一种配网油浸式变压器监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及变压器状态监测技术技域，尤其涉及一种配网油浸式变压器监测装置及其监测方法。

背景技术

油浸式电力变压器是电力系统中的重要设备，其负载能力和可用寿命取决于其热特性，具体而言，运行在高温及强辐射地区的油浸式电力变压器容易因为过热而导致早期故障。同时，顶层油温是变压器油温的重要指标，准确测量顶层油温，对变压器油温监测、绕组热点温度计算及寿命损失计算等有重要意义。

但由于变压器顶层油温升高相对于内部由于匝间故障等产生的异常温升具有一定的滞后性，因此仅测量变压器顶层油温不能及时发现变压器内部存在异常温升。

发明内容

本发明提供了一种配网油浸式变压器监测装置及其监测方法，可同时监测配网油浸式变压器的顶层油温和流速，从而根据顶层油温和流速，确定配网油浸式变压器的状态。

第一方面，本发明提供一种配网油浸式变压器监测装置，包括：变压器套管，以及位于所述变压器套管底部，通过弹性梁结构连接的光纤光栅复合套管；所述光纤光栅复合套管由通过所述弹性梁结构连接的两个光纤光栅组成。

可选地，两个所述光纤光栅的间隔为5mm。

可选地，所述光纤光栅的传感器封装材料为陶瓷。

可选地，所述变压器套管从上至下依次包括：光纤尾纤、外部套管、金属法兰及内部套管。

可选地，对称从油浸式变压器顶部的两侧接入所述油浸式变压器。

第二方面，本发明提供一种配网油浸式变压器监测装置的监测方法，应用于如第一方面中任一所述的配网油浸式变压器监测装置，方法包括：

获取光纤光栅复合套管的试验温度、试验应变、实时温度和待测波长变化量；

按照预先设定的波长变化公式，确定在固定周期内的多个波长变化量；

根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线；

确定在所述待测波长变化量和所述实时温度下，所述变化关系曲线对应的目标流速；所述实时油温与所述目标流速用于确定所述配网油浸式变压器的运行状态。

可选地，所述光纤光栅复合套管包括第一光纤光栅和第二光纤光栅；所述波长变化量包括：第一波长变化量和第二波长变化量；根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线，包括：

根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第一波长变化量，确定第一光纤光栅对应的变化关系曲线；

根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第二波长变化量，确定第二光纤光栅对应的变化关系曲线。

可选地，所述波长变化公式具体为：

Δλ

所述变化曲线具体为：

Δλ

其中，Δλ

第三方面，本发明提供一种配网油浸式变压器监测装置的监测系统，应用于如第一方面中任一所述的配网油浸式变压器监测装置，系统包括：

获取模块，用于获取光纤光栅复合套管的试验温度、试验应变、实时温度和待测波长变化量；

变化量确定模块，用于按照预先设定的波长变化公式，确定在固定周期内的多个波长变化量；

变化关系曲线确定模块，用于根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线；

运行状态确定模块，用于确定在所述待测波长变化量和所述实时温度下，所述变化关系曲线对应的目标流速；所述实时油温与所述目标流速用于确定所述配网油浸式变压器的运行状态。

可选地，所述光纤光栅复合套管包括第一光纤光栅和第二光纤光栅；所述波长变化量包括：第一波长变化量和第二波长变化量；所述变化关系曲线确定模块包括：

第一变化关系曲线确定子模块，用于根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第一波长变化量，确定第一光纤光栅对应的变化关系曲线；

第二变化关系曲线确定子模块，根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第二波长变化量，确定第二光纤光栅对应的变化关系曲线。

可选地，所述波长变化公式具体为：

Δλ

所述变化曲线具体为：

Δλ

其中，Δλ

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明公开的一种配网油浸式变压器监测装置及其监测方法，方法包括：获取光纤光栅复合套管的试验温度、试验应变、实时温度和待测波长变化量；按照预先设定的波长变化公式，确定在固定周期内的多个波长变化量；根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线；确定在所述待测波长变化量和所述实时温度下，所述变化关系曲线对应的目标流速；所述实时油温与所述目标流速用于确定所述配网油浸式变压器的运行状态。通过光纤光栅复合套管，确定其随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线，从而得到在待测波长变化量下配网油浸式变压器的实时油温和目标流程，进而精准确定其状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；

图1为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置实施例的安装示意图；

图3为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置的监测方法实施例的步骤流程图；

图4为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置的监测系统实施例的结构框图；

其中：

1为第一光纤光栅，2为第二光纤光栅，3为内部套管，4为金属法兰，5为外部套管，6为光纤尾纤，7为变压器外壳，8为光纤光栅复合套管，9为高压套管，10为铁芯，11为绕组。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种配网油浸式变压器监测装置及其监测方法，可同时监测配网油浸式变压器的顶层油温和流速，从而根据顶层油温和流速，确定配网油浸式变压器的状态。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置实施例的结构示意图，包括：变压器套管，以及位于所述变压器套管底部，通过弹性梁结构连接的光纤光栅复合套管8；所述光纤光栅复合套管8由通过所述弹性梁结构连接的两个光纤光栅组成。

在本发明实施例中，在配网油浸式变压器套管底部采用弹性梁结构设计装设两个光纤光栅，组成光纤光栅复合套管8；然后基于光纤光栅复合套管8中的传感器确定配网油浸式变压器的波长变化量，进而推算出变压器顶层油温，以及，变压器油流动所产生的光纤光栅应变；在通过波长变化量、顶层油温及应变得到光纤光栅复合套管8中，光纤光栅中心波长变化量随变压器顶层油温与流速的变化关系曲线，从而实现对配网油浸式变压器顶层油温与流速的同时监测。

具体地，两个所述光纤光栅的间隔为5mm。

具体地，所述光纤光栅的传感器封装材料为陶瓷。

在本发明实施例中，配网油浸式变压器可采用陶瓷或耐高温的复合材料等对光纤光栅的传感器进行封装。

具体地，所述变压器套管从上至下依次包括：光纤尾纤6、外部套管5、金属法兰4及内部套管3。

请查阅图2，图2为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置实施例的安装示意图，其中，对称从油浸式变压器顶部的两侧接入所述油浸式变压器。

在本发明实施例中，两个绝缘套管对称安装于变压器顶部，实现配网油浸式变压器顶层油温与流速同时监测，可更好确保所获取的实时波长的准确性。

请参阅图3，图3为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置的监测方法实施例的步骤流程图，应用于上述提及的配网油浸式变压器监测装置，方法包括：

步骤S101，获取光纤光栅复合套管8的试验温度、试验应变、实时温度和待测波长变化量；

在本发明实施例中，试验温度是指配网油浸式变压器的试验顶层油温，且在测量时，忽略光纤光栅复合套管8中两个光纤光栅间的温差偏差。

在具体实现中，通过光纤光栅的传感器，获取配网油浸式变压器的试验温度和试验应变。

步骤S102，按照预先设定的波长变化公式，确定在固定周期内的多个波长变化量；

步骤S103，根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管8随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线；

在一个可选实施例中，具体地，所述光纤光栅复合套管8包括第一光纤光栅1和第二光纤光栅2；所述波长变化量包括：第一波长变化量和第二波长变化量；根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管8随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线，包括：

根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第一波长变化量，确定第一光纤光栅1对应的变化关系曲线；

根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第二波长变化量，确定第二光纤光栅2对应的变化关系曲线。

在本发明实施例中，利用弹性梁结构使串联的两个光纤光栅的传感器检测得到不同应变量的特性实现温度及应变区分测量。

具体而言，第一光纤光栅中心波长的波长变化量随温度和应变的变化关系为：

Δλ

第二光纤光栅中心波长的波长变化量随温度和应变的变化关系为：

Δλ

其中，Δλ

根据作用于光栅上的力与应变成正比，以及流速与作用于光栅上力成正比的关系，可假定一比例系数Kε'，令流速ε＝Kε'V，Kε'与光纤材料及其初始受力状态决定，可得：

第一光纤光栅中心波长随温度和流速的变化关系为：

Δλ

第二光纤光栅中心波长随温度和流速的变化关系为：

Δλ

其中，K

在具体实现中，定义第一光纤光栅1的固定周期与第二光纤光栅2的固定周期大小相同，第一光纤光栅1的流速差与第二光纤光栅2的流速差大小相同。由于第一光纤光栅1的第一变化关系系数、第二光纤光栅2的第一变化关系系数、第一光纤光栅1的温度灵敏度和第二光纤光栅2的温度灵敏度均为常数，因此，可通过试验绘制出光纤光栅中心波长变化量随变压器顶层油温以及油流速的变化关系曲线。

步骤104，确定在所述待测波长变化量和所述实时温度下，所述变化关系曲线对应的目标流速；所述实时油温与所述目标流速用于确定所述配网油浸式变压器的运行状态。

在本发明实施例中，将所述待测波长变化量代入变化关系曲线中，得到对应的目标流速。

由于变压器顶层油温升高相对于内部由于匝间故障等产生的异常温升具有一定的滞后性，因此仅测量变压器顶层油温不能及时发现变压器内部存在异常温升。同时，配网油浸式变压器在散热过程中，其内部的热量主要经历三个阶段：1)热量从铁芯10和绕组11的内部传导到外表面。2)铁芯10和绕组11周围的油被加热而向上流动，带动变压器顶层油的流动，形成对流。当被加热的油流至油箱壁和散热片时，热量会传递给油箱壁和散热片。3)油箱壁和散热片的热量依靠空气自然对流向外辐射。当变压器内部存在异常温升，变压器顶层油流速加快，因此，在监测变压器顶层油温的同时，监测油流速具有重要意义。

在本发明实施例所提供的一种配网油浸式变压器监测装置的监测方法，通过获取光纤光栅复合套管8的试验温度、试验应变、实时温度和待测波长变化量、；按照预先设定的波长变化公式，确定在固定周期内的多个波长变化量；根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管8随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线；确定在所述待测波长变化量和所述实时温度下，所述变化关系曲线对应的目标流速；所述实时油温与所述目标流速用于确定所述配网油浸式变压器的运行状态。通过光纤光栅复合套管8，确定其随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线，从而得到在待测波长变化量下配网油浸式变压器的实时油温和目标流程，进而精准确定其状态。

请参阅图4，为本发明的一种配网油浸式变压器监测装置的监测系统实施例的结构框图，应用于上述提及的配网油浸式变压器监测装置，具体包括：

获取模块401，用于获取的试验温度、试验应变、实时温度和待测波长变化量；

变化量确定模块402，用于按照预先设定的波长变化公式，确定在固定周期内的多个波长变化量；

变化关系曲线确定模块403，用于根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述波长变化量，确定所述光纤光栅复合套管随配网油浸式变压器顶层油温与流速的变化关系曲线；

运行状态确定模块404，用于确定在所述待测波长变化量和所述实时温度下，所述变化关系曲线对应的目标流速；所述实时油温与所述目标流速用于确定所述配网油浸式变压器的运行状态。

在一个可选实施例中，所述光纤光栅复合套管包括第一光纤光栅和第二光纤光栅；所述波长变化量包括：第一波长变化量和第二波长变化量；所述变化关系曲线确定模块包括：

第一变化关系曲线确定子模块，用于根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第一波长变化量，确定第一光纤光栅对应的变化关系曲线；

第二变化关系曲线确定子模块，根据所述试验温度和所述试验应变，结合所述第二波长变化量，确定第二光纤光栅对应的变化关系曲线。

在一个可选实施例中，所述波长变化公式具体为：

Δλ

所述变化曲线具体为：

Δλ

其中，Δλ

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元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全部或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所述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-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。