一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法及系统与流程

本发明涉及大型变压器运输监测，具体为一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法及系统。

背景技术：

1、大型高压变压器作为电力行业、特别是发电厂中的核心电气设备，国家与行业相关标准规范对大型变压器的运输与吊装作业有严格的要求，其中包括：移动过程中变压器本体、高压套管及互感器等重要部件都必须安装三维振动记录仪并连续记录，振动加速度均不得超出3g，变压器本体长轴方向倾角不大于15°，短轴方向倾角不大于10°，须满油或充干燥空气（氮气）运输，气压始终保持在0.01~0.03mpa之间。

2、变压器转运施工难点主要包括：变压器重量、尺寸大，作业难度大，一台500kv变压器的外形尺寸（长*宽*高）在14m*7m*12m以上，总重量可达250t以上，整体重心高度在离地面3m以上，场地小，交叉作业多，临近高压带电设备，空间受到严格限制，转运过程平稳性、振动幅度控制标准严格，质量要求高，在变压器转运过程中，振动超标可能会导致变压器本体的内部铁芯位移、夹件掉落、线圈形变、引线连接松动、绝缘性能破坏、接缝连接件松动等问题，同时，冲击振动也会导致对高压套管、散热器以及传感器仪表等易损件造成破坏。

3、分布式光纤传感技术是一种利用通信光缆作为信息采集单元，可以实现振动和声音连续分布式探测的新型传感技术，光纤传感器由于其体积小，重量轻，电绝缘性能好，安全可靠，抗电磁干扰，灵敏度高等特点，目前已应用于周界安防、铁路运输、油气勘探、结构健康监测等多个领域，对于大型高压变压器，其转运过程中对振动要求极为严格，需要长时间连续记录，并且在转运时变压器所有位置都应该实现振动监测，在复杂的带电作业环境下，分布式光纤传感技术展现了良好的性能，为大型高压变压器提供了一种新型的数据监测预警手段，便于获得更准确、更全面、更丰富、更及时的运输特征数据，全覆盖监测对大型变压器转运研究具有重要意义，现有技术主要是采用点式的电学加速度传感器，监测范围有限，并且由于谐振频率较高，易受声音影响，易受电磁干扰，且输出信号较弱。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的大型变压器运输监测方法存在可靠性低，稳定性低，信号弱，以及如何在转运时对变压器所有位置进行振动监测的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光纤传感的大型变压器运输监测方法，包括基于分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析并计算加速度；铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。

4、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述分布式光纤传感包括激光器、声光调制器、光纤放大器、带通滤波器以及传感光纤；所述激光器产生窄线宽激光，输出端依次经过声光调制器和光纤放大器，进行光信号的频率调制与光信号放大，经过带通滤波器与传感光纤连接，由传感光纤将变化的光信号传回进行数据采集；基于相位敏感型光时域反射仪，与普通单模光纤连接，将普通光纤采集的光信号进行幅值相位解调，提取定量化的振动信息与加速度信息。

5、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述分布式光纤传感还包括传感光纤以变压器为中心从上到下进行环绕，变压器360°范围内均有光纤进行状态监测；当对变压器重心位置和变压器套管位置进行光纤布置时，光纤数量计算表示为：

6、；

7、其中，i为变压器序列，n为光纤数量，d为变压器状态监测的数据量，f为数据采样频率，c为每条光纤传输数据量，r为覆盖系数，k为数据冗余系数。

8、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述采集数据并进行预处理包括使用光电探测器、前置放大电路、噪声滤波电路、带通滤波放大器以及解调输出电路；光电转换器的输入端接收光纤中传输的光信号，输出端依次通过前置放大电路和噪声滤波电路后，与带通滤波放大器的输入端连接，输出端与数据分析处理连接；使用16位高速采集卡，更改采样率进行数据采集，将光纤中传输的光信号经光电转换器转换为电信号后送入前置放大电路进行倍数的放大，将放大后的电信号送入噪声滤波电路中进行噪声过滤，将过滤后的电信号进行放大，送入带通滤波放大器中对信号的频谱进行控制获取信号。

9、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述对振动信号进行解算分析并计算加速度包括对变压器振动信号的幅值相位信息进行提取，变压器振动信号状态量x的状态预测方程和观测方程表示为：

10、；

11、其中，k为变压器状态序号，ak为变压器振动信号状态转移矩阵，ck为变压器振动信号状态观测矩阵，yk为观测量，q与r分别为过程噪声与观测噪声，状态误差的协方差矩阵表示为：

12、；

13、下一时刻的变压器振动信号状态量为，上一采样时刻的变压器状态误差的协方差为；计算变压器振动信号状态预测协方差矩阵表示为：

14、；

15、计算变压器振动信号最优估计下的卡尔曼增益矩阵h表示为：

16、；

17、计算变压器振动信号的观测状态量和协方差校正矩阵表示为：

18、；

19、其中，i为单位矩阵，通过滤波滤除振动信号中的测量噪声与环境噪声，保留幅值信息与相位信息，进行加速度信息转换识别，大型变压器运输过程中为恒定速度，计算振动加速度表示为：

20、；

21、其中，为采样时间间隔。

22、当大于三倍重力加速度时，将数据标记为预警振动信号，对预警振动信号进行提前拦截，反馈至分布式光纤传感，作业指挥人员对运输参数进行调整直至小于三倍重力加速度。

23、当小于三倍重力加速度时，将数据标记为正常振动信号，对正常振动信号进行振动加速度图像输出。

24、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述铺设滑移轨道包括采用大型组合梁钢模板搭建临时安装平台，模块间拼接到位，两侧以重型搭扣紧锁，进行主变压器整体安装、试验、承载以及固定，使用砂石或硬木板将坑洼路填平，密铺钢板，选用50kg/m的重型钢轨铺设滑移轨道，拼长接头两端钢轨垫在同一木板上，在钢轨滑道上安装沉降实时监测系统，建立地面沉降反馈模型，表示为：

25、；

26、其中，l1为临时安装平台的长度，l2为钢板填平的距离，a为临时安装平台的横截面积，w为滑移轨道的宽度，c为钢板的长度，d为监测系数的进度参数，e为地面的弹性模量，f为地面沉降的初始值，z为传感器对地面沉降的测量值，n为传感器数量，l为区域综合长度参数，s为监测的敏感参数，h为监测的高度参数；基于地面沉降反馈模型，对变压器运输过程中的滑移轨道沉降和变形进行监测。

27、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的一种优选方案，其中：所述安装磁吸导管式视频监控装置包括磁吸导管式视频监控装置安装在变压器的顶升位置、滑轨滑板位置以及套管位置，监控装置通过4g通信进行远程监控，通过light bridge数字无线图传技术支持4个移动端在300m距离范围内的实时监控，作业指挥人员采用433m射频遥控器切换摄像头，在作业过程中实时排查异常情况。

28、当变压器本体长轴方向倾角大于15°时，作业指挥人员对监控装置接收到的振动信号进行排查。

29、若为预警振动信号，则对运输参数进行调整。

30、若为正常振动信号，则对本次振动信号进行记录，并对变压器位置进行远程调控，使变压器本体长轴方向倾角小于15°。

31、本发明的另外一个目的是提供一种基于光纤传感的大型变压器运输监测系统，其能通过基于相位敏感型光时域反射仪，进行分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息，解决了目前的大型变压器运输监测含有可靠性低的问题。

32、作为本发明所述的基于光纤传感的大型变压器运输监测系统的一种优选方案，其中：包括光纤传感模块，数据处理模块，数据监测模块；所述光纤传感模块用于基于相位敏感型光时域反射仪，进行分布式光纤传感，提取定量化的振动信息与加速度信息；所述数据处理模块用于采集数据并进行预处理，对振动信号进行解算分析，对振动信号的幅值相位信息进行提取并计算加速度；所述数据监测模块用于铺设滑移轨道，建立地面沉降反馈模型，安装磁吸导管式视频监控装置，进行大型变压器转运过程中的实时状态特征数据监测。

33、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的步骤。

34、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现基于光纤传感的大型变压器运输监测方法的步骤。

35、本发明的有益效果：本发明提供的基于光纤传感的大型变压器运输监测方法通过通信光缆作为信息采集单元，其体积小、重量轻、电绝缘性能好、安全可靠、抗电磁干扰以及灵敏度高，提高了信号提取的效率；通过对振动信号进行解算分析，可以更好地理解振动数据，识别可能的问题或异常情况，提高了监测的可靠性和灵敏度，并且提高了信号的信噪比；通过铺设滑移轨道，安装磁吸导管式视频监控装置，可以及时发现任何可能影响变压器安全的问题，降低了大型设备运输过程中的风险，减少了运输事故的可能性，提高了设备的运输效率和安全性，本发明在效率、可靠性以及安全性方面都取得更加良好的效果。