一种变压器油色度的传感检测装置及方法与流程

1.本技术涉及电力工程变压器领域，主要涉及一种变压器油色度的传感检测装置及方法。


背景技术：

2.变压器油是电力变压器设备的主要绝缘和冷却介质。变压器油中参数的检测是评价变压器油质量，保证变压器设备安全稳定运行的重要技术手段。色度是一项重要的变压器油中参数，是国家标准gb/t7595《运行中变压器油质量》规定的19项参数之一。通过变压器油色度的检测可以直观、简便地分析变压器油劣化程度。
3.目测法是检测变压器油色度的国家标准推荐方法。将试样注入容器中，比较试样颜色与玻璃颜色标准板，以相等的色号作为试样的颜色。由于油品的标准色号有0.5～8值排列的16个值，目测法测量时人员操作会产生误差，误差受操作人员技术水平、比色仪的精度影响较大。因此目测法测变压器油色度的重复性差。


技术实现要素：

4.为了解决目测法测变压器油色度重复性差的问题，本技术提供了一种变压器油色度的传感检测装置及方法。本技术提供的变压器油色度的传感检测装置包括管道、探头、发射器、接收器、光电转换模块，所述管道侧壁上设置视窗，所述视窗连接探头，所述发射器和接收器与所述光电转换模块电连接，所述发射器与所述探头之间连接光纤，所述接收器与所述探头之间连接光纤；
5.所述接收器被配置为：
6.接收所述光纤传回的反射光光信号，并将所述反射光光信号发送至所述光电转换模块；
7.所述光电转换模块被配置为：
8.接收所述反射光的光信号，并对所述反射光的光信号进行模数转换，得到颜色坐标；
9.响应于检测指令，向所述发射器发送发光指令；
10.所述发射器被配置为：
11.响应于所述发光指令，通过光纤和探头向所述视窗发送光信号。
12.本装置采用光纤传感技术，通过人造标准光源对变压器油的入射和反射，解析反射光的颜色坐标得到变压器油色度。管道用于变压器油样品进样和出样，管道局部开有视窗与探头机械连接。两条光纤分别实现指示光的入射和样品反射的接收光，光源由发射器提供。接收器实现对接收光的收集，并将反射光光信号发送至所述光电转换模块，在光电转换模块端进行处理，实现的光电转换及模数转换和控制，给出变压器油样品的颜色坐标。
13.可选的，所述视窗为白炽色的有机玻璃或白炽色的石英玻璃。
14.可选的，所述管道内壁设置涂层，所述涂层用于吸收杂光，减少管道的颜色对样品
颜色检测的干扰。
15.可选的，所述管道为金属材质或有机聚合物材质。
16.可选的，所述光电转换模块包括a-d转换器和逻辑控制器；
17.所述a-d转换器被配置为：
18.接收所述反射光光信号，并对所述反射光光信号进行模数转换，得到颜色坐标；
19.所述逻辑控制器被配置为：
20.响应于检测指令，向所述发射器发送发光指令。
21.可选的，所述发射器的光源为人造标准光源，色温2856k。
22.本技术还提供了一种变压器油色度的传感检测方法，应用上述任一所述的变压器油色度的传感检测装置，包括：
23.在管道中无变压器油时，向逻辑控制器发送检测指令，得到背景色颜色坐标；
24.向管道中通入变压器油，向逻辑控制器发送检测指令，得到变压器油颜色坐标；
25.根据所述变压器油颜色坐标，计算得到所述变压器油标准色号。
26.可选的，如果所述背景色颜色坐标不满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349，则更换或者调整发射器，并重新测量所述背景色颜色坐标；
27.如果所述背景色颜色坐标满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349，则向管道中通入变压器油。
28.可选的，所述变压器油色度的传感检测方法，具体包括：
29.构建变压器油色号矩阵和变压器油颜色坐标矩阵，并构建所述变压器油色号矩阵与所述变压器油颜色坐标矩阵的映射关系以及系数矩阵，根据映射关系，得到变压器油色号。
30.可选的，所述变压器油色度的传感检测方法，具体包括：
31.对所述变压器油色号作归一化处理，得到所述变压器油标准色号。
32.本技术提供了一种变压器油色度的传感检测装置，包括管道、探头、发射器、接收器、光电转换模块，采用光纤传感技术，通过人造标准光源对变压器油的入射和反射，解析反射光的颜色坐标，可自动完成色彩空间色彩坐标的自动采集。本技术还提供了一种变压器油色度的传感检测方法，应用上述所述的变压器油色度的传感检测装置。因为玻璃颜色标准比色板色号0.5～8值与国际照明委员会cie1931标准颜色坐标x，y，z值存在映射关系，因此通过测量变压器油cie1931颜色坐标，可以反演变压器油的色号。应用本技术中的装置和方法测量变压器油色度，不受人工操作水平的影响，解决目测法测变压器油色度的重复性差的问题。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为变压器油色度的传感检测装置示意图；
35.图2为变压器油色度的传感检测方法流程图；
36.图例说明：
37.1-管道；11-涂层；12-视窗；2-探头；3-发射器；4-接收器；5-光纤；6-光电转换模块。
具体实施方式
38.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的系统和方法的示例。
39.变压器油是电力变压器设备的主要绝缘和冷却介质。变压器油中参数的检测是评价变压器油质量，保证变压器设备安全稳定运行的重要技术手段。色度是一项重要的变压器油中参数，是国家标准gb/t7595《运行中变压器油质量》规定的19项参数之一。通过变压器油色度的检测可以直观、简便地分析变压器油劣化程度。
40.目测法是检测变压器油色度的国家标准推荐方法。将试样注入容器中，比较试样颜色与玻璃颜色标准板，以相等的色号作为试样的颜色。由于油品的标准色号有0.5～8值排列的16个值，目测法测量时人员操作会产生误差，误差受操作人员技术水平、比色仪的精度影响较大，且仅适用于实验室离线测量。
41.根据国家标准gb/t6540《石油产品颜色测定方法》，玻璃颜色标准比色板色号0.5～8值与国际照明委员会cie1931标准颜色坐标x，y，z值存在映射关系，因此通过测量变压器油cie1931颜色坐标，可以反演变压器油的色号。
42.光纤传感，包含对外界信号(被测量)的感知和传输两种功能。所谓感知(或敏感)，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度(功率)、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即"感知"外界信号的变化。这种"感知"实质上是外界信号对光纤中传播的光波实时调制。
43.所谓传输，是指光纤将受到外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信号(被测量)如何调制光纤中的光波参量的调制技术(或加载技术)及如何从被调制的光波中提取外界信号(被测量)的解调技术(或检测技术)。根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光波的调制分为光强度调制、光频率调制、光波长调制、光相位调制和偏振调制等五种类型。
44.如图1所示，本技术提供的变压器油色度的传感检测装置包括管道1、探头2、发射器3、接收器4、光电转换模块6，所述管道1侧壁上设置视窗12，所述视窗12连接探头2，所述发射器3和接收器4与所述光电转换模块6电连接，所述发射器3与所述探头2之间连接光纤5，所述接收器4与所述探头2之间连接光纤5。
45.所述接收器4接收所述光纤5传回的反射光光信号，并将所述反射光光信号发送至所述光电转换模块6。所述光电转换模块6接收所述反射光的光信号，并对所述反射光的光信号进行模数转换，得到颜色坐标；响应于检测指令，向所述发射器3发送发光指令。所述发射器3响应于所述发光指令，通过光纤5和探头2向所述视窗12发送光信号。本技术提供的变压器油色度的传感检测装置，通过色彩空间测量色号的硬件系统，可自动完成色彩空间色彩坐标的自动采集，自动化程度高。
46.本装置采用光纤5传感技术，通过人造标准光源对变压器油的入射和反射，解析反射光的颜色坐标得到变压器油色度。管道1用于变压器油样品进样和出样，管道1局部开有视窗12与探头2机械连接。两条光纤5分别实现指示光的入射和样品反射的接收光，光源由发射器3提供。接收器4实现对接收光的收集，并将反射光光信号发送至所述光电转换模块6，在光电转换模块6端进行处理，实现的光电转换及模数转换和控制，给出变压器油样品的颜色坐标。本发明的油色度传感器集成度高，无需玻璃标准比色卡、比色仪等检测设备，单台传感器即可自动化完成色度的检测。
47.在一些实施例中，所述视窗12为白炽色的有机玻璃或白炽色的石英玻璃。
48.在一些实施例中，所述管道1内壁设置涂层11，所述涂层11用于吸收杂光，减少管道1的颜色对样品颜色检测的干扰。涂层11还可以局部涂覆于管道1内壁，涂在视窗12四周，减少涂料用量的同时，可以避免管道1的颜色影响变压器色度的检测，保证变压器油色度检测时背景色为单一颜色。
49.在一些实施例中，所述管道1为金属材质或有机聚合物材质。金属材质或有机聚合物材质耐变压器油腐蚀，可以用于变压器油的检测通道。
50.在一些实施例中，所述光电转换模块6包括a-d转换器和逻辑控制器。所述a-d转换器接收所述反射光光信号，并对所述反射光光信号进行模数转换，得到颜色坐标。所述逻辑控制器响应于检测指令，向所述发射器3发送发光指令。
51.本技术中应用的色度传感器，可实现对流动状态变压器油色号的采集，可适用于变压器油中色度的在线和离线检测。
52.在一些实施例中，所述发射器3的光源为人造标准光源，色温2856k。且发射器3可以调节或者更换，保证本本装置测得的颜色坐标在边界范围之内。
53.如图2所示，本技术还提供了一种变压器油色度的传感检测方法，应用上述任一所述的变压器油色度的传感检测装置，包括：
54.首先，在所述管道中无变压器油时，测量背景色颜色坐标。即在没有在所述管道中通入变压器油时，向所述逻辑控制器发送检测指令。所述逻辑控制器控制发射器通过光纤和探头向所述视窗发送光信号，测量得到背景色颜色坐标。
55.然后，在所述管道中有变压器油时，测量变压器油颜色坐标。即在所述管道中通入变压器油，再向所述逻辑控制器发送检测指令。所述逻辑控制器控制发射器通过光纤和探头向所述视窗发送光信号，测量得到变压器油颜色坐标。
56.最后，根据所述变压器油颜色坐标，计算得到所述变压器油标准色号。
57.本技术提供的计算色号的方法，可直接由色彩空间计算出色号，减少了人工目测法操作的随机性和误差大的问题。
58.在一些实施例中，如果所述背景色颜色坐标不满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349，则更换或者调整所述发射器，并重新测量所述背景色颜色坐标；如果所述背景色颜色坐标满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349，则向所述管道中通入变压器油。如表1所示，为颜色坐标边界条件。
59.在一些实施例中，所述变压器油色度的传感检测方法，具体包括：
60.构建变压器油色号矩阵和变压器油颜色坐标矩阵，并构建所述变压器油色号矩阵与所述变压器油颜色坐标矩阵的映射关系以及系数矩阵，根据映射关系，得到变压器油色
号。
61.具体的，根据色号值与颜色坐标x,y,z的映射关系，分别构建变压器油色号矩阵及变压器油颜色坐标矩阵：
62.cn＝[cn1,cn2,
…
,cni,
…
,cnn]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0063]
式中：各值满足以下约束关系n≤16，0.5≤cn1,cn2,
…
,cni,
…
,cnn≤8；
[0064][0065]
式中：各值满足以下约束关系x≤16，0≤x,y,z≤1，x+y+z＝1，n≤16。
[0066]
进一步地，构建色号与颜色坐标的映射关系，设立系数矩阵a，满足以下关系：
[0067][0068]
如表1所示，为颜色坐标边界条件，根据边界条件：
[0069]
cn＝[0.5,1.0,1.5,
…
,4.0,
…
,8.0]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0070]
表1颜色坐标边界条件
[0071]
xyz0.4620.4730.0650.4890.4750.0360.5210.4640.0150.5520.4420.0060.5820.4160.0020.6110.3880.0010.6400.3590.0010.6710.3280.0010.7030.2960.0010.7360.2640.0000.7700.2300.0000.8050.1950.0000.8410.1590.0000.8770.1230.0000.9150.0850.0000.9560.0440.000
[0072]
作矩阵求逆运算，求解公式(3)，可得系数矩阵a，建立一一映射关系。
[0073]
在一些实施例中，所述变压器油色度的传感检测方法，具体包括：
[0074]
对所述变压器油色号作归一化处理，得到所述变压器油标准色号。
[0075]
由于色号为0.5～8共16个离散值，如所述变压器油色号无法与标准色号一致，落在两个标准颜色之间则以颜色较高的为所述变压器油标准色号。根据这原则，可分别提出以下：
[0076]
由颜色坐标获得的变压器油色号cni与标准色号cn最近的即为变压器油标准色号，表达式如下：
[0077]
cnm＝cn
i-cn≤0.25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0078]
实施例：
[0079]
向所述逻辑控制器发送检测指令，选用人造白炽灯光源的发射器通过光纤和探头向变压器油发射光信号。通过接收器接收反射光光信号，光电转换模块接收所述反射光的光信号，并对所述反射光的光信号进行模数转换，获得无变压器油通过时的背景色颜色坐标x,y,z。
[0080]
如果背景色颜色坐标满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349时，进行下一步骤，如不满足调整更换发射器，重新测量背景色颜色坐标。
[0081]
向变压器油色度传感检测装置的管道中通入流动的变压器油，向所述逻辑控制器发送检测指令，通过接收器获得变压器油颜色坐标x,y,z。
[0082]
通过公式(3)计算变压器油色号，再按公式(5)对计算的变压器油色号做归一化处理，获得变压器油标准色号。
[0083]
本技术提供了一种变压器油色度的传感检测装置，包括管道、探头、发射器、接收器、光电转换模块，采用光纤传感技术，通过人造标准光源对变压器油的入射和反射，解析反射光的颜色坐标，可自动完成色彩空间色彩坐标的自动采集。
[0084]
本技术还提供了一种变压器油色度的传感检测方法，应用上述所述的变压器油色度的传感检测装置。因为玻璃颜色标准比色板色号0.5～8值与国际照明委员会cie1931标准颜色坐标x，y，z值存在映射关系，因此通过测量变压器油cie1931颜色坐标，可以反演变压器油的色号。应用本技术中的装置和方法测量变压器油色度，不受人工操作水平的影响，解决目测法测变压器油色度重复性差的问题。
[0085]
本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种变压器油色度的传感检测装置，其特征在于，包括管道(1)、探头(2)、发射器(3)、接收器(4)和光电转换模块(6)，所述管道(1)侧壁上设置视窗(12)，所述视窗(12)连接探头(2)，所述发射器(3)和接收器(4)与所述光电转换模块(6)电连接，所述发射器(3)与所述探头(2)之间连接光纤(5)，所述接收器(4)与所述探头(2)之间连接光纤(5)；所述接收器(4)被配置为：接收所述光纤(5)传回的反射光光信号，并将所述反射光光信号发送至所述光电转换模块(6)；所述光电转换模块(6)被配置为：接收所述反射光的光信号，并对所述反射光的光信号进行模数转换，得到颜色坐标；响应于检测指令，向所述发射器(3)发送发光指令；所述发射器(3)被配置为：响应于所述发光指令，通过光纤(5)和探头(2)向所述视窗(12)发送光信号。2.根据权利要求1所述的变压器油色度的传感检测装置，其特征在于，所述视窗(12)为白炽色的有机玻璃或白炽色的石英玻璃。3.根据权利要求1所述的变压器油色度的传感检测装置，其特征在于，所述管道(1)内壁设置涂层(11)，所述涂层(11)用于吸收杂光，减少管道(1)的颜色对样品颜色检测的干扰。4.根据权利要求3所述的变压器油色度的传感检测装置，其特征在于，所述管道(1)为金属材质或有机聚合物材质。5.根据权利要求1所述的变压器油色度的传感检测装置，其特征在于，所述光电转换模块(6)包括a-d转换器和逻辑控制器；所述a-d转换器被配置为：接收所述反射光光信号，并对所述反射光光信号进行模数转换，得到颜色坐标；所述逻辑控制器被配置为：响应于检测指令，向所述发射器(3)发送发光指令。6.根据权利要求1所述的变压器油色度的传感检测装置，其特征在于，所述发射器(3)的光源为人造标准光源，色温2856k。7.一种变压器油色度的传感检测方法，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述的变压器油色度的传感检测装置，包括：在管道中无变压器油时，向逻辑控制器发送检测指令，得到背景色颜色坐标；向管道中通入变压器油，向逻辑控制器发送检测指令，得到变压器油颜色坐标；根据所述变压器油颜色坐标，计算得到所述变压器油标准色号。8.根据权利要求7所述的变压器油色度的传感检测方法，其特征在于，如果所述背景色颜色坐标不满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349，则更换或者调整发射器，并重新测量所述背景色颜色坐标；如果所述背景色颜色坐标满足0.314＜x＜0.330、0.337＜y＜0.341、0.329＜z＜0.349，则向管道中通入变压器油。9.根据权利要求8所述的变压器油色度的传感检测方法，其特征在于，具体包括：构建变压器油色号矩阵和变压器油颜色坐标矩阵，并构建所述变压器油色号矩阵与所
述变压器油颜色坐标矩阵的映射关系以及系数矩阵，根据映射关系，得到变压器油色号。10.根据权利要求9所述的变压器油色度的传感检测方法，其特征在于，具体包括：对所述变压器油色号作归一化处理，得到所述变压器油标准色号。

技术总结
本申请提供了一种变压器油色度的传感检测装置，包括管道、探头、发射器、接收器和光电转换模块，采用光纤传感技术，通过人造标准光源对变压器油的入射和反射，解析反射光的颜色坐标，可自动完成色彩空间色彩坐标的自动采集。本申请还提供了一种变压器油色度的传感检测方法，应用上述的变压器油色度的传感检测装置。因为玻璃颜色标准比色板色号0.5～8值与国际照明委员会CIE1931标准颜色坐标x，y，z值存在映射关系，因此通过测量变压器油CIE1931颜色坐标，可以反演变压器油的色号。应用本申请中的变压器油色度的传感检测装置和方法测量变压器油色度，不受人工操作水平的影响，解决目测法测变压器油色度重复性差的问题。目测法测变压器油色度重复性差的问题。目测法测变压器油色度重复性差的问题。


技术研发人员：赵加能 成传晖 邵洪平 卓然 高婉仙 罗颜 吴斌 黄之明 郑澍宇 傅明利 姜贻哲 陈秋霖 周仿荣 钱国超 邹德旭 洪志湖 代维菊 王若婷 李学腾 詹红生 苏应敢 程世馨 王德智
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/5