一种基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变压器油位监测系统，尤其涉及一种基于红外图像的变压器油位监测系统。
【背景技术】
[0002]为了保障电网的安全运行，提高供电质量，电力设备的在线监测与安全预警受到人们的普遍重视。油位是电力变压器的重要监测参数之一，及时发现油位过低或过高并采取相应措施对于确保电力变压器安全运行具有重要意义。根据变压器油温比空气温度高的原理，利用红外成像设备可清晰监测到变压器的油枕内的油位水平。目前大多数的红外检测方法还是采用工作人员手持红外测温或成像仪器定期对设备进行巡检，耗时费力。近年来出现的远程图像监控系统，通过固定的红外摄像头来实现定期的巡检，在一定程度上减少了人力劳动量。然而，红外摄像头必须安装在变压器附近才能有效地获取油枕红外热图像，其光电转换过程不可避免地会受到周围强电磁场的干扰。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统，该系统可自动在线监测变压器油位，且具有较强的抗电磁干扰能力。
[0004]根据上述发明目的，本发明提出了一种基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统，其包括:
[0005]第一光学成像装置，其设于变压器的油枕附近；
[0006]第二光学成像装置；
[0007]光纤传像束，其具有位于第一光学成像装置这一侧的输入端面以及位于第二光学成像装置这一侧的输出端面；
[0008]红外探测器，其设于第二光学成像装置附近；
[0009]控制装置，其与所述红外探测器连接；
[0010]其中，第一光学成像装置将油枕红外辐射能量场映射到光纤传像束的输入端面，光纤传像束将所述油枕红外辐射能量场从输入端面传输到输出端面，所述第二光学成像装置将所述输出端面的油枕红外辐射能量场耦合进所述红外探测器，所述红外探测器将油枕红外辐射能量场转换为与之对应的光信息，并传输至控制装置。
[0011]本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统，其在变压器的油枕和红外探测器之间设置第一光学成像装置、光纤传像束以及第二光学成像装置，由于所述光纤传像束可以被设置为较长的传输距离，从而使得红外探测器不用设置在变压器的油枕附近，以避开强电磁场环境，避免受到强电磁场干扰；同时，所述第一光学成像装置、光纤传像束以及第二光学成像装置均为无源光学器件，具有较强的抗电磁干扰能力；因此，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统整体具有较强的抗电磁干扰能力。
[0012]本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统工作时，第一光学成像装置将油枕红外辐射能量场映射到光纤传像束的输入端面，光纤传像束将所述油枕红外辐射能量场从输入端面传输到输出端面，所述第二光学成像装置将所述输出端面的油枕红外辐射能量场耦合进所述红外探测器，所述红外探测器将油枕红外辐射能量场转换为与之对应的光信息，并传输至控制装置。由于运行状态下的变压器的油枕会与周围环境出现明显的温度差异，并且油枕内部有油部分与无油部分也会形成明显的温度差异，油枕红外辐射能量场与油枕表面的温度场相对应，因此油枕红外辐射能量场对应变压器的油枕内的油位水平。所述控制装置基于所述光信息分析所述油枕红外辐射能量场，从而实现变压器油位的自动在线监测。
[0013]进一步地，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述红外探测器包括:
[0014]平面阵列光电转换器，所述第二光学成像装置将所述输出端面的油枕红外辐射能量场耦合进该平面阵列光电转换器，所述平面阵列光电转换器还将油枕红外辐射能量场转换为与之对应的电信号；
[0015]信号处理单元，其与所述平面阵列光电转换器连接，所述信号处理单元根据所述电信号生成油枕红外辐射能量场图像；
[0016]光电调制单元，其与所述信号处理单元连接，所述光电调制单元将油枕红外辐射能量场图像转换为与之对应的所述光信息。
[0017]上述方案中，所述红外探测器通过平面阵列光电转换器将油枕红外辐射能量场转换为与之对应的电信号，再通过信号处理单元根据所述电信号生成油枕红外辐射能量场图像，最后通过光电调制单元将所述油枕红外辐射能量场图像转换为与之对应的光信息，从而将油枕红外辐射能量场转换为与之对应的所述光信息。
[0018]进一步地，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述第一光学成像装置包括焦距不同的第一透镜和第二透镜，所述油枕的圆面和所述光纤传像束的输入端面分别对应位于第一透镜和第二透镜的焦面上。
[0019]上述方案中，第一透镜和第二透镜构成一个光学透镜组，通常所述油枕的圆面和所述光纤传像束的输入端面分别位于所述光学透镜组两侧，且分别位于第一透镜和第二透镜的焦面上，构成物象关系，以使得第一光学成像装置将油枕红外辐射能量场映射到光纤传像束的输入端面。
[0020]更进一步地，上述基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述第一透镜的焦距为fi，所述第二透镜的焦距为f2，所述油枕的圆面直径为CU，所述输入端面的直径为d2，则四者的关系满足:cbf 2略小于f 1Cl2。
[0021]上述方案中，根据透镜成像原理，油枕红外辐射能量场映射到光纤传像束的输入端面上所成像的直径为CUfVf1，为了获得完整的油枕红外辐射能量场的映射成像，该成像的直径应当略小于输入端面的直径d2，即dif2/fi的值略小于d2，也即dif2略小于fid2。
[0022]更进一步地，前述基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述第二光学成像装置包括焦距不同的第三透镜和第四透镜，所述光纤传像束的输出端面和所述平面阵列光电转换器分别对应位于第三透镜和第四透镜的焦面上。
[0023]上述方案中，第三透镜和第四透镜构成一个光学透镜组，通常所述光纤传像束的输出端面和所述平面阵列光电转换器分别位于所述光学透镜组两侧，且分别位于第三透镜和第四透镜的焦面上，构成物象关系，以使得第二光学成像装置将所述输出端面的油枕红外辐射能量场耦合进所述红外探测器。
[0024]更进一步地，上述基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述输出端面的直径为d3，所述平面阵列光电转换器的边长为d4，则四者的关系满足:d3f4略小于f3d4。
[0025]上述方案中，所述平面阵列光电转换器通常为正方形。根据透镜成像原理，油枕红外辐射能量场映射到平面阵列光电转换器上所成像的直径为d3f4/f3，为了获得完整的油枕红外辐射能量场的映射成像，该成像的直径应当略小于平面阵列光电转换器的边长d4，SPCbfVf3的值略小于d4，也即d3f4略小于f3d4。
[0026]进一步地，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述第一光学成像装置和第二光学成像装置的至少其中之一与光纤传像束被封装在同一个光学套筒内，以简化现场安装调试，保证安装精度，并且方便携带。
[0027]进一步地，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述第一光学成像装置、第二光学成像装置、光纤传像束和红外探测器均被封装在同一个光学套筒内，以简化现场安装调试，保证安装精度，并且方便携带。
[0028]进一步地，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统中，所述光纤传像束采用红外硫系玻璃材料制成。
[0029]上述方案中，所述光纤传像束通常采用低损耗红外硫系玻璃材料制作，具有柔韧易弯曲特性，并且分辨率高，对所述油枕红外辐射能量场的传输不失真。
[0030]本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统，其与传统解决方案相比的优点包括:
[0031 ] (I)自动在线监测变压器油位，替代传统人工巡检，节省人力，提高监测效率、实时性以及准确性，可及时发现油位过低或过高并采取相应措施对于确保电力变压器安全运行；
[0032](2)传统的安装在变压器的油枕附近的红外摄像头容易受到强电磁场干扰，本发明中的红外探测器不用设置在变压器的油枕附近，从而避免受到强电磁场干扰，同时作为中间传输介质的第一光学成像装置、光纤传像束以及第二光学成像装置均为无源光学器件，具有较强的抗电磁干扰能力，因此，本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统整体具有更强的抗电磁干扰能力。
【附图说明】
[0033]图1为本发明所述的基于电力设备红外图像的变压器油位监测系统在一种实施方式下的第一光学成像装置侧结构示意图。
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