加速度表示为：
；
其中，为采样时间间隔；
当大于三倍重力加速度时，将数据标记为预警振动信号，对预警振动信号进行提前拦截，反馈至分布式光纤传感，作业指挥人员对运输参数进行调整直至/>小于三倍重力加速度；
当小于三倍重力加速度时，将数据标记为正常振动信号，对正常振动信号进行振动加速度图像输出。
6.如权利要求5所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于：所述铺设滑移轨道包括采用大型组合梁钢模板搭建临时安装平台，模块间拼接到位，两侧以重型搭扣紧锁，进行主变压器整体安装、试验、承载以及固定，使用砂石或硬木板将坑洼路填平，密铺钢板，选用50kg/m的重型钢轨铺设滑移轨道，拼长接头两端钢轨垫在同一木板上，在钢轨滑道上安装沉降实时监测系统，建立地面沉降反馈模型，表示为：
；
其中，L1为临时安装平台的长度，L2为钢板填平的距离，A为临时安装平台的横截面积，W为滑移轨道的宽度，C为钢板的长度，D为监测系数的进度参数，E为地面的弹性模量，F为地面沉降的初始值，z为传感器对地面沉降的测量值，N为传感器数量，L为区域综合长度参数，S为监测的敏感参数，h为监测的高度参数；
基于地面沉降反馈模型，对变压器运输过程中的滑移轨道沉降和变形进行监测。
7.如权利要求6所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，其特征在于：所述安装磁吸导管式视频监控装置包括磁吸导管式视频监控装置安装在变压器的顶升位置、滑轨滑板位置以及套管位置，监控装置通过4G通信进行远程监控，通过Light bridge数字无线图传技术支持4个移动端在300m距离范围内的实时监控，作业指挥人员采用433M射频遥控器切换摄像头，在作业过程中实时排查异常情况；
当变压器本体长轴方向倾角大于15°时，作业指挥人员对监控装置接收到的振动信号进行排查；
若为预警振动信号，则对运输参数进行调整；
若为正常振动信号，则对本次振动信号进行记录，并对变压器位置进行远程调控，使变压器本体长轴方向倾角小于15°。
8.一种采用如权利要求1~7任一所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的系统，其特征在于：包括光纤传感模块，数据处理模块，数据监测模块；
所述光纤传感模块用于基于相位敏感型光时域反射仪，进行分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；
所述数据处理模块用于采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析，对振动信号的幅值相位信息进行提取并计算加速度；
所述数据监测模块用于铺设滑移轨道，建立地面沉降反馈模型，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的步骤。
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