变压器套管内部放电多状态在线监测系统

本发明涉及变压器套管监测，具体涉及一种变压器套管内部放电多状态在线监测系统。

背景技术：

1、近年来超特高压变压器套管事故频发，给超特高压工程安全运行带来严重挑战。套管是将变压器内部高、低压引线引到油箱外部的绝缘套管，不但作为引线对地绝缘，而且担负着固定引线的作用。在复杂运行工况下变压器套管内部绝缘易出现状态异常的情况，对变压器套管内部的状态进行监测能够有效预防和减少变压器及其套管的故障发生，保证变压器正常运行。

2、申请号为202410072280.0的中国发明专利申请公开了一种套管监测自诊断智能数据处理系统，涉及套管监测技术领域，包括套管数据采集单元、套管数据处理单元、套管数据存储单元、套管数据分析单元、故障类型划分单元、故障诊断单元、状态评估单元和输出显示单元，其中数据采集单元利用油气分离器和气敏传感器进行油色谱数据的采集，通过多个零磁通穿芯式电流传感器进行电流信号的采集，使用xd51装置对变压器套管局部放电数据进行采集。该发明能够快速获取准确的介质损耗角的正切值，进而根据介质损耗数据来判断变压器套管的性能以及状态；但是，其数据采集单元结构复杂，且无法实现变压器套管状态实时在线监测。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题中的至少一个，本发明提供了一种变压器套管内部放电多状态在线监测系统。

2、一种变压器套管内部放电多状态在线监测系统，包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元包括冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器，所述冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器被配置为采集变压器套管内的不同类型的放电信号，并传输给数据采集单元；所述数据处理单元被配置为对数据采集单元采集的放电信号进行处理，并估计放电信号发生的位置。

3、优选的是，所述冲击波传感器被配置为采集变压器套管内的高能量放电信号。

4、上述任一方案优选的是，所述纤光栅压力传感器被配置为采集变压器套管内的高能量和低能量放电信号。

5、上述任一方案优选的是，所述光纤声传感器被配置为采集变压器套管内的局部放电信号。

6、上述任一方案优选的是，数据采集单元包括四个冲击波传感器、四个光纤声传感器，每两个冲击波传感器和每两个光纤声传感器为一大组传感器，集成设置于同一传感器外壳内，一大组传感器包括两小组传感器，每小组传感器包括一个冲击波传感器和一个光纤声传感器，两小组传感器的检测探头朝向在变压器套管沿其长度方向的轴线方向上反方向设置；安装一大组传感器的传感器外壳的最低端高于安装另一大组传感器的传感器外壳的最高端。

7、上述任一方案优选的是，每一大组传感器还包括一个光纤光栅应力传感器，所述光纤光栅应力传感器的检测探头分别设置于两个传感器外壳的朝向变压器沿其长度方向的轴线的侧面上。

8、上述任一方案优选的是，所述传感器外壳设置于变压器套管与变压器连接的安装法兰的内腔壁上，且与所述安装法兰一体成型。

9、上述任一方案优选的是，同一传感器外壳内安装的光纤光栅应力传感器和光纤声传感器与同一耦合器连接，所述耦合器一方面还与sled光源连接，另一方面还与光电探测处理器连接，所述光电探测处理器与所述数据处理单元通信连接。

10、上述任一方案优选的是，所述冲击波传感器与所述数据处理单元通信连接。

11、上述任一方案优选的是，所述数据处理单元对数据采集单元采集的放电信号进行处理，并估计放电信号发生的位置，包括：

12、步骤1：根据数据采集单元采集到的数据判断放电的类型；

13、步骤2：根据数据采集单元中同一种传感器采集到的放电信号的时间差以及传感器的位置，预估放电发生的位置范围。

14、上述任一方案优选的是，步骤1中，若仅光纤声传感器采集到放电信号，判断变压器套管内发生局部放电。

15、上述任一方案优选的是，根据各光纤声传感器采集到局部放电信号的情况和/或时间差，预估发生局部放电的位置范围。

16、上述任一方案优选的是，步骤1中，若冲击波传感器采集到放电信号，判断变压器套管内发生高能量放电。

17、上述任一方案优选的是，根据各冲击波传感器采集到击穿放电信号的情况和/或时间差，预估发生击穿放电的位置范围。

18、上述任一方案优选的是，步骤1中，根据光纤光栅应力传感器采集的信号监测变压器内应力的变化情况。

19、本发明的变压器套管内部放电多状态在线监测系统具有以下有益效果：

20、1、采用冲击波传感器对变压器套管内的击穿放电信号进行采集，拓宽了放电信号的采集范围，并且能够在变压器套管发生爆炸的情况下，为寻找爆炸点提供数据支撑；

21、2、通过冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器形成数据采集单元，且各传感器集成安装两个传感器外壳内，在不增加安装法兰打孔数的情况下，能够增加传感器的个数；

22、3、对安装法兰的结构进行了改进，将传感器外壳采用一体成型的方式设置于安装法兰的内腔壁上，增加了传感器安装的牢固性，且传感器的该种安装方式增加了密封可靠性；

23、4、通过传感器安装位置的特定设置，能够根据传感器采集到放电信号的情况和/或时间差，预估发生放电的位置范围，为操作人员提供参考依据；

24、5、数据采集单元结构简单，能够实现变压器在线状态监测。

技术特征：

1.一种变压器套管内部放电多状态在线监测系统，包括数据采集单元和数据处理单元，其特征在于：所述数据采集单元包括冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器，所述冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器被配置为采集变压器套管内的不同类型的放电信号，并传输给数据采集单元；所述数据处理单元被配置为对数据采集单元采集的放电信号进行处理，并估计放电信号发生的位置。

2.如权利要求1所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：所述冲击波传感器被配置为采集变压器套管内的高能量放电信号；所述纤光栅压力传感器被配置为采集变压器套管内的高能量和低能量放电信号；所述光纤声传感器被配置为采集变压器套管内的局部放电信号。

3.如权利要求2所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：数据采集单元包括四个冲击波传感器、四个光纤声传感器，每两个冲击波传感器和每两个光纤声传感器为一大组传感器，集成设置于同一传感器外壳内，一大组传感器包括两小组传感器，每小组传感器包括一个冲击波传感器和一个光纤声传感器，两小组传感器的检测探头朝向在变压器套管沿其长度方向的轴线方向上反方向设置；安装一大组传感器的传感器外壳的最低端高于安装另一大组传感器的传感器外壳的最高端。

4.如权利要求3所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：每一大组传感器还包括一个光纤光栅应力传感器，所述光纤光栅应力传感器的检测探头分别设置于两个传感器外壳的朝向变压器沿其长度方向的轴线的侧面上。

5.如权利要求3或4所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：所述传感器外壳设置于变压器套管与变压器连接的安装法兰的内腔壁上，且与所述安装法兰一体成型。

6.如权利要求4所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：同一传感器外壳内安装的光纤光栅应力传感器和光纤声传感器与同一耦合器连接，所述耦合器一方面还与sled光源连接，另一方面还与光电探测处理器连接，所述光电探测处理器与所述数据处理单元通信连接。

7.如权利要求3所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：所述冲击波传感器与所述数据处理单元通信连接。

8.如权利要求3所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：所述数据处理单元对数据采集单元采集的放电信号进行处理，并估计放电信号发生的位置，包括：

9.如权利要求8所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：步骤1中，若仅光纤声传感器采集到放电信号，判断变压器套管内发生局部放电；根据各光纤声传感器采集到局部放电信号的情况和/或时间差，预估发生局部放电的位置范围。

10.如权利要求8所述的变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其特征在于：步骤1中，若冲击波传感器采集到放电信号，判断变压器套管内发生高能量放电；根据各冲击波传感器采集到击穿放电信号的情况和/或时间差，预估发生击穿放电的位置范围。

技术总结
本发明提供一种变压器套管内部放电多状态在线监测系统，其包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元包括冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器，所述冲击波传感器、光纤光栅应力传感器和光纤声传感器被配置为采集变压器套管内的不同类型的放电信号，并传输给数据采集单元；所述数据处理单元被配置为对数据采集单元采集的放电信号进行处理，并估计放电信号发生的位置。本发明采用冲击波传感器对变压器套管内的沿面放电信号进行采集，拓宽了放电信号的采集范围，并且能够在变压器套管发生爆炸前，为变压器保护动作及爆炸点设置提供数据支撑；能够预估发生放电的位置范围，为变压器检修运维及变压器设计人员提供参考依据。

技术研发人员：戴佺民,李鑫昊,穆国伟,王旭阳,岳景烨
受保护的技术使用者：北京联合大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11