基于光纤传感器技术的变压器在线多参数监测装置

摘要

本发明公开了一种基于光纤传感器技术的变压器在线多参数监测装置，其中，MEMS光纤温度传感器模块单元输出端、MEMS光纤振动传感器模块单元输出端、MEMS光纤噪声传感器模块单元输出端均与传感信号接口转换电路单元输入端连接，传感信号接口转换电路单元输出端与数字信号处理单元输入端连接；数字信号处理单元输出端与网络接口和输出声光报警电路单元的输入端连接。本发明应用光纤传感器对运行状态变压器参数进行实时的信号采集，用数字信号处理实现在线监测变压器。通过光通信的方式把变压器的温度、振动和噪声参数进行实时传送，经数字信号处理后实现电力系统变压器的在线实时监测。实现了变压器的无人值守，提高了变压器安全运行监测水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器在线监测装置，具体地说是一种将先进的MOEM(Micro-Optical-Electro-Mechanical System，微光机电系统)光纤传感技术和计算机数据采集和分析技术相结合，通过网络通信方式，实现电力系统变压器监测的基于光纤传感器技术的变压器多参数在线监测装置。

背景技术

变压器是电力系统中的关键设备，它的良好运行对电网安全具有重要的意义。但是，变压器在运行中，由于不可避免的受到电、热、振动、环境、绝缘老化等各种因素的影响，其技术性能不断劣化，使运行状态不佳。目前，定期检修和安全试验是保证变压器安全运行的主要手段，但由于检修周期长，现行的预防性试验项目对变压器的发展性故障反映不灵敏、不及时，发展速度在几天至几周的局部缺陷往往不能及时被发现，甚至导致发生各种故障(如过热性故障、放电性故障、过热兼放电故障、机械故障等)及重大事故，引起局部乃至大面积停电，造成巨大的直接和间接经济损失和社会影响。因此，迫切需要先进的技术手段，对变压器进行有效地在线监测，实时掌握变压器的运行状态，用针对性的检修维护取代定期检修，减少停电损失、实现早期故障预报、避免恶性事故发生的安全运行目标。变压器运行状态的在线监测是变压器安全运行的发展趋势。

变压器多参量光纤在线监测技术基于21世纪先进的MOEM(微光机电系统)光纤传感技术，通过多种类型的光纤传感器，如MEMS光纤温度传感器、MEMS光纤振动传感器、MEMS光纤超声传感器等，在线监测变压器的运行状态，由于光纤传感器绝缘性能优异、外形小巧、不受电磁干扰，所以能够直接安装在变压器内部，具有更好的检测灵敏度和故障定位能力。用光纤传感器在线监测变压器的运行状态，并直接以光信号的方式将参量值传送经数字信号处理后，实时在线监测变压器运行状态，将运行数据送到变电站控制室或调度室内。当变压器局部放电量超标、变压器油和绕组热点过温过热、铁心及绕组变形、松动等机械故障发生时，自动进行声、光报警以及向值班人员发送报警短信，为变压器的及时检修维护提供可信的依据，实现变压器的无人值守，提高变压器安全运行监测水平。由于变压器在线监测装置采用全光纤检测技术，变压器安装的检测探头和传输线全部为光纤材质，因此，在线监测装置与变压器之间没有电气连接，对电网没有任何影响。目前市场上还没有一种基于光纤传感器技术的变压器多参数在线监测装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤传感器技术的变压器多参数在线监测装置，该监测装置应用光纤传感器对运行状态的变压器多参数进行实时信号采集，并用数字信号处理技术实现在线监测，实现无人值守和自动报警。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于光纤传感器技术的变压器在线监测装置，它包括MEMS光纤温度传感器模块单元、MEMS光纤振动传感器模块单元、MEMS光纤噪声传感器模块单元、传感信号接口转换电路单元、数字信号处理(DSP)单元、网络接口和输出声光报警电路单元；MEMS光纤温度传感器模块单元输出端、MEMS光纤振动传感器模块单元输出端、MEMS光纤噪声传感器模块单元输出端均与传感信号接口转换电路单元输入端连接，传感信号接口转换电路单元输出端与数字信号处理单元输入端连接；数字信号处理单元输出端与网络接口和输出声光报警电路单元的输入端连接。

本发明中，MEMS光纤温度传感器模块单元输出端TX1/RX1与传感信号接口转换电路单元输入端相连，MEMS光纤振动传感器模块单元输出端TX2/RX2与传感信号接口转换电路单元输入端相连，MEMS光纤噪声传感器模块单元输出端TX3/RX3与传感信号接口转换电路单元输入端相连。传感信号接口转换电路单元输出端TX/RX/CON1与数字信号处理单元输入端相连。数字信号处理单元输出端TX45/RX45/OUT1-n与网络接口和输出声光报警电路单元的输入端相连。

本发明中，所述数字信号处理单元由TI 2000系列DSP及电平变换芯片74LVC14构成。传感信号接口转换电路单元由一组多片STC单片机及(STC89C5402)及串行通信驱动芯片MAX232和连接器DB9构成。网络接口和输出声光报警电路单元由网络驱动芯片、RJ45连接器、N型三极管及功率继电器(JQC-3F-12VDC)构成。

本发明的工作原理是：根据变压器在线多参数监测的技术要求，在传感信号接口转换电路单元单片机和数字信号处理单元中设定温度参数、振动参数及超声参数。加电工作后，单片机和数字信号处理芯片DSP进行初始化操作，初始化完成后，装置中的LED给出闪烁的状态信号，多路光纤传感器通过RS232串行通信口输出的参量信号经传感信号接口转换电路单元的转换后输入到数字信号处理单元，经数字信号处理后，将运行数据送到变电站控制室或调度室内。当变压器发生异常情况，自动进行声、光报警以及向值班人员发送报警短信，实现无人值守。

本发明中，变压器安装的检测探头和传输线全部为光纤材质，因此，在线监测装置与变压器之间没有电气连接，对电网没有任何影响。

本发明将光电传感技术和数字信号处理技术相结合，通过光通信的方式把变压器的温度、振动和超声参数进行实时传送，经数字信号处理后实现电力系统变压器的在线多参数实时检测功能。本发明实现了无人值守和自动报警，是一种全新的、且安全可靠的变压器多参数在线监测装置，具有相当好的应用前景和市场前景。本发明将大大提高变压器安全运行在线监测技术水平，对降低电网运行成本，实现变电站自动化和科学化管理，更好保障电力生产的可靠安全性具有重要意义。

附图说明

图1本发明的电路结构框图；

图2为本发明的电路图。

具体实施方式

一种本发明所述的基于光纤传感器技术的变压器在线监测装置，包括MEMS光纤温度传感器模块单元1、MEMS光纤振动传感器模块单元2、MEMS光纤噪声传感器模块单元3、数字信号处理(DSP)单元5、传感信号接口转换电路单元4、网络接口和输出声光报警电路单元6。

MEMS光纤温度传感器模块单元1输出端TX1/RX1与传感信号接口转换电路单元4输入端相连。MEMS光纤振动传感器模块单元2输出端TX2/RX2与传感信号接口转换电路单元4输入端相连。MEMS光纤噪声传感器模块单元3输出端TX3/RX3与传感信号接口转换电路单元4输入端相连。传感信号接口转换电路单元4输出端TX/RX/CON1与数字信号处理单元5输入端相连。数字信号处理单元5输出端TX45/RX45/OUT1-n与网络接口和输出声光报警电路单元6的输入端相连。

传感信号接口转换电路单元4同时可有多个配置RS232串行口的光纤传感器。数字信号处理单元5配置10MHZ和100MHZ网络带宽与变电站控制室或调度室进行通信。网络接口和输出声光报警电路单元6可同时给出多种形式的声光报警和手机的短信报警。

本发明使用前，根据变压器在线多参数监测的技术要求，在传感信号接口转换电路单元单片机和数字信号处理单元中设定温度参数、振动参数及超声参数。加电工作后，单片机和数字信号处理芯片DSP进行初始化操作，初始化完成后，装置中的LED给出闪烁的状态信号，多路光纤传感器通过RS232串行通信口输出的参量信号经传感信号接口转换电路单元的转换后输入到数字信号处理单元，经数字信号处理后，将运行数据送到变电站控制室或调度室内。当变压器发生异常情况，本发明自动进行声、光报警以及向值班人员发送报警短信，实现无人值守。

本发明将光电传感技术和数字信号处理技术相结合，通过光通信的方式把变压器的温度、振动和噪声参数进行实时传送，经数字信号处理后实现电力系统变压器的在线多参数实时检测，并且可以实现无人值守和自动报警，安全可靠。