一種基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行，提高供電質(zhì)量，電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警受到人們的普遍重視。油位是電力變壓器的重要監(jiān)測(cè)參數(shù)之一，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油位過低或過高并采取相應(yīng)措施對(duì)于確保電力變壓器安全運(yùn)行具有重要意義。根據(jù)變壓器油溫比空氣溫度高的原理，利用紅外成像設(shè)備可清晰監(jiān)測(cè)到變壓器的油枕內(nèi)的油位水平。目前大多數(shù)的紅外檢測(cè)方法還是采用工作人員手持紅外測(cè)溫或成像儀器定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，耗時(shí)費(fèi)力。近年來出現(xiàn)的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)，通過固定的紅外攝像頭來實(shí)現(xiàn)定期的巡檢，在一定程度上減少了人力勞動(dòng)量。然而，紅外攝像頭必須安裝在變壓器附近才能有效地獲取油枕紅外熱圖像，其光電轉(zhuǎn)換過程不可避免地會(huì)受到周圍強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)變壓器油位，且具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
[0004]根據(jù)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括:
[0005]第一光學(xué)成像裝置，其設(shè)于變壓器的油枕附近；
[0006]第二光學(xué)成像裝置；
[0007]光纖傳像束，其具有位于第一光學(xué)成像裝置這一側(cè)的輸入端面以及位于第二光學(xué)成像裝置這一側(cè)的輸出端面；
[0008]紅外探測(cè)器，其設(shè)于第二光學(xué)成像裝置附近；
[0009]控制裝置，其與所述紅外探測(cè)器連接；
[0010]其中，第一光學(xué)成像裝置將油枕紅外輻射能量場(chǎng)映射到光纖傳像束的輸入端面，光纖傳像束將所述油枕紅外輻射能量場(chǎng)從輸入端面?zhèn)鬏數(shù)捷敵龆嗣?，所述第二光學(xué)成像裝置將所述輸出端面的油枕紅外輻射能量場(chǎng)耦合進(jìn)所述紅外探測(cè)器，所述紅外探測(cè)器將油枕紅外輻射能量場(chǎng)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的光信息，并傳輸至控制裝置。
[0011]本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其在變壓器的油枕和紅外探測(cè)器之間設(shè)置第一光學(xué)成像裝置、光纖傳像束以及第二光學(xué)成像裝置，由于所述光纖傳像束可以被設(shè)置為較長(zhǎng)的傳輸距離，從而使得紅外探測(cè)器不用設(shè)置在變壓器的油枕附近，以避開強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境，避免受到強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾；同時(shí)，所述第一光學(xué)成像裝置、光纖傳像束以及第二光學(xué)成像裝置均為無源光學(xué)器件，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力；因此，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
[0012]本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，第一光學(xué)成像裝置將油枕紅外輻射能量場(chǎng)映射到光纖傳像束的輸入端面，光纖傳像束將所述油枕紅外輻射能量場(chǎng)從輸入端面?zhèn)鬏數(shù)捷敵龆嗣?，所述第二光學(xué)成像裝置將所述輸出端面的油枕紅外輻射能量場(chǎng)耦合進(jìn)所述紅外探測(cè)器，所述紅外探測(cè)器將油枕紅外輻射能量場(chǎng)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的光信息，并傳輸至控制裝置。由于運(yùn)行狀態(tài)下的變壓器的油枕會(huì)與周圍環(huán)境出現(xiàn)明顯的溫度差異，并且油枕內(nèi)部有油部分與無油部分也會(huì)形成明顯的溫度差異，油枕紅外輻射能量場(chǎng)與油枕表面的溫度場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，因此油枕紅外輻射能量場(chǎng)對(duì)應(yīng)變壓器的油枕內(nèi)的油位水平。所述控制裝置基于所述光信息分析所述油枕紅外輻射能量場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)變壓器油位的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述紅外探測(cè)器包括:
[0014]平面陣列光電轉(zhuǎn)換器，所述第二光學(xué)成像裝置將所述輸出端面的油枕紅外輻射能量場(chǎng)耦合進(jìn)該平面陣列光電轉(zhuǎn)換器，所述平面陣列光電轉(zhuǎn)換器還將油枕紅外輻射能量場(chǎng)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；
[0015]信號(hào)處理單元，其與所述平面陣列光電轉(zhuǎn)換器連接，所述信號(hào)處理單元根據(jù)所述電信號(hào)生成油枕紅外輻射能量場(chǎng)圖像；
[0016]光電調(diào)制單元，其與所述信號(hào)處理單元連接，所述光電調(diào)制單元將油枕紅外輻射能量場(chǎng)圖像轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的所述光信息。
[0017]上述方案中，所述紅外探測(cè)器通過平面陣列光電轉(zhuǎn)換器將油枕紅外輻射能量場(chǎng)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，再通過信號(hào)處理單元根據(jù)所述電信號(hào)生成油枕紅外輻射能量場(chǎng)圖像，最后通過光電調(diào)制單元將所述油枕紅外輻射能量場(chǎng)圖像轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的光信息，從而將油枕紅外輻射能量場(chǎng)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的所述光信息。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述第一光學(xué)成像裝置包括焦距不同的第一透鏡和第二透鏡，所述油枕的圓面和所述光纖傳像束的輸入端面分別對(duì)應(yīng)位于第一透鏡和第二透鏡的焦面上。
[0019]上述方案中，第一透鏡和第二透鏡構(gòu)成一個(gè)光學(xué)透鏡組，通常所述油枕的圓面和所述光纖傳像束的輸入端面分別位于所述光學(xué)透鏡組兩側(cè)，且分別位于第一透鏡和第二透鏡的焦面上，構(gòu)成物象關(guān)系，以使得第一光學(xué)成像裝置將油枕紅外輻射能量場(chǎng)映射到光纖傳像束的輸入端面。
[0020]更進(jìn)一步地，上述基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述第一透鏡的焦距為fi，所述第二透鏡的焦距為f2，所述油枕的圓面直徑為CU，所述輸入端面的直徑為d2，則四者的關(guān)系滿足:cbf 2略小于f 1Cl2。
[0021]上述方案中，根據(jù)透鏡成像原理，油枕紅外輻射能量場(chǎng)映射到光纖傳像束的輸入端面上所成像的直徑為CUfVf1，為了獲得完整的油枕紅外輻射能量場(chǎng)的映射成像，該成像的直徑應(yīng)當(dāng)略小于輸入端面的直徑d2，即dif2/fi的值略小于d2，也即dif2略小于fid2。
[0022]更進(jìn)一步地，前述基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述第二光學(xué)成像裝置包括焦距不同的第三透鏡和第四透鏡，所述光纖傳像束的輸出端面和所述平面陣列光電轉(zhuǎn)換器分別對(duì)應(yīng)位于第三透鏡和第四透鏡的焦面上。
[0023]上述方案中，第三透鏡和第四透鏡構(gòu)成一個(gè)光學(xué)透鏡組，通常所述光纖傳像束的輸出端面和所述平面陣列光電轉(zhuǎn)換器分別位于所述光學(xué)透鏡組兩側(cè)，且分別位于第三透鏡和第四透鏡的焦面上，構(gòu)成物象關(guān)系，以使得第二光學(xué)成像裝置將所述輸出端面的油枕紅外輻射能量場(chǎng)耦合進(jìn)所述紅外探測(cè)器。
[0024]更進(jìn)一步地，上述基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述第三透鏡的焦距為f3，所述第四透鏡的焦距為f4，所述輸出端面的直徑為d3，所述平面陣列光電轉(zhuǎn)換器的邊長(zhǎng)為d4，則四者的關(guān)系滿足:d3f4略小于f3d4。
[0025]上述方案中，所述平面陣列光電轉(zhuǎn)換器通常為正方形。根據(jù)透鏡成像原理，油枕紅外輻射能量場(chǎng)映射到平面陣列光電轉(zhuǎn)換器上所成像的直徑為d3f4/f3，為了獲得完整的油枕紅外輻射能量場(chǎng)的映射成像，該成像的直徑應(yīng)當(dāng)略小于平面陣列光電轉(zhuǎn)換器的邊長(zhǎng)d4，SPCbfVf3的值略小于d4，也即d3f4略小于f3d4。
[0026]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述第一光學(xué)成像裝置和第二光學(xué)成像裝置的至少其中之一與光纖傳像束被封裝在同一個(gè)光學(xué)套筒內(nèi)，以簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，保證安裝精度，并且方便攜帶。
[0027]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述第一光學(xué)成像裝置、第二光學(xué)成像裝置、光纖傳像束和紅外探測(cè)器均被封裝在同一個(gè)光學(xué)套筒內(nèi)，以簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，保證安裝精度，并且方便攜帶。
[0028]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，所述光纖傳像束采用紅外硫系玻璃材料制成。
[0029]上述方案中，所述光纖傳像束通常采用低損耗紅外硫系玻璃材料制作，具有柔韌易彎曲特性，并且分辨率高，對(duì)所述油枕紅外輻射能量場(chǎng)的傳輸不失真。
[0030]本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其與傳統(tǒng)解決方案相比的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0031 ] (I)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)變壓器油位，替代傳統(tǒng)人工巡檢，節(jié)省人力，提高監(jiān)測(cè)效率、實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)油位過低或過高并采取相應(yīng)措施對(duì)于確保電力變壓器安全運(yùn)行；
[0032](2)傳統(tǒng)的安裝在變壓器的油枕附近的紅外攝像頭容易受到強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，本發(fā)明中的紅外探測(cè)器不用設(shè)置在變壓器的油枕附近，從而避免受到強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，同時(shí)作為中間傳輸介質(zhì)的第一光學(xué)成像裝置、光纖傳像束以及第二光學(xué)成像裝置均為無源光學(xué)器件，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，因此，本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體具有更強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明所述的基于電力設(shè)備紅外圖像的變壓器油位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一種實(shí)施方式下的第一光學(xué)成像裝置側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
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