一种大型变压器振动及绝缘在线监测装置及方法与流程

本发明属于油纸绝缘大型变压器振动及绝缘监测，特别涉及一种基于内置式光纤传感器变压器振动及绝缘在线监测方法。

背景技术：

1、大型变压器是电网运行过程中重要一个环节，在电网安全运行过程中起到举足轻重的作用，而对于变压器的在线监测和停电检测是不可缺少的环节，也是保障变压器运行的必要手段，对变压器的监测手段很多，通常一台大型变压器需要安装多种监测类型，主要归纳为电气监测、环境监测、化学检测及机械量监测等几个方面，每个方面都包含很多具体参量，监测技术相对成熟。目前这些参量基本都是各自一体，传感器种类繁多，除了少数温度传感器是变压器内置式，绝大数传感器在变压器外部安装，由于变压器运行环境复杂，容易受到各种干扰，导致测试结果误差较大，严重时可导致故障误报。

2、现有技术中，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。现有技术应用到了光纤传感器技术，但压力传感器、振动传感器以及局放传感器是分开独立的，分散布置，通过不同传感器检测不同的特征参量。首先这样会导致振动、温度、局部放电参量不是来自同一个测点，测试时间的差异性，导致局放和振动的综合判定的脱节；其次，每个参量分开监测，导致系统现场布线非常复杂，工序繁琐，极大的增加了现场工作量；最后，由于在变压器内走线过于冗余，是变压器运行时潜在的不稳定因素。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出一种基于宽频带fabry-perot(f-p)法珀光纤光栅阵列传感器，传感器分别内置于变压器铁心和绕组上，同一个传感器可同时监测振动和局部放电两种参量，其中振动参量是属于机械量监测，是反映变压器铁心及绕组在运行过程中所产生的振动加速度、振幅及频率是否异常；局部放电是属于电气参量，是针对变压器在运行过程中整体的绝缘状况，通过监测两种参量，可对变压器的各类机械故障导致发生局部放电缺陷进行准确监测和识别，及时提供给运行维护人员进行精准检修，极大缩短了检修时间，有效的预防了变压器的突发停电故障。

2、本发明前提条件是光纤f-p传感器的内置式和宽频带。光纤光栅传感器内部是由若干组f-p腔阵列组成，通过调节每个f-p腔的尺寸状态实现对不同信号的频率选择，解调仪通过透射光和反射波的波长调制来获取不同频率的信号，传感器可接收信号频率为10hz至150khz，其中，用于处理机械振动的信号处理模块所用频带为10hz至1khz；用于处理局部放电超声波的信号处理模块所用频带为10khz至150khz；f-p光纤传感器可同时满足两种参量的频带需要。另外传感器体是密封在环氧外壳内，并进行内部环氧浇筑，因此整体可耐受变压器内部油压，并且不会对变压器油产生任何污染和泄漏，传感器内部无任何金属材料，可直接放置于变压器铁心和绕组处，不会引起电场集中和悬浮放电。

3、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种大型变压器振动及绝缘在线监测方法，包括以下步骤：

4、对同一个光纤传感器输出信号，通过分频处理同时得到变压器振动信号和局部放电信号两种信号；

5、根据变压器的振动信号和局部放电信号进行检测和评估。

6、所述根据变压器的振动信号和局部放电信号进行检测和评估，包括以下步骤：

7、根据振动信号，得到第i次测量时的加速度αi，与在设定时间内所测加速度平均值的比值hα作为振动信号的偏离度；

8、根据局部放电信号，得到第i次测量时的放电量qi，与在设定时间内所测放电量平均值的比值qα作为局部放电信号的偏离度；

9、通过对振动信号的偏离度和超声局部放电信号的偏离度，得出评估量fx；

10、当0＜fx＜1时，变压器振动及引起的局部放电参量处于正常值状态；

11、当fx＝1时，变压器振动及引起的局部放电参量处于绝对稳定状态；

12、当fx＞1时，变压器振动及引起的局部放电参量处于增长状态；当fx持续增大且超过阈值，则报警以停电检修。

13、所述放电量q＝lpkm，其中，km为局部放电声波经过光信号再到电压信号转换率，lp为声压级lp。

14、所述声压级p0为标准声压，p为局部放电引起的超声波的声压。

15、所述放电量平均值的比值其中，n为测量次数。

16、所述评估量fx＝mhα+nqα；其中，m和n分别为振动信号和局部放电信号的加权系数。

17、一种大型变压器振动及绝缘在线监测装置，包括：

18、多个光纤传感器，安装于同一台变压器上，分别固定在铁心、高压绕组和低压绕组上，用于采集变压器上不同位置的含有振动信号和局部放电信号的输出信号，以进行变压器的综合评估；

19、传感器处理单元，用于对光纤传感器输出的电信号进行处理，得到变压器的振动信号和局部放电信号；

20、终端，用于根据变压器的振动信号和局部放电信号进行检测和评估。

21、所述光纤传感器为f-p光纤传感器，采用四个，分别固定在铁心上部分、铁心下部分、高压绕组、低压绕组上。

22、所述传感器处理单元，包括：

23、隔离器，用于将隔离后的单向光源送入耦合器；

24、耦合器，用于对所有光纤传感器内的f-p腔阵列进行分时选择，使光源送入每一个光纤传感器的f-p腔阵列中，形成光的干涉，反射光至滤波器；

25、滤波器，用于将耦合器输出的光信号进行滤波，滤除干扰光源，输入至光电检测器；

26、光电检测器，用于对滤波后的光信号进行光电转换，生成宽频电信号输入至分频电路；

27、分频电路，用于将宽频电信号进行分频，生成的振动信号输入至低频振动信号处理模块，生成的局部放电信号输入至高频超声信号处理模块；

28、低频振动信号处理模块，用于将振动信号进行放大、滤波、采集，得到用于分析的振动信号；

29、高频超声信号处理模块，用于将局部放电信号进行放大、滤波、采集，得到用于分析的局放信号。

30、本发明具有以下有益效果及优点：

31、1.本发明在一种宽频带f-p光纤光栅阵列传感器上，实现了机械量和电气量的同时监测，软件算法融为一体，提高了监测效率和有效性，降低了成本。

32、2.宽频带f-p传感器内置式到变压器内部，一方面屏蔽了外部大量的干扰信号，极大地提高监测系统信噪比；另一方面传感器距离振动源和局部放电源更近，缩短了信号传播路径，减小了传播过程衰减，特别是局部放电参量，频率越高在介质中传播衰减越快，而且当声波从一种煤质传播到另一种煤质时，由于两种煤质的声特性阻抗不匹配，其界面衰减更大。

33、3.据试验测定内置式局部放电传感器灵敏度比外置式传感器灵敏度高一到两个数量级，因此内置式传感器使整个系统的灵敏度更高。

34、4.本发明是基于两种参数下的综合评估算法，更加准确客观从变压器振动和局部放电两种参量综合评估变压器故障，特别是机械松动和绝缘故障方面潜在故障起到预警作用，能提前给运维人员做出及时检修依据，为大型变压器的安全运行有重要意义。