一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置及方法与流程

1.本发明涉及电气测量技术领域，尤其涉及一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置及方法。


背景技术：

2.电力变压器是电力系统的核心主设备，其安全稳定运行对电力系统的稳定性、经济性至关重要；电力变压器故障包括多种因素，其中，绕组变形是引发电力变压器故障的主要原因之一，及时有效监测绕组变形，是保证电力变压器安全稳定运行的基础；
3.目前，现有技术针对变压器绕组变形，常见的监测方法主要是短路阻抗法等电测法，主要应用于变压器绕组变形的离线监测，无法实时监测变压器运行过程中的绕组状态；例如，现有公开技术专利cn202110809146.0一种基于光纤传感的电网油浸式变压器振动监测装置，通过铁芯或绕组上的振动能够传递至与其相连的绝缘棒上，油箱箱壁的振动能够传递至另一个绝缘棒上，由耐油单芯光缆的两个感振段分别紧密缠绕在两个绝缘棒上，进行振动传递，该专利采用传统监测方法，仅达到振动监测的效果，振动幅值、频率以及漏磁信息无法给出；
4.现有研究表明，变压器发生在绕组变形后，变压器内部漏磁信号分布情况、以及变压器振动信号会发生变化，因此，本领域的技术人员致力于开发一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置及方法，通过研究油浸式变压器漏磁振动复合传感装置，实现变压器漏磁和振动的同时在线测量，进而基于漏磁和振动两种特征参量，共同监测变压器绕组变形，提升变压器绕组变形监测效果，解决上述现有技术的不足。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术公开的变压器绕组变形监测方法主要应用于变压器绕组变形的离线监测，无法实时监测变压器运行过程中的绕组状态的技术瓶颈问题。
6.为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置，包括光源、漏磁振动复合传感器、漏磁处理装置、振动处理装置、光纤；所述光纤将各部分进行连接；所述光源通过光纤连接漏磁振动复合传感器；所述漏磁振动复合传感器通过光纤连接漏磁处理装置、振动处理装置；
7.进一步地，所述光源输出线偏振光；
8.进一步地，所述漏磁振动复合传感器包括漏磁敏感单元；
9.进一步地，所述漏磁振动复合传感器包括振动敏感单元；
10.进一步地，所述漏磁振动复合传感器包括光电探测器；
11.进一步地，所述漏磁敏感单元包括准直器、偏振片、磁光材料、光电探测器；
12.进一步地，所述振动敏感单元包括由多圈光纤环绕制成；
13.进一步地，所述漏磁敏感单元通过光纤与振动敏感单元连接，由光电探测器输出
信号，通过bnc线将所输出的信号传递到漏磁处理装置和振动处理装置；
14.进一步地，所述漏磁处理装置内部包括数据采集卡和fpga，其中数据采集卡用于采集信号，fpga内置分析程序对信号进行处理得到漏磁数据；
15.进一步地，所述振动处理装置内部包括数据采集卡和fpga，其中数据采集卡用于采集信号，fpga内置分析程序对信号进行处理得到振动数据；
16.进一步地，所述漏磁振动复合传感器输出光强中的50hz分量仅与所测漏磁场有关；
17.进一步地，所述漏磁振动复合传感器可对输出光强进行快速傅立叶变换，得到0hz分量的幅值p0和50hz分量的幅值；
18.进一步地，所述漏磁振动传感器对于光源发出的线偏振光进行快速傅里叶变换，得到包括了由磁场和振动引起的，在不同频率下对应的光强幅值；
19.本发明具体实施方式中，所述变压器漏磁频率为50hz，变压器振动频率最低为100hz，两者相互独立；
20.本发明第二方面提供了一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置进行漏磁、振动复合测量方法，包括以下步骤，
21.步骤1、传感器布置；
22.步骤2、复合测量；
23.步骤3、信号处理；
24.进一步地，所述步骤1中，所述传感器布置为将漏磁处理装置和振动处理装置与漏磁振动复合传感器用光纤相连，且满足光源到漏磁振动复合传感器之间的光纤在变压器内部布线时，不悬于变压器油中；
25.进一步地，所述步骤2中，所述复合测量为当变压器运行时，利用漏磁振动复合传感器对所接收的光信号进行处理，获得频率为漏磁信号频率和振动信号频率的信号幅值；
26.进一步地，所述步骤2中，所述漏磁振动复合传感器对输出光强进行快速傅立叶变换，得到0hz分量的幅值p0和50hz分量的幅值p
50
分别为：
[0027][0028]
式中，
[0029]
i0为无振动情况下通过光源侧偏振片后的光强；
[0030]
v为磁光晶体的费尔德常数；
[0031]
l为光信号在磁光晶体中传输的长度，当采用直通式结构时，l为磁光晶体的长度，当采用反射式结构时，l一般为磁光晶体长度的两倍；
[0032]
b为磁场测量结果；
[0033]
对两个分量的幅值直接相除，获得与光强无关、仅与漏磁场有关的值，从而补偿振动干扰对传感器漏磁场测量结果的影响，采用信号交叉对比法得到的漏磁场测量结果如下：
[0034][0035]
进一步地，所述步骤2中，所述漏磁振动传感器对于光源发出的线偏振光进行快速
傅里叶变换，得到包括了由磁场和振动引起的，在不同频率下对应的光强幅值，表示为
[0036][0037]
式中，
[0038]
ω为振动的频率；
[0039]
θ为振动的相位；
[0040]
i为初始光强，所述初始光强需从交叉分量中剔除由漏磁变化导致的光强变化；
[0041]
所述ω对应为变压器漏磁频率：50hz的整数倍的频率，如100hz、150hz
……
；
[0042]
此外，ω ω0中会包含部分100hz整数倍下的信号，需从相应频率分量中减去对应部分的干扰，从而得到振动信号；
[0043]
进一步地，所述步骤3中，所述信号处理为频率为漏磁信号频率和振动信号频率的信号幅值，再通过漏磁处理装置和振动处理装置获得最终的漏磁测量结果和振动测量结果，从而实现油浸式变压器漏磁、振动的复合测量；
[0044]
采用以上方案，本发明公开的油浸式变压器漏磁振动复合传感装置及测量方法，具有以下优点：
[0045]
(1)本发明首次提出一种可同时测量油浸式变压器漏磁信号和振动信号的新方法，根据不同频率，可以分别获得漏磁测量结果和振动测量结果，以实现油浸式变压器漏磁、振动的复合传感，可实现油浸式变压器的漏磁信号和振动信号同时测量，能够更好的反映变压器绕组状态，实用性好，有利于变压器绕组变形在线监测效果的提升。
[0046]
(2)本发明采用特征频率比值法剔除光源扰动对测量结果的影响，提高了结果的准确性；
[0047]
综上所述，本发明公开的油浸式变压器漏磁振动复合传感装置及测量方法，通过首次提出一种可同时测量油浸式变压器漏磁信号和振动信号的新方法，根据不同频率，可以分别获得漏磁测量结果和振动测量结果，以实现油浸式变压器漏磁、振动的复合传感，可实现油浸式变压器的漏磁信号和振动信号同时测量，能够更好的反映变压器绕组状态，实用性好，有利于变压器绕组变形在线监测效果的提升，采用特征频率比值法剔除光源扰动对测量结果的影响，提高了结果的准确性；
[0048]
以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0049]
图1为本发明的一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置示意图；
[0050]
图2为本发明的实施例1的信号幅值波形图；
[0051]
图中，1、光源；2、漏磁振动复合传感器；3、漏磁处理装置；4、振动处理装置；5、光纤。
具体实施方式
[0052]
以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范
围并非仅限于文中提到的实施例。
[0053]
如若有未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如相关说明书或者手册进行实施。
[0054]
本发明的一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置，包括光源1、漏磁振动复合传感器2、漏磁处理装置3、振动处理装置4、光纤5；所述光纤5将各部分进行连接；所述光源1通过光纤5连接漏磁振动复合传感器2；所述漏磁振动复合传感器2通过光纤5连接漏磁处理装置3、振动处理装置4；
[0055]
所述光源1输出线偏振光；
[0056]
所述漏磁振动复合传感器包括漏磁敏感单元；
[0057]
所述漏磁振动复合传感器包括振动敏感单元；
[0058]
所述漏磁振动复合传感器包括光电探测器；
[0059]
所述漏磁敏感单元包括准直器、偏振片、磁光材料；
[0060]
所述振动敏感单元包括由多圈光纤5环绕制成；
[0061]
所述漏磁敏感单元通过光纤5与振动敏感单元连接，由光电探测器输出信号，通过bnc线将所输出的信号传递到漏磁处理装置3和振动处理装置4；
[0062]
所述漏磁处理装置3内部包括数据采集卡和fpga，其中数据采集卡用于采集信号，fpga内置分析程序对信号进行处理得到漏磁数据；
[0063]
所述振动处理装置4内部包括数据采集卡和fpga，其中数据采集卡用于采集信号，fpga内置分析程序对信号进行处理得到振动数据；
[0064]
所述漏磁振动复合传感器2输出光强中的50hz分量仅与所测漏磁场有关；
[0065]
所述漏磁振动复合传感器2可对输出光强进行快速傅立叶变换，得到0hz分量的幅值p0和50hz分量的幅值；
[0066]
所述漏磁振动复合传感器2对于光源1发出的线偏振光进行快速傅里叶变换，得到包括了由磁场和振动引起的，在不同频率下对应的光强幅值；
[0067]
所述变压器漏磁频率为50hz，变压器振动频率最低为100hz，两者相互独立；
[0068]
实施例1、采用本发明的一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置进行油浸式变压器监测
[0069]
步骤1、传感器布置；所述传感器布置为将漏磁处理装置和振动处理装置与漏磁振动复合传感器用光纤相连，且满足光源到漏磁振动复合传感器之间的光纤在变压器内部布线时，不悬于变压器油中；
[0070]
步骤2、复合测量；所述复合测量为当变压器运行时，利用漏磁振动复合传感器对所接收的光信号进行处理，获得频率为漏磁信号频率和振动信号频率的信号幅值；
[0071]
所述漏磁振动复合传感器对输出光强进行快速傅立叶变换，得到0hz分量的幅值p0和50hz分量的幅值p
50
分别为：
[0072][0073]
式中，
[0074]
i0为无振动情况下通过光源侧偏振片后的光强；
[0075]
v为磁光晶体的费尔德常数；
[0076]
l为光信号在磁光晶体中传输的长度，当采用直通式结构时，l为磁光晶体的长度，当采用反射式结构时，l一般为磁光晶体长度的两倍；
[0077]
b为磁场测量结果；
[0078]
对两个分量的幅值直接相除，获得与光强无关、仅与漏磁场有关的值，从而补偿振动干扰对传感器漏磁场测量结果的影响，采用信号交叉对比法得到的漏磁场测量结果如下：
[0079][0080]
所述漏磁振动传感器对于光源发出的线偏振光进行快速傅里叶变换，得到包括了由磁场和振动引起的，在不同频率下对应的光强幅值，表示为
[0081][0082]
式中，
[0083]
ω为振动的频率；
[0084]
θ为振动的相位；
[0085]
i为初始光强，所述初始光强需从交叉分量中剔除由漏磁变化导致的光强变化；
[0086]
所述ω对应为变压器漏磁频率：50hz的整数倍的频率，如100hz、150hz
……
；
[0087]
此外，ω ω0中会包含部分100hz整数倍下的信号，需从相应频率分量中减去对应部分的干扰，从而得到振动信号；
[0088]
步骤3、信号处理；所述信号处理为频率为漏磁信号频率和振动信号频率的信号幅值，再通过漏磁处理装置和振动处理装置获得最终的漏磁测量结果和振动测量结果，从而实现油浸式变压器漏磁、振动的复合测量；
[0089]
如图2所示，
[0090]
通过对采集得到的波形进行处理，得到待测漏磁结果为26.38mt，振动频率结果为100hz，振幅结果为2.5m/s2；
[0091]
表明，经实施例1的一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置进行油浸式变压器监测时，可进行油浸式变压器的漏磁信号和振动信号的同时在线测量；
[0092]
对比例2、采用现有专利利用光纤传感装置测量油浸式变压器振动
[0093]
采用现有专利cn202110809146.0一种基于光纤传感的电网油浸式变压器振动监测装置进行监测
[0094]
步骤1、两个激光器分别向两个环形器的输入端口发射激光；
[0095]
步骤2、两束激光分别经两个环形器的中间端口进入耐油单芯光缆的两端；
[0096]
步骤3、根形成反向运行的两个光信号；
[0097]
步骤4、两个光信号分别经过两个感振段时发生光特性变化；
[0098]
步骤5、分别经两个环形器的输出端口进入光电检测器；
[0099]
步骤6、通过光电检测器将光信号转换为电信号并传输给计算机进行数据分析，从而判断是否发生振动异常；
[0100]
振动结果：发生振动，振动位于绕组侧；
[0101]
表明，经对比例2的传统方法的电测法进行油浸式变压器监测时，结果呈现两路光
信号，仅能根据两个部分进行监测，其一，比较两路光信号特性，判断是否存在异常振动；其二，根据振动信号时间差，判断振动在铁芯或绕组还是油箱上；因此，现有专利cn202110809146.0一种基于光纤传感的电网油浸式变压器振动监测装置，不能给出振动幅值、频率以及漏磁信息；
[0102]
试验例3、将实施例1、对比例2的结果进行对比；
[0103]
可得，在对同一装置进行监测时，实施例1的油浸式变压器漏磁振动复合传感装置及测量方法，光路结构为透射型，可根据不同频率，分别获得漏磁测量结果和振动测量结果，实现油浸式变压器的漏磁信号和振动信号同时在线测量；对比例2的一种基于光纤传感的电网油浸式变压器振动监测装置，光路结构为反射型，仅能进行振动信号监测，实施例1相较于对比例2，不仅采用特征频率比值法剔除光源扰动对测量结果的影响，还通过漏磁处理单元和振动处理单元包含的漏磁/振动信号处理方法，包括傅里叶计算、特征频率分析、漏磁幅度以及振动频率与幅度计算等，令所得结果更为精确，在线监测效果更好，实用性更好；
[0104]
综上所述，本发明的一种油浸式变压器漏磁振动联合测量装置及方法，首次提出一种可同时测量油浸式变压器漏磁信号和振动信号的新方法，根据不同频率，可以分别获得漏磁测量结果和振动测量结果，以实现油浸式变压器漏磁、振动的复合传感，可实现油浸式变压器的漏磁信号和振动信号同时测量，同时采用特征频率比值法剔除光源扰动对测量结果的影响，能够更好的反映变压器绕组状态，实用性好，有利于变压器绕组变形在线监测效果的提升；
[0105]
本发明其他实施例的得到的油浸式变压器漏磁振动复合传感装置具有与上述相似的有益效果；
[0106]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。