CN102589747A - 一种基于光纤Bragg光栅的油浸式电力变压器顶层油温度监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤Bragg光栅的监测油浸式电力变压器顶层油温度的方法，属光电子测量技术领域；首先把一支和光谱分析仪连接的光纤Bragg光栅温度传感器，通过油浸式电力变压器试验孔插入到顶层油中；待稳定后，根据光谱分析仪分析光纤Bragg光栅反射的波长值的变化，然后通过光纤Bragg光栅温度传感器波长的移位与温度的变化关系
，计算出油浸式电力变压器顶层油的温度；最后把所测量的温度和油浸式电力变压器的温升标准进行比较，可以判断油浸式电力变压器是否处于正常工作情况下。本发明采用光纤Bragg光栅传感器可以长期插入到油浸式电力变压器的顶层油中，实时检测变压器的顶层油的温度；结构简单，便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光纤Bragg光栅的油浸式电力变压器顶层油温度监测方法，属光电子测量技术领域。
背景技术
油浸式电力变压器是电力系统运行的核心设备之一，而油浸式电力变压器油温度的高低直接关系到油浸式电力变压器的使用寿命以及输变电系统的运行安全，因此需要每个变电所对油浸式电力变压器油的温度进行监测。油浸式电力变压器的绝缘性与老化率与油浸式电力变压器油的温度有关，超过温度的允许限值不但会降低油浸式电力变压器的运行寿命，还会对油浸式电力变压器的安全运行造成威胁。在相关的国家标准中，对油浸式电力变压器在负载运行情况下的温升限制值或热点温度做了相应的规定。油浸式电力变压器国家标准GB1094.2—1996《电力变压器 第2部分温升》规定了，对于采用A级绝缘材料的变压器，油不与大气直接接触的油浸式变压器顶层油温升为60K；油与大气直接接触的油浸式变压器顶层油温升为55K，我国油浸式电力变压器的温升标准均以环境温度40摄氏度为准。监测油浸式电力变压器的顶层油的温度，可以了解油浸式电力变压器的运行情况，对顶层油的温度进行现场监测，对实现电力系统的安全运行，进而对经济发展、社会稳定都有重要的现实意义。
发明内容
本发明涉及一种基于光纤Bragg光栅的监测油浸式电力变压器顶层油温度的方法，利用温度对光纤Bragg光栅的波长的影响，实现对油浸式电力变压器内部温度的实时在线监测，准确度高。
本发明是通过以下技术方案来实现的：首先把一支和光谱分析仪连接的光纤Bragg光栅温度传感器，通过油浸式电力变压器的试验孔插入到顶层油中；待稳定后，根据光谱分析仪分析光纤Bragg光栅反射的波长值的变化，然后通过光纤Bragg光栅温度传感器波长的移位与温度的变化关系 
，计算出油浸式电力变压器顶层油的温度；最后把所测量的温度和油浸式电力变压器的温升标准进行比较，可以判断该油浸式电力变压器是否处于正常工作情况。
所述的光纤Bragg光栅温度传感器插入到油浸式电力变压器的顶层油得深度以刚好完全浸没光纤Bragg光栅温度传感器为宜，光纤Bragg光栅温度传感器可以长期插入到油浸式电力变压器的顶层油中。
所述的光纤Bragg光栅温度传感器波长的移位与温度变化关系的数学模型分析如下：
反射回来的峰值波长满足：
对(1)式进行温度T求导可得：
(2)
(2) 式两边除以(1) 式，可以得到：
在(3) 式中为传感器的温度系数，为波长的变化，
为光纤的热膨胀系。所以光纤光栅温度传感器Bragg波长的移位与温度的变化成线性关系。
则油浸式电力变压器油温度的变化：
所述的油浸式电力变压器国家标准GB1094.2—1996《电力变压器 第2部分温升》规定：对于采用A级绝缘材料的油浸式电力变压器，油不与大气直接接触的油浸式电力变压器顶层油温升为60K；油与大气直接接触的油浸式变电力压器顶层油温升为55K，我国油浸式电力变压器的温升标准均以环境温度40摄氏度为准；根据这个规定，如果是油不与大气直接接触的油浸式电力变压器顶层油温超过100 K或者是油与大气直接接触的油浸式电力变压器顶层油温超过95K，可以判断该油浸式电力变压器处于非正常工作状态。
所述的光纤Bragg光栅温度传感器、光谱分析仪、油浸式电力变压器均为市售的普通元件。
所述测温位置的选择：由于油浸式电力变压器中的油在温差或油泵的驱动下，从底部经各个绕组内部和外部的油道，流过顶部，因而顶层油温是各部分油汇合的温度的反映，也是油浸式电力变压器油中的最高温度；所以通过监测油浸式电力变压器油的顶层温度，可以更加全面地掌握油浸式电力变压器的运行状况，避免了因油温的过热引发的故障，而最终导致电缆火灾、局部电网瘫痪。
本发明的工作原理：光纤Bragg光栅温度传感器通过油浸式电力变压器的试验孔，插入到油浸式电力变压器的顶层油中，确保传感器能检测油浸式电力变压器的顶层油的温度；当油浸式电力变压器因接点接触不良、磁路故障、导体故障等原因产生大量的热量，通过油浸式电力变压器的油传递到光纤Bragg光栅，导致光纤Bragg光栅反射波长的移位，最终达到对油浸式电力变压器油的温度进行实时监测的目的。
本发明的有益效果：
1、采用光纤Bragg光栅手段测量，体积小、带宽宽、抗电磁干扰能力强和耐腐蚀外，波长编码具有绝对测量、准确度高；
2、光纤Bragg光栅传感器可以长期插入到油浸式电力变压器的顶层油中，可以实时检测油浸式电力变压器的顶层油的温度；
3、本发明结构简单，便于操作。
附图说明
图1为光纤Bragg温度传感器安装在油浸式电力变压器的示意图；
图2为本发明提供的一种光纤Bragg温度传感器结构示意图。
图中：1-光纤Bragg光栅、2-铜管、3-带螺纹的铜管、4-铜垫、5-氟硅胶密封圈、6-螺母、7-光纤引出孔、8-光纤、9-手柄、10-聚四氟乙烯套管、11-光谱分析仪、12-油浸式电力变压器、13-油浸式电力变压器的试验孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明：
如图1所示：首先把一支和光谱分析仪连接的光纤Bragg光栅温度传感器，通过油浸式电力的试验孔插入到顶层油中；待稳定后，根据光谱分析仪分析光纤Bragg光栅反射的波长值的变化，然后通过光纤Bragg光栅温度传感器波长的移位与温度的变化关系，计算出油浸式电力变压器顶层油的温度；最后把所测量的温度和油浸式电力变压器的温升标准进行比较，可以判断该油浸式电力变压器是否处于正常工作情况。
所述的光纤Bragg光栅温度传感器插入到油浸式电力变压器的顶层油的深度以刚好完全浸没光纤Bragg光栅温度传感器为宜，光纤Bragg光栅温度传感器可以长期插入到油浸式电力变压器的顶层油中，以实现对油浸式电力变压器的实时检测。
所述的光纤Bragg光栅温度传感器可以采用市售的普通元件。
为了更好地实现本方法，本发明设计了一种可调式光纤Bragg温度传感器，如图2所示：传感器包括光纤Bragg光栅1、铜管2、带螺纹的铜管3、铜垫4、氟硅胶密封圈5、螺母6、光纤引出孔7、光纤8、手柄9、聚四氟乙烯套管10、光谱分析仪11组成；铜管2、带螺纹的铜管3和手柄9为一体成型的结构，并在内部加工光纤引出孔7，铜管2底端是密封；在带外螺纹的铜管3上依次套有铜垫4、氟硅胶密封圈5和螺母6；通过光纤引出孔7，光纤Bragg光栅1自由悬空在光纤引出孔7底部，并用聚四氟乙烯套管10保护裸露的光纤，且把聚四氟乙烯套管10的一端稍稍套入光纤引出孔7，实现整平、密封、无缝的连接，光纤8引出的部分与光谱分析仪11相连接。
由于光纤Bragg光栅1的一端自由悬空，所以封装材料的热膨胀不会引起反射波长的变化，避免了外界温度对测量结果的影响。由于弹光效应和波导效应对光纤光栅的波长没有显著的影响，只通过光纤的热膨胀效应和光纤热光效应，引起反射峰值波长的变化。
同时由于我国关于油浸式电力变压器的油温测温装置中规定，变压器应装有管座。管座应设在油箱的顶部，并伸入油内为120
10mm。光纤Bragg光栅温度传感器安装于变压器内部，在安装的过程中不容易观察，因此采用本发明设计的一种可调式光纤Bragg温度传感器，可以通过带螺纹的铜管3、铜垫4、氟硅胶密封圈5和螺母6，调节深入油浸式电力变压器油的深度，既可以满足国家标准，又可以保证测量的对象为油浸式电力变压器的顶层油温，确保测量的精确性。
本发明是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。
Claims (4)
1.一种基于光纤Bragg光栅的油浸式电力变压器顶层油温度监测方法，其特征是：首先把一支和光谱分析仪连接的光纤Bragg光栅温度传感器，通过油浸式电力变压器的试验孔插入到顶层油中；待稳定后，根据光谱分析仪分析光纤Bragg光栅反射的波长值的变化，通过光纤Bragg光栅温度传感器波长的移位与温度的变化关系 ，计算出油浸式电力变压器顶层油的温度；最后将测量所得温度与油浸式电力变压器的温升标准进行比较，判断油浸式电力变压器是否处于正常工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于光纤Bragg光栅的油浸式电力变压器顶层油温度监测方法，其特征是：根据国家油浸式电力变压器的温升标准规定，油不与大气直接接触的油浸式电力变压器顶层油温超过100 K、或油与大气直接接触的油浸式电力变压器顶层油温超过95K，即可判断该油浸式电力变压器处于非正常工作状态。
3.根据权利要求1所述的基于光纤Bragg光栅的油浸式电力变压器顶层油温度监测方法，其特征是：所述的光纤Bragg光栅温度传感器可以长期插入到油浸式电力变压器的顶层油中。
4.根据权利要求1所述的基于光纤Bragg光栅的油浸式电力变压器顶层油温度监测方法，其特征是：所述的光纤Bragg光栅温度传感器插入到油浸式电力变压器的顶层油的深度以刚好完全浸没光纤Bragg光栅温度传感器为宜。
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