[發明專利]基于純光纖傳感的變壓器油中氣體及溫度監測系統及方法

在審

• 申請號: 202110576152.6
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113310596A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 王超;謝志迅;周正超;盧早明
• 申請（專利權）人: 南京力通達電氣技術有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01N21/41
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

基于純光纖傳感的變壓器油中氣體及溫度監測系統及方法，包括傳感器、內部光纖、貫通器、法蘭盤、外部光纖、監測主機；傳感器與安裝于牽引變壓器內部的內部光纖組成一體，傳感器探頭安裝在測量點處，通過內部光纖連接到安裝在法蘭盤上的貫通器上；法蘭盤安裝在牽引變壓器壁上，貫通器外部通過安裝于牽引變壓器外部的外部光纖連接至監測主機進行分析診斷；監測主機監測分析并診斷牽引變壓器各監測點的溫度變化及油中氣氫氣濃度含量，將監測數據及診斷結果上傳至變電所內綜合自動化系統或輔助監控系統，本發明減少整個系統零部件數量及體積；采用純光纖技術，實現免維護運行；通過溫度和氫氣含量綜合分析診斷，降低誤報率提高數據有效性和實時性。

技術領域

本發明涉及牽引變壓器在線監測技術領域，具體涉及基于純光纖傳感的變壓器油中氣體及溫度監測系統及方法。

背景技術

對于軌道車輛來說，牽引變壓器是最重要的設備之一，是整個電力牽引系統最核心的部分，它的正常運行與否對確保火車頭、高鐵等軌道車輛穩定運行等影響很大。油浸式牽引變壓器狀態在線監測主要有幾種不同監測原理，最常用的有油中氣體及微水含量監測，內部局部放電量監測，鐵芯接地電流等等。目前最廣泛應用的牽引變壓器在線監測設備就是牽引變壓器油中氣體和光纖測溫。可以在一定程度上對于牽引變壓器的絕緣老化、局部放電、過熱受潮等潛伏性故障起到預警和診斷的效果。

在鐵路供電系統中，牽引變壓器具有體積小、耗材少、效率高的特點，隨著國內電氣化鐵路總里程的不斷增加，帶來的是列車牽引重量的增加與列車運行速度的提高，從而牽引電流也成倍地增加，使得牽引供電系統負荷變化劇烈、外部短路頻繁，而現有的在線監測手段無論是油中氣體監測和光纖測溫系統都不能完全達到準確預測潛伏性故障的目的。

油浸式牽引變壓器中主要絕緣材料是牽引變壓器油和絕緣紙。這兩種材料在放電和熱作用下，會分解產生各種氣體。因此對于油中氣體在線監測進行組份及增長率分析可以發現牽引變壓器內部的發熱和放電性故障。現階段常用的油中氣體在線監測裝置主要是油色譜和光聲光譜原理，雖然色譜原理的產品存在定期校準、更換載氣等維護工作量大的問題，但由于電力系統中基本上每個變電站都配有專業的運檢人員，完全可以實現產品的定期維護。而光譜產品雖然是免維護的裝置，但由于其價格高昂，在電力系統中一般也是500kV以上牽引變壓器才逐步使用。而無論是色譜還是光譜原理的油中氣體在線監測產品，基本上都是通過油管取油并通過真空或者頂空的方式分理出樣品故障氣體，然后進行檢測分析。這在電力系統相對穩定的負荷環境下是完全可以實現的，而鐵路供電系統的負荷變化劇烈、外部短路頻繁的現狀需要的一種可以快速反應牽引變壓器油運行狀態的裝置。

相對而言，光纖測溫系統可以實時快速反映出牽引變壓器運行中的繞組、鐵芯等溫度，具有穩定性好、無需標定的優點。但光纖測溫反映的是實時測量溫度，對于潛伏性故障起不到預防性監測的作用。而能夠檢測潛伏性故障的油中氣體監測產品卻不具備實時性，因此需要將兩者測量數據進行結合。但是，在現有的在線監測系統中，這些在線監測數據還處于分散監測的階段。一種監測量對應一種監測設備，一個設備對應一個系統，且各個系統相互獨立，與計算機監控系統沒有任何信息交互，形成了是一個個信息孤島，使得在線監測沒有起到應有的作用，不僅缺乏實時性、有效性，更因為缺乏相對專業和全面的診斷，使得誤報率一直居高不下。

針對這種情況，設計一種可以實現對鐵路牽引變壓器中的油中氣體和溫度的實時和連續監測，數據之間進行交叉判據和時序判據，結合牽引變壓器運行狀態進行綜合診斷，降低誤報率，真正意義上實現牽引變壓器綜合在線監測是目前所需要的。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足之處，本發明解決的主要問題如下：

1.傳統的油中氣體監測維護工作量大，或者價格高昂，現提出一種新型純光纖原理的油中氣體監測方案。

2.油中氣體監測是通過牽引變壓器油的裂解產生氣體，再通過油循環在固定取油口測量油中氣體含量，對于鐵路牽引變壓器而言缺乏實時性，且不能夠在故障發生點進行監測；光纖測量牽引變壓器油中溶解的氣體可以第一時間在故障點監測產生的氣體。