一种变压器内部结构成像监测系统及监测方法与流程

本发明涉及变压器结构成像技术领域，特别涉及一种变压器内部结构成像监测系统及监测方法。

背景技术：

故障诊断技术是保障电力设备安全运行的关键措施，它能够在设备故障初期对故障的发展情况做出分析和预测。其目的是在充分掌握设备实际状况的基础上，制定合理的维修策略，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长其服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用，提高设备的可用率。

变压器是高压电力设备中最重要的设备之一，是电力运行的核心设备，变压器在运行过程中由于震动可能会造成紧固件松动甚至脱落、不可避免要遭受各种故障短路电流的冲击，当短路故障发生在变压器出口或附近时，变压器绕组将承受巨大的、不均匀的轴向或径向电动应力作用，如果绕组的短路设计水平不够或内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等变形现象，甚至导致突发性损坏事故，严重威胁变压器及电网的安全运行。

从事故统计结果来看，变压器绕组的许多绝缘故障均是由于绝缘的最初机械损伤造成。当变压器在遭受短路故障电流冲击，绕组发生局部变形后，即使没有立即损坏，也很可能留下绝缘距离发生改变、绕组电气绝缘性能和机械性能下降等严重的事故隐患。所以现在国网公司也在统计变压器抗短路能力校定。因此随时了解变压器绕组变形情况，及时发现有事故隐患的变压器，进行有目的性的检修，不仅可以节省大量的人力、物力，更对防止事故的发生，电网的安全运行有着重要的意义。

近年来，世界各国普遍对变压器的内部结构位移松动、绕组变形检测技术开展了研究和应用，但是都是属于在变压器停电，拆除引线后进行检测，而且也只能通过振动检测分析，或采用频响法或短路阻抗法检测评估内部情况，国内外已有成熟的产品，但是在实际应用中还是存在分析判断有难度、需要较高的技术经验，很难准确判断严重程度和故障位置。国外代表公司有美国av。公司研制的高压脉冲频响法绕组变形监测仪，采用在变压器绕组首端引线注入高压脉冲信号，在绕组尾端采集信号，然后通过分析绕组的频响特性，判断绕组的变形情况。

国内具有代表性的有中国电力科学院研制的便携式绕组变形监测仪，采用在变压器绕组首端引线注入变频正弦波信号，在绕组尾端采集信号，然后通过分析绕组传输的频幅频特性，判断绕组的变形情况。

国内外的产品在离线检测绕组变形的技术都较成熟，但是也无法检测绕组的实际的变形量和变形位置，变压器内部架构紧固件的位移松动目前只能靠振动信号的分析，也很难判断出位移松动的位置和严重程度。能够在线检测诊断绕组变形方面，目前国内外仍然还没相关的产品，也没有能够将内部结构图像化(可视化)的产品。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种变压器内部结构成像监测系统及监测方法，采用超声波成像方法，通过建立变压器原始数据模型库与实时数据进行对比，利用变压器内部绕组变形的内在规律，找出变形数据，可以随时了解变压器绕组变形情况，及时发现有事故隐患的变压器，进行有目的性的检修，不仅可以节省大量的人力、物力，更对防止事故的发生，电网的安全运行有着重要的作用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种变压器内部结构成像监测系统，包括设置于变压器油箱壁上的超声波收发装置和与之连接的上位机。

所述的超声波收发装置可以通过夹具安装在变压器油箱壁上，还可以采用磁吸附方式安装于变压器油箱壁上。

所述的超声波收发装置安装于变压器油箱壁正对绕组的位置，采用阵列式超声波收发器件，向变压器绕内部发射并回收高频超声波信号，对变压器绕组位置、绕组变形、夹件松动、位移、磁屏蔽松动相关的故障进行检测。

一种变压器内部结构成像监测方法，包括如下步骤：

步骤一、建立完备的原始数据库，在初始安装时，绕组变形监测系统会自动提取绕组的空间位置、形状信息，然后以此信息作为原始信息；

步骤二、超声波收发装置通过油箱壁向变压器内部发射高频超声波信号，同时接收反射信号并发送至上位机，当超声波遇到不同的介质时会发生反射，所以当遇到绕组、夹件、磁屏蔽等不同介质时都会发生反射，可以实时提取绕组当前的位置、形状信息，实时分析诊断绕组的变形量；

步骤三、上位机接收超声波收发装置的采集信号，采用超声幅度调制模式，将连续的多点检测信号进行幅度调制、灰度处理，通过超声的声强信号得到变压器绕组的位置形状信息，可检测出绕组的变形位置和变形量；

步骤四、建立监测绕组变形情况的算法模型，根据绕组的位置信息，在模型中模拟绕组的未变形情况，和各种变形情况，建立变形后的数据模型库，通过其内在的规律得出计算绕组变形量的算法模型，通过大量的实验测量，建立庞大的原始的数据信息库，对比绕组变形前后各种数据的变化，研究变压器内部绕组变形的内在规律，总结得出绕组变形的基础算法模型，在实际应用及日常研发实验的过程中不断充实数据信息库，同时不断完善优化已有的算法模型；

步骤五、构建可靠变形报警机制，在设备运行环境经常发生变化的情况下，进行正确的故障报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种变压器内部结构成像监测系统，采用超声波成像方法可通过上位机的显示器随时观察变压器内部的结构紧固件、绕组等位移及变形情况，及时发现有事故隐患的变压器，进行有目的性的检修，不仅可以节省大量的人力、物力，更对防止事故的发生，电网的安全运行有着重要的作用。

2、本发明的一种变压器内部结构成像监测系统，通过建立变压器原始数据模型库与实时数据进行对比，利用变压器内部绕组变形的内在规律，找出变形数据，并进行故障报警。

附图说明

图1为本发明的一种变压器内部结构成像监测系统安装结构图；

图2为本发明的一种变压器内部结构成像监测系统电气连接图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1、2所示，一种变压器内部结构成像监测系统，包括设置于变压器油箱壁上的超声波收发装置和与之连接的上位机。

所述的超声波收发装置可以通过夹具安装在变压器油箱壁上，还可以采用磁吸附方式安装于变压器油箱壁上。

所述的超声波收发装置安装于变压器油箱壁正对绕组的位置，采用阵列式超声波收发器件，向变压器绕内部发射并回收高频超声波信号，对变压器绕组位置、绕组变形、夹件松动、位移、磁屏蔽松动相关的故障进行检测。

一种变压器内部结构成像监测方法，包括如下步骤：

步骤一、建立完备的原始数据库，在初始安装时，绕组变形监测系统会自动提取绕组的空间位置、形状信息，然后以此信息作为原始信息；

步骤二、超声波收发装置通过油箱壁向变压器内部发射高频超声波信号，同时接收反射信号并发送至上位机，当超声波遇到不同的介质时会发生反射，所以当遇到绕组、夹件、磁屏蔽等不同介质时都会发生反射，可以实时提取绕组当前的位置、形状信息，实时分析诊断绕组的变形量；

步骤三、上位机接收超声波收发装置的采集信号，采用超声幅度调制模式，将连续的多点检测信号进行幅度调制、灰度处理，通过超声的声强信号得到变压器绕组的位置形状信息，可检测出绕组的变形位置和变形量；

步骤四、建立监测绕组变形情况的算法模型，根据绕组的位置信息，在模型中模拟绕组的未变形情况，和各种变形情况，建立变形后的数据模型库，通过其内在的规律得出计算绕组变形量的算法模型，通过大量的实验测量，建立庞大的原始的数据信息库，对比绕组变形前后各种数据的变化，研究变压器内部绕组变形的内在规律，总结得出绕组变形的基础算法模型，在实际应用及日常研发实验的过程中不断充实数据信息库，同时不断完善优化已有的算法模型；

步骤五、构建可靠变形报警机制，在设备运行环境经常发生变化的情况下，进行正确的故障报警。

所述的超声波收发装置为现有技术的超声波成像用超声波发射及接收一体装置，不管是医疗还是工业用超声波系统均采用聚焦成像技术，该技术所能达到的成像性能远远超出单通道的方案。采用阵列接收器，通过时间平移、缩放以及智能求和回波能量，可以构建高清晰度的图像。时间平移的概念以及缩放(基于传感器阵列所接收的信号)提供了对扫描区域单点“聚焦”的能力。通过一定的顺序聚焦于不同的点，最终汇集成像。

在扫描开始时，将产生一个脉冲信号并通过每个8至512传感器的单元发出。此脉冲将定时定量的发射至特定区域。在发射之后，传感器立即切换至接收模式。该脉冲此时将构成机械能的形态，以高频声波传播通过物体，典型频率范围介于1mhz至15mhz之间。随着传播的进行，信号急剧衰减，衰减量与传播距离的平方成正比。而随着信号的传播，一部分波前能量将被反射。这部分发射即为回波，将被接收电子器件检测到。

所述的上位机为工控机，其与超声波收发装置可以采用rs232/485串行通讯方式连接，还可以采用其它方式连接。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。