CN103743464A - 内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，将光纤光栅加速度传感器布置在变压器内部，利用波分/空分混合复用技术形成准分布式传感网络，实现变压器运行过程中对器身三维振动加速度的直接测量，为变压器振动实时在线监测提供新的途径，为变压器运行状态的准确评估提供有效的技术手段，为保证其安全、可靠运行和实现变压器的智能化提供可靠的支撑。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感领域和变压器状态监测领域，具体涉及一种内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统。
背景技术
电力变压器是电力系统的关键设备，变压器的故障将直接威胁电网系统的安全运行，对运行中的电力变压器实现在线监测及故障诊断能够有效的减少变压器故障率，降低运行成本。变压器的振动是由变压器本体及冷却装置的振动产生的,而绕组与铁心是发生故障较多的部件,这些故障包括铁心 弯曲、夹紧或松动故障、绕组的位移及变形等，正常运行变压器的振动特征向量可作为指纹参考，变压器异常振动将引起振动指纹特征向量的变化，因而，通过对变压器振动的实时监测及比对分析，可对变压器铁心及绕组运行状况进行有效的评估。
目前，对变压器振动的测量主要是使用振动传感器布置在变压器油箱表面，通过在油箱壁采集到的振动数据进行各种频域分析后对比故障模型数据或同相对比同一型号变压器的数据来进行故障分析。由于变压器器身振动通过变压器油、上下夹件、绕组等传递到油箱壁后振动信号受阻挡衰减较大，且变压器油箱壁的振动受到外间环境干扰非常大，并不能准确反应变压器运行过程中器身的真实振动情况，因此，通过间接测量油箱壁振动来评判铁心运行状况存在一定的局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为解决油浸式变压器振动直接测量的问题，而提供一种内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统。
本发明所采用的技术方案是：一种内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统及装置，其特征在于，由扫描激光光源、1×N光纤耦合器、1×2光纤耦合器、多通道耦合器扩展模块、传输光缆、箱体贯通器、光纤光栅加速度传感器、光电转换器、多通道信号处理器、数据采集模块、计算机等组成。扫描激光器输出的光源通过1×N光纤耦合器分成N路，每一路通过1×2光纤耦合器输入到多通道耦合器扩展模块，多通道耦合器扩展模块内置多个1×4光纤耦合器，1×4光纤耦合器将一个通道扩展成4个光纤通道，所有通道同步同频扫描，各光纤通道经传输光缆与箱体贯通器连接，经箱体贯通器再输出到光纤光栅加速度传感器，每组光纤光栅加速度传感由两支光栅串联，光纤光栅反射信号携带传感信息再次经过箱体贯通器、传输光缆、多通道耦合器扩展模块及1×2光纤耦合器入射到相对应的光电转换器，光电转换器将反射光信号变成电信号，由多通道信号处理器进行模数转换后送入数据采集模块，最后由计算机进行分析处理。
如上所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述光纤光栅加速度传感器采用金属外壳封装并镀金处理，实现防水及密封。由此带来的技术效果是：避免液体介质阻尼对光纤光栅加速度传感器传感性能的影响。
如上所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述光纤光栅加速度传感器采用两支光纤光栅串联，组成双光栅结构，测量一个维度上的振动。由此带来的技术效果是：该结构不仅可实现温度的自动补偿，而且还可以获得比单光栅更高的灵敏度和工作频段。
如上所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述三组光纤光栅加速度传感器组合成三轴结构，安装在变压器器身上，实现三维振动加速度的直接测量。
如上所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述多支光纤光栅传感器采用串联、光纤耦合器和多通道耦合器扩展模块，组成波分/空分混合复用光纤光栅传感网络。由此带来的技术效果是：最大限度利用解调系统每通道的承载能力，节约布线安装成本以及系统成本。
本发明的有益效果是：将光纤光栅加速度传感器布置在变压器内部，利用波分/空分混合复用技术形成准分布式传感网络，实现变压器运行过程中对器身三维振动加速度的直接测量，为变压器振动实时在线监测提供新的途径，为变压器运行状态的准确评估提供有效的技术手段，为保证其安全、可靠运行和实现变压器的智能化提供可靠的支撑。
附图说明
图1为本发明实施例的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统结构示意图。
图2为本发明实施例的具有温度自补偿的双光纤光栅振动传感器结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
附图中符号说明：1-扫描激光光源、2-1×N光纤耦合器、3-1×2光纤耦合器、4-多通道耦合器扩展模块、5-传输光缆、6-箱体贯通器、7-光纤光栅加速度传感器、8-光电转换器、9-多通道信号处理器、10-数据采集模块、11-计算机、701-外壳、702-光纤光栅I、703-光纤光栅II、704-传输光纤、705-质量块、706-L型悬臂梁、707-弹簧片和708-支撑紧固件。
如图1所示，本发明提供的一种内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，由扫描激光光源1、1×N光纤耦合器2、1×2光纤耦合器3、多通道耦合器扩展模块4、传输光缆5、箱体贯通器6、光纤光栅加速度传感器7、光电转换器8、多通道信号处理器9、数据采集模块10、计算机11组成。
所述系统工作过程为：扫描激光器1输出的光源通过1×N光纤耦合器2分成N路，每一路通过1×2光纤耦合器3输入到多通道耦合器扩展模块4，多通道耦合器扩展模块4内置多个1×4光纤耦合器，1×4光纤耦合器将一个通道扩展成4个光纤通道，所有通道同步同频扫描；各光纤通道经传输光缆5与箱体贯通器6连接，箱体贯通器6安装在变压器箱壁上，实现变压器内外光纤传感信号的传输，并确保不渗漏油；光经箱体贯通器6再传输到光纤光栅加速度传感器7，每组光纤光栅加速度传感由两支光纤光栅串联，光纤光栅反射信号携带传感信息再依次经过箱体贯通器6、传输光缆5、多通道耦合器扩展模块4及1×2光纤耦合器3入射到相对应的光电转换器8，光电转换器8将反射光信号变成电信号，由多通道信号处理器9进行模数转换后送入数据采集模块10，最后由计算机11进行分析处理。
所述光纤光栅加速度传感器7的结构如图2所示，由外壳701、光纤光栅I702、光纤光栅II703、传输光纤704、质量块705、L型悬臂梁706、弹簧片707和支撑紧固件708组成，外界振动引起光纤光栅I702和光纤光栅II703中心波长的变化，通过解调光纤光栅波长变化实现对外界振动的测量。
所述光纤光栅加速度传感器7采用金属外壳封装并镀金处理，实现防水及密封，避免液体介质阻尼对光纤光栅加速度传感器7传感性能的影响。
所述光纤光栅加速度传感器7采用两支光纤光栅串联，组成双光栅结构，测量一个维度上的振动，该结构不仅可实现温度的自动补偿，而且还可以获得比单光栅更高的灵敏度和工作频段。
所述三组光纤光栅加速度传感器7组合成三轴结构，安装在变压器器身上，实现三维振动加速度的直接测量。
所述多支光纤光栅传感器采用串联、光纤耦合器和多通道耦合器扩展模块，组成波分/空分混合复用光纤光栅传感网络，最大限度利用解调系统每通道的承载能力，节约布线安装成本以及系统成本。
光纤光栅的加速度传感器使用光纤作为传感介质，为无源器件，耐高温、耐高压、抗腐蚀、抗电磁干扰，适合在变压器内部环境使用。本发明将光纤光栅加速度传感器安装在变压器器身上，通过光纤光栅加速传感器直接测量变压器器身在运行过程中的三维振动加速度，避免了振动波形通过油箱壁、变压器油等组件的传递和外界环境的干扰，真实反应变压器运行过程中的器身振动情况。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，由扫描激光光源、1×N光纤耦合器、1×2光纤耦合器、多通道耦合器扩展模块、传输光缆、箱体贯通器、三组光纤光栅加速度传感器、光电转换器、多通道信号处理器、数据采集模块、计算机组成，扫描激光器输出的光源通过1×N光纤耦合器分成N路，每一路通过1×2光纤耦合器输入到多通道耦合器扩展模块，多通道耦合器扩展模块内置多个1×4光纤耦合器，1×4光纤耦合器将一个通道扩展成4个光纤通道，所有通道同步同频扫描，各光纤通道经传输光缆与箱体贯通器连接，经箱体贯通器再输出到光纤光栅加速度传感器，每组光纤光栅加速度传感由两支光栅串联，光纤光栅反射信号携带传感信息再次经过箱体贯通器、传输光缆、多通道耦合器扩展模块及1×2光纤耦合器入射到相对应的光电转换器，光电转换器将反射光信号变成电信号，由多通道信号处理器进行模数转换后送入数据采集模块，最后由计算机进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述光纤光栅加速度传感器采用金属外壳封装并镀金处理，实现防水及密封。
3.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述光纤光栅加速度传感器采用两支光纤光栅串联，组成双光栅结构，测量一个维度上的振动。
4.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述三组光纤光栅加速度传感器组合成三轴结构，安装在变压器器身上，实现三维振动加速度的直接测量。
5.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的油浸式变压器振动在线监测系统，其特征在于，所述多支光纤光栅传感器采用串联、光纤耦合器和多通道耦合器扩展模块，组成波分/空分混合复用光纤光栅传感网络。
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Application publication date: 20140423 |