CN107044968A - 一种基于光纤传感的变压器油品测试装置 - Google Patents

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江军
张潮海
韩啸
吴淑群
陈文�
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的变压器油品测试装置，包括折射率传感探头、光纤连接器和光学解调器，折射率传感探头和光纤连接器之间通过光纤连接，光学解调器与光纤连接器之间通过光纤连接；所述折射率传感探头置于变压器油中，采集光信号并通过光纤传输给光学解调器，光学解调器解调光信号，获得变压器油的折射率，根据待测变压器油与标准新油的折射率的比值，确定待测变压器油的老化或劣化程度。本发明克服了传统油品检测方法只能进行定性测试、精度较低的缺陷，实现了不同油温下变压器油的老化或劣化程度的定量评估。

Description

一种基于光纤传感的变压器油品测试装置
技术领域
本发明属于电力变压器检测技术领域，涉及了一种变压器油品测试装置。
背景技术
随着电力系统电压等级、容量的不断发展，电力系统关键设备越来越多，越显得复杂多变。变压器作为电力系统中关键的设备之一，它不仅仅承担着电压变换，还担负着电能分配的任务。但是由于各种原因，变压器在运行种可能会发生各种的故障，影响电力系统安全运行及供电可靠性，我们必须要对电力变压器的各种故障进行快速诊断和排除。
其中，变压器油在正常工况下承担着绝缘、散热和消弧等主要功能。随着长时间的运行或电、热、机械故障情形下，由于电、热、氧化等多种因素作用，油浸式变压器内的绝缘材料会发生分解形成小分子物质(包括H2和CH4、C2H2、C2H4、C2H6在内的小分子气体)等。生成物在变压器油介质中逐渐积累和溶解于油中，随着油循环对流和扩散到整个器身。另外，运行过程中，较高温度下绝缘油易被氧化，变压器内部的油漆、金属屑、微水、空气、微生物等都会溶解于变压器油中，使得油品下降，绝缘能力减弱。
变压器油绝缘油的颜色通常是反映油品品质性能最直观的一种表现形式。很多技术人员首先就会通过油品色泽度、黏性和气味来判别其污染程度。良好的变压器油应该是清洁而透明的液体，试验变压器不得有沉淀物、机械杂质悬浮物及棉絮状物质。如果其受污染和氧化，并产生树脂和沉淀物，变压器油油质就会劣化，颜色会逐渐变为浅红色，试验变压器直至变为深褐色的液体。当变压器有故障时，也会使油的颜色发生改变。一般情况下，变压器油呈浅褐色时就不宜再用了。另外，变压器油可表现为浑浊乳状、油色发黑、发暗。变压器油浑浊乳状，表明油中含有水分。油色发暗，表明变压器油绝缘老化。油色发黑，甚至有焦臭味，表明变压器内部有故障。这种直观观测的方式只能对变压器油的品质做一个定性的判断，并且一般情况下变压器器身和循环油路都是金属材质，无法在不取油的情况下直接观测。
检测变压器油降解或劣化的另外一种传统方法是通过击穿电压测试，一般而言：劣化越严重，对应的击穿电压幅值越低；反之亦然。该方法得到的测试结果容易受到多种因素的影响，也只能作为一个定性辅助的判据。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于光纤传感的变压器油品测试装置，克服传统油品检测方法只能进行定性测试、精度较低的缺陷，实现变压器油的老化或劣化程度的定量评估。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于光纤传感的变压器油品测试装置，包括折射率传感探头、光纤连接器和光学解调器，折射率传感探头和光纤连接器之间通过光纤连接，光学解调器与光纤连接器之间通过光纤连接；所述折射率传感探头置于变压器油中，采集光信号并通过光纤传输给光学解调器，光学解调器解调光信号，获得变压器油的折射率，根据待测变压器油与标准新油的折射率的比值，确定待测变压器油的老化或劣化程度。
基于上述技术方案的优选方案，折射率传感探头包括纤芯以及设置在纤芯外侧的包层，所述纤芯上设有单个光纤布拉格光栅或多个串联的光纤布拉格光栅。
基于上述技术方案的优选方案，在光纤布拉格光栅所对应的包层区域上进行化学腐蚀或物理拉锥工艺处理，从而减小该区域包层的直径。
基于上述技术方案的优选方案，在光纤布拉格光栅所对应的一侧包层区域上进行抛磨工艺处理，形成抛磨面，从而增强光纤布拉格光栅对折射率的敏感度。
基于上述技术方案的优选方案，在所述抛磨面的对侧包层区域上覆盖负热胀系数聚合物，从而补偿光纤布拉格光栅的热胀冷缩效应。
基于上述技术方案的优选方案，所述光纤采用玻璃光纤、塑料光纤或聚合物光纤。
基于上述技术方案的优选方案，所述光纤连接器采用FC光纤连接器、SC光纤连接器、ST光纤连接器或LC光纤连接器。
基于上述技术方案的优选方案，所述光学解调器采用波长解调器或光谱仪。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明弥补现有变压器油油品直观观测误差大、评估不规范、取样复杂等不足，可用于入网新变压器油的检测和在运变压器油的在线监测，服务于变压器油的质量监测和考核，从而为变压器的运行健康提供基础参数。具体而言，具有如下优点：
(1)结构简单：本发明中，经过包层腐蚀工艺和侧面抛磨工艺的光纤布拉格光栅直接放置于变压器油中，无需其它任何辅助元件；
(2)绝缘性能优良：利用光纤本身作为传感探头，属于纯光学传感，而光纤本身具有优异的绝缘性能；
(3)温度自补偿：通过在传感探头上覆盖负热胀系数聚合物，补偿温度变化时光纤光栅的热胀冷缩效应，增强折射率探头在不同油温下的适用性。
(4)操作简便：光纤传感探头直接放置于油中，光学信号直接通过光谱仪或波长解调仪进行信号的解调，通过折射率折算到油品的劣化程度；
(5)实时性和可靠性高：由于本发明不涉及变压器油处理以及信号变换调理等过程，对应的信号实时性强，同时由于结构简单和操作便捷，可靠性也非常高。
附图说明
图1是本发明的装置结构框图；
图2是本发明中光纤布拉格光栅的包层进行化学腐蚀或物理拉锥工艺处理示意图，其中图(a)为正视图，图(b)为侧视图；
图3是本发明中光纤布拉格光栅的包层进行侧边抛磨工艺处理的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种基于光纤传感的变压器油品测试装置，如图1所示，包括折射率传感探头、光纤连接器和光学解调器，折射率传感探头和光纤连接器之间通过光纤连接，光学解调器与光纤连接器之间通过光纤连接。将折射率传感探头置于待测的变压器油中，采集光信号，并通过光纤将采集到的光信号传送给光学解调器，光学解调器对光信号进行解调，获得变压器油的折射率。
一般而言，针对同一种变压器油，相比于标准新油，老化或劣化的变压器油样具有更高的折射率，并且随着老化或劣化程度的加剧，折射率数值会进一步提高。因此，计算变压器油的老化或劣化系数：
上式中，Imea为浸泡在待测变压器油的光纤输出强度，单位为dB或dBm；Iref为浸泡在纯净标准变压器油的光纤输出强度，单位为dB或dBm。该劣化系数可以直接对应到变压器油的劣化程度，数值越高对应的劣化程度越严重，反之亦然。对同一油样而言，通过劣化系数可以与变压器油的劣化程度建立一一对应的量化关系。
在本实施例中，射率传感探头包括纤芯以及设置在纤芯外侧的包层，所述纤芯上设有单个光纤布拉格光栅或多个串联的光纤布拉格光栅。
在本实施例中，如图2(a)、(b)所示，在光纤布拉格光栅所对应的包层区域上进行化学腐蚀或物理拉锥工艺处理，从而减小该区域包层的直径，增强折射率灵敏性。
在本实施例中，如图3所示，在光纤布拉格光栅所对应的一侧包层区域上通过侧边抛磨工艺处理，形成抛磨面，进一步增强光纤布拉格光栅对折射率的敏感度。如图2所示，在抛磨面的对侧包层区域上覆盖负热胀系数聚合物，从而补偿光纤布拉格光栅的热胀冷缩效应，增强折射率探头在不同油温下的适用性。采用的负热胀系数聚合物具有折射率随温度变化呈现负热光效应，可以使用Dowcorning工厂生产的OE4110或者OE4100型聚合物。
在本实施例中，所述光纤采用玻璃光纤、塑料光纤或聚合物光纤。光纤连接器采用FC光纤连接器、SC光纤连接器、ST光纤连接器或LC光纤连接器。光学解调器采用波长解调器或光谱仪。
变压器绝缘油在电力装备中具有至关重要的作用，油品的好赖直接关系到电力设备和系统的安全问题。采用本发明提出的变压器油品测试装置，定期检测、检验变压器油质的变化情况和趋势，一旦发现变压器油存在劣化的趋势，及时分析可能的故障原因，果断采取相应措施，避免故障的进一步扩大，确保变压器的健康状态。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：包括折射率传感探头、光纤连接器和光学解调器，折射率传感探头和光纤连接器之间通过光纤连接，光学解调器与光纤连接器之间通过光纤连接；所述折射率传感探头置于变压器油中，采集光信号并通过光纤传输给光学解调器，光学解调器解调光信号，获得变压器油的折射率，根据待测变压器油与标准新油的折射率的比值，确定待测变压器油的老化或劣化程度。
2.根据权利要求1所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：所述折射率传感探头包括纤芯以及设置在纤芯外侧的包层，所述纤芯上设有单个光纤布拉格光栅或多个串联的光纤布拉格光栅。
3.根据权利要求2所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：在光纤布拉格光栅所对应的包层区域上进行化学腐蚀或物理拉锥工艺处理，从而减小该区域包层的直径。
4.根据权利要求2所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：在光纤布拉格光栅所对应的一侧包层区域上进行抛磨工艺处理，形成抛磨面，从而增强光纤布拉格光栅对折射率的敏感度。
5.根据权利要求4所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：在所述抛磨面的对侧包层区域上覆盖负热胀系数聚合物，从而补偿光纤布拉格光栅的热胀冷缩效应。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：所述光纤采用玻璃光纤、塑料光纤或聚合物光纤。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：所述光纤连接器采用FC光纤连接器、SC光纤连接器、ST光纤连接器或LC光纤连接器。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述基于光纤传感的变压器油品测试装置，其特征在于：所述光学解调器采用波长解调器或光谱仪。
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