CN104964737B - 变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，包括：宽带光源、环形器、若干个光纤布拉格光栅、阵列波导光栅和光电探测器；宽带光源连接环形器，各个光纤布拉格光栅依次连接，环形器连接第一个光纤布拉格光栅，阵列波导光栅分别连接环形器和光电探测器，光电探测器固定在被测变压器绕组上；宽带光源发出的宽带光信号通过环形器后分为多个窄带光信号，并分别进入光纤布拉格光栅中，经过光纤布拉格光栅的反射后，进入阵列波导光栅中；光电探测器接收阵列波导光栅中的窄带光信号，并将其转换为对应的电压信号；光电检测器记录电压信号的变化。本发明测得的变压器绕组的振动情况不易受到电磁干扰的影响，且可以同时测量多点的振动信号。

Description

变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置。

背景技术

电网设备事故频发，其中包含大量无征兆的突发性设备绝缘事故，而侵入波对变电设备冲击的累积效应是导致设备绝缘劣化、引发突发性事故的重要原因之一。为准确评估侵入波对变电设备绝缘的危害，降低设备无征兆突发性事故给电网安全运行带来的风险，需要在实验室开展试验研究，掌握在多次侵入波的冲击作用下典型绝缘结构材料振动情况及绝缘损伤、绝缘能力下降情况，获得侵入波累积对设备绝缘的损伤规律。因此，需要对变压器侵入波引发的变压器绕组的振动情况进行测量。

传统的对变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号进行检测，主要有两种，一种是采用的是压电式传感器，将压电传感探头与被测变压器绕组用耦合剂进行耦合，利用正压电效应，将接收到的振动信号转换成电压信号，并进行测量，从而达到检测振动情况的目的。另一种是采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)振动测量，光源采用的是窄带光源，采用时分复用的方式，通过调整窄带光源的输出波长，实现多个光纤布拉格光栅处的振动测量；

上述第一种技术，压电传感器易受电磁干扰，在侵入波的冲击条件下测量结果极易受到干扰，同时由于体积、质量等因素的影响，难以在变压器的狭小环境下使用，并且检测灵敏度不够高，给应用带来诸多不便。而对于第二种技术，对于变压器绕组侵入波引起的振动情况测量，侵入波时间为微秒量级，因此，采用时分复用的方式无法同时掌握所有测试点的振动情况。

发明内容

基于此，有必要针对传统的对变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号的检测方法易受电磁干扰和测试点有限的问题，提供一种变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置。

一种变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，包括：宽带光源、环形器、若干个光纤布拉格光栅、阵列波导光栅和光电探测器；

所述宽带光源连接所述环形器，各个光纤布拉格光栅依次连接，所述环形器连接第一个光纤布拉格光栅，所述阵列波导光栅分别连接环形器和光电探测器，所述光电探测器固定在被测的变压器绕组上；

所述宽带光源发出的宽带光信号通过所述环形器后分为多个窄带光信号，窄带光信号分别进入到各个光纤布拉格光栅中；窄带光信号经过光纤布拉格光栅的反射后，进入所述阵列波导光栅中；所述光电探测器接收所述阵列波导光栅中的窄带光信号，并将其转换为对应的电压信号；所述光电检测器记录电压信号的变化。

上述变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，通过引入光纤光栅来测量变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号，由于一般电磁辐射的频率比光波低很多，在光纤中传输光信号不易受到电磁干扰的影响，因此，测得的变压器绕组的振动情况不易受到电磁干扰的影响；另外，通过采用宽带光源，环形器将宽带光源发出的宽带光信号分为多个窄带光信号，并分别送入到各个光纤布拉格光栅中，经过光纤布拉格光栅的反射，窄带光信号的反射光谱呈现多个反射波长，阵列波导光栅阵列波长参数设置与光纤布拉格光栅反射光谱部分混叠，通过阵列波导光栅后，光信号按照波长进行波长复用，这样就可以通过在一根光纤上布置多个针对不同参数的测量栅区，实现对变压器绕组多个测试点的振动信号进行测量。

附图说明

图1为一个实施例的变压器绕组振动测量装置的结构示意图；

图2为图1的变压器绕组振动测量装置对应的工作原理图；

图3为另一个实施例的变压器绕组振动测量装置的工作原理图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

如图1所示，为一个实施例的变压器绕组振动测量装置的结构示意图，一种变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，包括：宽带光源、环形器、若干个光纤布拉格光栅、阵列波导光栅和光电探测器；

所述宽带光源连接所述环形器，各个光纤布拉格光栅依次连接，所述环形器连接第一个光纤布拉格光栅，所述阵列波导光栅分别连接环形器和光电探测器，所述光电探测器固定在被测的变压器绕组上；

所述宽带光源发出的宽带光信号通过所述环形器后分为多个窄带光信号，窄带光信号分别进入到各个光纤布拉格光栅中；窄带光信号经过光纤布拉格光栅的反射后，进入所述阵列波导光栅中；所述光电探测器接收所述阵列波导光栅中的窄带光信号，并将其转换为对应的电压信号；所述光电检测器记录电压信号的变化。

如图2所示，是图1的变压器绕组振动测量装置对应的工作原理图，宽带光源发出的宽带光信号通过环形器后分为多个窄带光信号，窄带光信号分别进入到光纤布拉格光栅中；窄带光信号经过若干个光纤布拉格光栅的反射后，进入阵列波导光栅中；光电探测器接收阵列波导光栅中的窄带光信号，并将其转换为对应的电压信号；光电检测器记录电压信号的变化。

当光纤布拉格光栅接收到变压器绕组的振动信号后，光纤布拉格光栅的波长发生变化，进而引发通过阵列波导光栅的光功率发生变化，因此，通过记录光电探测器电压信号的变化，就可以对变压器绕组的振动信号进行测量。

阵列波导光栅中阵列波长参数的设置与光纤布拉格光栅的反射光谱部分重叠，经过阵列波导光栅后，窄带光信号按照波长波分复用，经过光电探测器后转换为电压信号，光电探测器记录下电压信号的变化，电压信号的变化反映了变压器绕组振动信号的变化，从而实现了变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号的测量。

由于本发明中的阵列波导光栅的波分复用作用，可以针对不同参数，在同一个光纤上布置多个测量栅区，实现准分布式实时振动信号的监测；由于同时对多个测量点进行测量，也进一步提高了变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号的测量速度。

作为一个实施例，光纤布拉格光栅和阵列波导光栅可以放置在试验大厅之外，从而确保测量结果不会受到暂态冲击的影响。

在其中一个实施例中，光电探测器的数量还可以为多个，每个光电探测器固定在被测的变压器绕组的一个测试点上，用于测量对应测试点上的振动信号，从而实现了变压器侵入波引发的变压器绕组多个振动信号的同步测量。

在其中一个实施例中，光纤布拉格光栅的长度为12mm，12mm的长度有利于特定频率超声波信号的检测。

在其中一个实施例中，为了确保变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号的振动传递效率，光纤布拉格光栅通过胶水的方式粘贴到变压器绕组对应的测试点处，需要说明的是，选用的粘贴胶水应为应变传递胶水且粘贴应尽量薄，使得应变传递效率较高，例如M-Bond 610。

如图3所示，是另一个实施例的变压器绕组振动测量装置的工作原理图，本发明的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，还可以包括：连接在光电探测器后的高通滤波器，用于消除温度变化引发的直流偏置的影响。

一般地，变压器绕组在长期的工作过程中不可避免会受到温度的影响，温度的变化会引发直流偏置的变化，为了消除直流偏置对振动信号的测量结果的影响，可以在光电探测器之后接入高通滤波器。

在其中一个实施例中，本发明的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，还可以包括：连接在光电探测器和高通滤波器之间的放大器，用于放大被测振动信号。

由于变压器侵入波引发的变压器绕组的振动为暂态过程，可以在光电探测器和高通滤波器之间接入放大器，进一步放大被测变压器绕组的振动信号，便于对变压器绕组的振动信号进行准确测量。

综合上述各实施例的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，通过引入光纤光栅来测量变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号，由于一般电磁辐射的频率比光波低很多，在光纤中传输光信号不易受到电磁干扰的影响，因此，通过本发明测得的变压器绕组的振动情况不易受到电磁干扰的影响；另外，本发明采用的是宽带光源，通过环形器将宽带光源发出的宽带光信号分为多个窄带光信号，并分别送入到各个光纤布拉格光栅中，经过多个光纤布拉格光栅的反射后，窄带光信号的反射光谱呈现多个反射波长，阵列波导光栅的阵列波长参数设置与光纤布拉格光栅的反射光谱部分混叠，经过阵列波导光栅后，窄带光信号按照波长进行波长复用，这样就可以通过在一根光纤上布置多个针对不同参数的测量栅区，实现准分布式实时振动信号的监测；光电探测器的数量还可以为多个，每个光电探测器固定在被测的变压器绕组的一个测试点上，用于测量该测试点上的振动信号，由于同时对多个测量点进行测量，也进一步提高了变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号的测量速度；光纤布拉格光栅通过胶水的方式粘贴到变压器绕组对应的测试点处，确保变压器绕组振动信号的振动传递效率；连接在光电探测器后的高通滤波器，可以消除温度变化引发的直流偏置的影响；连接在光电探测器和高通滤波器之间的放大器，可以放大被测振动信号，利于变压器侵入波引发的变压器绕组振动信号的准确测量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于，包括：宽带光源、环形器、若干个光纤布拉格光栅、阵列波导光栅和光电探测器；

所述宽带光源连接所述环形器，各个光纤布拉格光栅依次连接，所述环形器连接第一个光纤布拉格光栅，所述阵列波导光栅分别连接环形器和光电探测器，所述光电探测器固定在被测的变压器绕组上；

所述宽带光源发出的宽带光信号通过所述环形器后分为多个窄带光信号，窄带光信号分别进入到各个光纤布拉格光栅中；窄带光信号经过光纤布拉格光栅的反射后，进入所述阵列波导光栅中；所述光电探测器接收所述阵列波导光栅中的窄带光信号，并将其转换为对应的电压信号；所述光电检测器记录电压信号的变化；

所述光纤布拉格光栅和阵列波导光栅放置在试验大厅之外。

2.根据权利要求1所述的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于：所述阵列波导光栅中的窄带光信号通过波分复用的方式进入所述光电探测器。

3.根据权利要求1或2所述的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于：所述光电探测器的数量为多个，每个光电探测器固定在被测的变压器绕组的一个测试点上，用于测量对应测试点上的振动信号。

4.根据权利要求1所述的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于：所述光纤布拉格光栅的长度为12mm。

5.根据权利要求1所述的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于：所述光纤布拉格光栅通过胶水的方式粘贴到变压器绕组上对应的测试点处。

6.根据权利要求1所述的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于，还包括：连接所述光电探测器的高通滤波器，用于消除温度变化引发的直流偏置的影响。

7.根据权利要求6所述的变压器侵入波引发的变压器绕组振动测量装置，其特征在于，还包括：连接在所述光电探测器和所述高通滤波器之间的放大器，用于放大被测振动信号。