[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及牵引变压器在线监测技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足之处，本发明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。