基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统及方法技术方案

基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统及方法，包括传感器、内部光纤、贯通器、法兰盘、外部光纤、监测主机；传感器与安装于牵引变压器内部的内部光纤组成一体，传感器探头安装在测量点处，通过内部光纤连接到安装在法兰盘上的贯通器上；法兰盘安装在牵引变压器壁上，贯通器外部通过安装于牵引变压器外部的外部光纤连接至监测主机进行分析诊断；监测主机监测分析并诊断牵引变压器各监测点的温度变化及油中气氢气浓度含量，将监测数据及诊断结果上传至变电所内综合自动化系统或辅助监控系统，本发明专利技术减少整个系统零部件数量及体积；采用纯光纤技术，实现免维护运行；通过温度和氢气含量综合分析诊断，降低误报率提高数据有效性和实时性。

【技术实现步骤摘要】
基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统及方法
本专利技术涉及牵引变压器在线监测
，具体涉及基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统及方法。
技术介绍
对于轨道车辆来说，牵引变压器是最重要的设备之一，是整个电力牵引系统最核心的部分，它的正常运行与否对确保火车头、高铁等轨道车辆稳定运行等影响很大。油浸式牵引变压器状态在线监测主要有几种不同监测原理，最常用的有油中气体及微水含量监测，内部局部放电量监测，铁芯接地电流等等。目前最广泛应用的牵引变压器在线监测设备就是牵引变压器油中气体和光纤测温。可以在一定程度上对于牵引变压器的绝缘老化、局部放电、过热受潮等潜伏性故障起到预警和诊断的效果。在铁路供电系统中，牵引变压器具有体积小、耗材少、效率高的特点，随着国内电气化铁路总里程的不断增加，带来的是列车牵引重量的增加与列车运行速度的提高，从而牵引电流也成倍地增加，使得牵引供电系统负荷变化剧烈、外部短路频繁，而现有的在线监测手段无论是油中气体监测和光纤测温系统都不能完全达到准确预测潜伏性故障的目的。油浸式牵引变压器中主要绝缘材料是牵引变压器油和绝缘纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。因此对于油中气体在线监测进行组份及增长率分析可以发现牵引变压器内部的发热和放电性故障。现阶段常用的油中气体在线监测装置主要是油色谱和光声光谱原理，虽然色谱原理的产品存在定期校准、更换载气等维护工作量大的问题，但由于电力系统中基本上每个变电站都配有专业的运检人员，完全可以实现产品的定期维护。而光谱产品虽然是免维护的装置，但由于其价格高昂，在电力系统中一般也是500kV以上牵引变压器才逐步使用。而无论是色谱还是光谱原理的油中气体在线监测产品，基本上都是通过油管取油并通过真空或者顶空的方式分理出样品故障气体，然后进行检测分析。这在电力系统相对稳定的负荷环境下是完全可以实现的，而铁路供电系统的负荷变化剧烈、外部短路频繁的现状需要的一种可以快速反应牵引变压器油运行状态的装置。相对而言，光纤测温系统可以实时快速反映出牵引变压器运行中的绕组、铁芯等温度，具有稳定性好、无需标定的优点。但光纤测温反映的是实时测量温度，对于潜伏性故障起不到预防性监测的作用。而能够检测潜伏性故障的油中气体监测产品却不具备实时性，因此需要将两者测量数据进行结合。但是，在现有的在线监测系统中，这些在线监测数据还处于分散监测的阶段。一种监测量对应一种监测设备，一个设备对应一个系统，且各个系统相互独立，与计算机监控系统没有任何信息交互，形成了是一个个信息孤岛，使得在线监测没有起到应有的作用，不仅缺乏实时性、有效性，更因为缺乏相对专业和全面的诊断，使得误报率一直居高不下。针对这种情况，设计一种可以实现对铁路牵引变压器中的油中气体和温度的实时和连续监测，数据之间进行交叉判据和时序判据，结合牵引变压器运行状态进行综合诊断，降低误报率，真正意义上实现牵引变压器综合在线监测是目前所需要的。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足之处，本专利技术解决的主要问题如下：1.传统的油中气体监测维护工作量大，或者价格高昂，现提出一种新型纯光纤原理的油中气体监测方案。2.油中气体监测是通过牵引变压器油的裂解产生气体，再通过油循环在固定取油口测量油中气体含量，对于铁路牵引变压器而言缺乏实时性，且不能够在故障发生点进行监测；光纤测量牵引变压器油中溶解的气体可以第一时间在故障点监测产生的气体。3.油中气体和温度监测相对独立，没有数据综合分析诊断，误报率较高；将油中气体和光纤测温进行数据整合，极大的保证了在线监测的实时性、准确性，并且可以对故障的发展趋势进行长期的采集跟踪，对下一步的检修提供数据支持。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统，包括传感器、内部光纤、贯通器、法兰盘、外部光纤、监测主机；所述传感器与安装于牵引变压器内部的内部光纤组成一体，传感器探头安装在测量点处，通过内部光纤连接到安装在法兰盘上的贯通器上；所述法兰盘安装在牵引变压器壁上，所述贯通器外部通过安装于牵引变压器外部的外部光纤连接至监测主机进行分析诊断；所述监测主机实时监测分析并诊断牵引变压器各监测点的温度变化及油中气体氢气浓度含量，并将监测数据及诊断结果上传至变电所内综合自动化系统或辅助监控系统。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述传感器包括荧光光纤传感器和渐逝场型光纤氢气传感器，所述荧光光纤传感器的传感材料采用荧光材料，所述渐逝场型光纤氢气传感器的传感材料采用钯膜材料；所述内部光纤包括温度监测内部光纤和氢气监测内部光纤，温度监测内部光纤端部涂有荧光材料并通过玻璃或塑料卡头卡住并封口，氢气监测内部光纤端部涂有钯膜材料。进一步地，所述外部光纤包括对应温度监测内部光纤连接的测温外部光纤以及对应氢气监测内部光纤连接的氢气检测外部光纤，且测温外部光纤和氢气检测外部光纤均安装有PVC护套；所述温度监测内部光纤与荧光材料的连接处以及氢气监测内部光纤与钯膜材料的连接处均采用PFA材料特制包层。进一步地，每个监测点都配有两个贯通器，一个贯通器连接温度监测内部光纤和测温外部光纤，另一个贯通器连接氢气监测内部光纤和氢气检测外部光纤；所述贯通器通过法兰盘安装在牵引变压器油箱壁上；贯通器的两头均采用ST型连接；贯通器采用316不锈钢表面镀铜工艺。进一步地，所述法兰盘上安装1-24个贯通器；法兰盘由316不锈钢制作。进一步地，所述监测主机包括显示监测所有数据信息的液晶显示屏，同时监测主机具有报警和跳闸的继电器输出信号，支持MODBUS、IEC61850、MQTT通讯协议。进一步地，基于如权利要求1-6任一所述系统的变压器油中气体及温度监测方法，包括如下步骤：监测主机周期性的将紫外光依次通过测温外部光纤、贯通器、温度监测内部光纤照射到荧光材料上，通过测量荧光材料的余辉衰变时间常数，得到铁芯测温数据、绕组测温数据；监测主机将光束依次通过氢气检测外部光纤、贯通器、氢气监测内部光纤照射到钯膜材料上，通过在纤芯周围的渐逝场因为钯与氢的作用造成钯膜折射率的改变，从而影响渐逝场对于光波的吸收，从而使监测主机得到油中气体的氢气浓度；监测主机通过外接的微水传感器，测得油中微水含量；若铁芯测温、绕组测温、油中气体、油中微水均正常，则无需报警并反馈给监测主机；若铁芯测温、绕组测温、油中微水、油中气体数据有任一数据信息越限、则对采集的数据信息进行关联性诊断，并反馈给监测主机。进一步地，所述关联性诊断采用交叉判据，若油中气体、油中微水、铁芯测温、绕组测温中任一项数据越限，则对其他数据逐一判断，若其他数据中有任一项数据越限则进行报警，若其他数据没有越限则无需报警。进一步地，所述关联性诊断采用时序判据，若油中气体、油中微水、铁芯测温、绕组测温中任一数据越限，则对该越限数据最近一段时间的数据值进行判断，若出现第一次越限、第二次越限则不报警，若数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统，其特征在于：包括传感器（2）、内部光纤、贯通器（4）、法兰盘（5）、外部光纤（6）、监测主机；所述传感器（2）与安装于牵引变压器（1）内部的内部光纤组成一体，传感器（2）探头安装在测量点处，通过内部光纤（3）连接到安装在法兰盘（5）上的贯通器（4）上；所述法兰盘（5）安装在牵引变压器（1）壁上，所述贯通器（4）外部通过安装于牵引变压器（1）外部的外部光纤（6）连接至监测主机进行分析诊断；所述监测主机实时监测分析并诊断牵引变压器（1）各监测点的温度变化及油中气体氢气浓度含量，并将监测数据及诊断结果上传至变电所内综合自动化系统或辅助监控系统。/n

【技术特征摘要】
1.基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统，其特征在于：包括传感器（2）、内部光纤、贯通器（4）、法兰盘（5）、外部光纤（6）、监测主机；所述传感器（2）与安装于牵引变压器（1）内部的内部光纤组成一体，传感器（2）探头安装在测量点处，通过内部光纤（3）连接到安装在法兰盘（5）上的贯通器（4）上；所述法兰盘（5）安装在牵引变压器（1）壁上，所述贯通器（4）外部通过安装于牵引变压器（1）外部的外部光纤（6）连接至监测主机进行分析诊断；所述监测主机实时监测分析并诊断牵引变压器（1）各监测点的温度变化及油中气体氢气浓度含量，并将监测数据及诊断结果上传至变电所内综合自动化系统或辅助监控系统。


2.根据权利要求1所述的基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统，其特征在于：所述传感器（2）包括荧光光纤传感器和渐逝场型光纤氢气传感器，所述荧光光纤传感器的传感材料采用荧光材料（7），所述渐逝场型光纤氢气传感器的传感材料采用钯膜（12）材料；
所述内部光纤（3）包括温度监测内部光纤和氢气监测内部光纤，温度监测内部光纤端部涂有荧光材料（7）并通过玻璃或塑料卡头（8）卡住并封口，氢气监测内部光纤端部涂有钯膜（12）材料。


3.根据权利要求2所述的基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统，其特征在于：所述外部光纤（6）包括对应温度监测内部光纤连接的测温外部光纤以及对应氢气监测内部光纤连接的氢气检测外部光纤，且测温外部光纤和氢气检测外部光纤均安装有PVC护套；
所述温度监测内部光纤与荧光材料（7）的连接处以及氢气监测内部光纤与钯膜（12）材料的连接处均采用PFA材料特制包层（9）。


4.根据权利要求3所述的基于纯光纤传感的变压器油中气体及温度监测系统，其特征在于：每个监测点都配有两个贯通器（4），一个贯通器（4）连接温度监测内部光纤和测温外部光纤，另一个贯通器（4）连接氢气监测内部光纤和氢气检测外部光纤；所述贯通器（4）通过法兰盘（5）安装在牵引变压器（1）油箱壁上；贯通器（4）的两头均采用ST型连接；贯通器（4）采用316不锈钢表面镀铜工艺。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，谢志迅，周正超，卢早明，
申请(专利权)人：南京力通达电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32