CN108151910A - 一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，包括传感球壳罩，传感球壳罩外侧均匀连接有若干光栅导套，所述光栅导套内部两端均固定安装有橡胶延展块，所述光栅导套内穿插有光栅，所述光栅在光栅导套内呈抛物线状，所述光栅贯穿橡胶延展块且光栅外侧与橡胶延展块固定连接,所述光栅一端与传感球壳罩相连接，若干所述的光栅另一端共同连接有光纤，所述光纤外侧套接有金属丝网套，所述光纤一端依次连接有解调器和DSP芯片，光栅在传感球罩壳上均匀分布，能检测变压器周边的温度，检测更标准，误差更小，光栅导套、橡胶延展块保护了光栅，金属丝网套保护了光纤，光栅和光纤性能稳定，传感器检测温度准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体为一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器。
背景技术
电力变压器是输变电系统中最重要的设备之一，它直接关系到电网能否安全、高效、经济运行。变压器的绝缘能力决定变压器的寿命，而变压器运行时的绕组温度是影响绝缘能力的主要因素，此外，变压器超铭牌额定值负荷运行及其动态增容节能控制均基于经验模型，缺乏可靠的支撑依据。
目前，通常采用热模拟测量法或间接计算法获取绕组温度，应用于变压器内部温度测量的方法主要有以下3种：①电信号传感器测量法，如热电偶、热电阻等，该类传感器易受电磁干扰，且使用寿命有限，测量效果不太理想。②红外测温法，该方法为非接触测量，便于人工操作，但无法实现在线实时测量，且易受背景噪声及电磁环境干扰。③光纤测温法，其中，基于拉曼散射原理或布里渊散射原理的分布式光纤测温方法的测温准确度、空间定位准确度和响应时间之间相互制约，目前尚不能满足变压器内部精确测温的要求，而荧光光纤或半导体透射式和反射式光纤温度传感器为点式测温，测量点少，其在变压器内部的布置往往需要基于经验估计，在实际应用中存在一定的局限。
现有的光纤光栅温度传感器存在以下不足之处和问题：
(1)传感器的光栅和光纤比较脆弱，在受力发生形变的时候，容易因拉扯力或弯折度太大而造成光栅或光纤断裂、破损，从而导致传感器测出的温度不准确，甚至发生信号传输失败的后果，变压器绕组的温度得不到准确检测的话，变压器内部温度就不能得到及时调整，变压器性能下降甚至有烧毁的危险。
(2)一般的光纤光栅温度传感器的光栅与变压器所测温度接触点较少，由于变压器四周的温度不一定相同，所以单一的检测数值并不能判断变压器绕组的整体温度，而要测量变压器绕组的四周全部温度，又需要很多的传感器，增大了体积和成本。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，光栅在传感球罩壳上均匀分布，能检测变压器周边的温度，检测更标准，误差更小，光栅导套、橡胶延展块保护了光栅，金属丝网套保护了光纤，光栅和光纤性能稳定，传感器检测温度准确度高，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，包括传感球壳罩，传感球壳罩外侧均匀连接有若干光栅导套，所述光栅导套内部两端均固定安装有橡胶延展块，所述光栅导套内穿插有光栅；
所述光栅在光栅导套内呈抛物线状，所述光栅贯穿橡胶延展块且光栅外侧与橡胶延展块固定连接,所述光栅一端与传感球壳罩相连接，若干所述的光栅另一端共同连接有光纤，所述光纤外侧套接有金属丝网套，所述光纤一端依次连接有解调器和DSP芯片。
作为本发明一种优选的技术方案，所述传感球壳罩通过螺栓固定在变压器箱底部内壁上，所述传感球壳罩罩在变压器绕组上。
作为本发明一种优选的技术方案，所述光栅导套采用铁磁材料制作，所述橡胶延展块采用硅橡胶或氟橡胶材料制作。
作为本发明一种优选的技术方案，所述橡胶延展块形状为漏斗状，同一个所述的光栅导套内的两个橡胶延展块相互平行。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属丝网套内侧有泡沫防潮套。
作为本发明一种优选的技术方案，所述泡沫防潮套内部设有若干根磷化钢丝，所述泡沫防潮套内侧有陶瓷纤维布，所述陶瓷纤维布包裹在光纤外侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的光栅导套保护光栅，在光栅承受拉扯力的时候，橡胶延展块会产生形变，使光栅不至于拉扯距离太大，且光栅在光栅导套内处于松弛状态，光栅不会被拉断，金属丝网套既能辅助光纤抵抗电磁干扰，还能防止光纤因自身因拉扯形变过大而断裂，光栅和光纤传输光的性能稳定，传感器稳定，检测出的温度准确度高。
(2)本发明光栅在传感球壳罩上均匀分布，能将变压器绕组周围的环境温度都检测出来，并将各个点的温度通过光信号从光栅传递到光纤内，单根光纤利用波分复用技术串接多个光栅，在变压器箱内占的空间小，结构简单，成本低，光纤绝缘性能好，不受电磁干扰，适合在高温高压油气环境中工作。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的光栅导套内部结构示意图；
图3为本发明的金属丝网套内部结构示意图。
图中：1-传感球壳罩；2-光栅导套；3-橡胶延展块；4-光栅；5-光纤；6-金属丝网套；601-泡沫防潮套；602-磷化钢丝；603-陶瓷纤维布；7-解调器；8-DSP芯片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1所示，本发明提供了一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，包括传感球壳罩1，传感球壳罩1底面为平面，上面安装有变压器绕组，变压器绕组的热量能及时传递到传感球壳罩1上而被光栅4及时检测到并以光信号发射出去。所述传感球壳罩1通过螺栓固定在变压器箱底部内壁上，所述传感球壳罩1罩在变压器绕组上，传感球壳罩1的形状为球形，球壳附近的温度分布更均匀，传感器在球壳上检测的温度更准确。
如图1和图2所示，传感球壳罩1外侧均匀连接有若干光栅导套2，所述光栅导套2内穿插有光栅4，所述光栅导套2采用铁磁材料制作，光栅导套2能辅助光栅4对电磁干扰的隔绝，隔绝效果好，光栅导套2还能保护光栅4，使光栅4不会遭到变压器箱内物品的碰撞或摩擦。所述光栅导套2内部两端均固定安装有橡胶延展块3，所述橡胶延展块3采用硅橡胶或氟橡胶材料制作，橡胶延展块3具有一定的弹性，且抗高温效果比较好，能更好地防止光栅4产生很大的轴向形变，光栅4性能稳定，传感器检测数据准确。
如图2所示，所述光栅4贯穿橡胶延展块3且光栅4外侧与橡胶延展块3固定连接,所述橡胶延展块3形状为漏斗状，同一个所述的光栅导套2内的两个橡胶延展块3相互平行，在光栅4受到轴向的拉扯力的时候，即外力迫使光栅4将要与传感球壳罩2分离的时候，两块橡胶延展块3均发生形变，缓解了光栅4的形变。所述光栅4在光栅导套2内呈抛物线状，即光栅4在光栅导套2内处于松弛放松状态，具有一定的伸展空间，光栅4不易损坏，光栅4也不会轻易地与传感球壳罩1断开连接。
如图1所示，所述光栅4一端与传感球壳罩1相连接，检测传感球壳罩1内变压器绕组的温度。若干所述的光栅4另一端共同连接有光纤5，单根光纤5利用波分复用技术串接多根光栅4，在变压器箱内占的空间小，信号传递速度快，结构简单，成本低。
如图1和图3所示，所述光纤5外侧套接有金属丝网套6，金属丝网套6保护光纤5，使光纤5受到的轴向力变小，且金属丝网套6还能辅助光纤5，使光纤5隔绝电磁干扰的能力更强，传感器工作更稳定。所述金属丝网套6内侧有泡沫防潮套601，可以防止光纤6受潮而堵住光纤6的光传输通道，为保护光栅4，在光栅4外侧也可以包裹金属丝网套6和陶瓷纤维布603(图中未画出)，使光栅4不会受外界环境影响，光栅4传输信号稳定。
如图3所示，所述泡沫防潮套601内部设有若干根磷化钢丝602，磷化钢丝602具有一定的刚性，使光纤5受外力而产生弯折或伸长，形变程度不会太大，保证了光纤5的质量，所述泡沫防潮套601内侧有陶瓷纤维布603，所述陶瓷纤维布603包裹在光纤5外侧，陶瓷纤维布603使光纤5不受变压器箱内的高温影响，避免了光纤5的融化，保证了光纤5内信号运输的质量和高速度。
如图1所示，所述光纤6一端依次连接有解调器7和DSP芯片8，DSP芯片8连接有温度控制模块，解调器7将光纤6传输过来的模拟信号转化为数字信号。DSP芯片8，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。DSP芯片8对解调器7传递过来的数字信号进行处理，然后转化为某种信号给温度控制模块的控制芯片，控制芯片根据所接收的信号判断是否要对变压器绕组进行降温，完成了变压器绕组温度的自动检测和调节。
综上所述，本发明的主要特点在于：
(1)光栅导套和橡胶延展块一起保护光栅，光栅不会弯折过大而破损，使光栅不至于拉扯距离太大，且光栅在光栅导套内处于松弛状态，光栅不会被拉断，光栅传递光信号速度稳定。
(2)金属丝网套既能辅助光纤抵抗电磁干扰，还能使光纤不会因受拉扯力而形变过大，光纤不会断裂，光纤传输光的性能稳定，传感器稳定，检测温度准确。
(3)光栅在传感球壳罩均匀分布，若干根光栅检测到变压器绕组各处的温度信号后，将各个点的温度通过光信号从光栅传递到光纤内，单根光纤利用波分复用技术串接多个光栅，在变压器箱内占的空间小，结构简单，成本低，光纤绝缘性能好，不受电磁干扰，适合在高温高压油气环境中工作。
(4)泡沫防潮套使光纤不会因受潮而冻住光传输路径，光纤传输光更稳定，陶瓷纤维布包裹在光纤外侧上，使光纤在高温情况下也不会融化，保证了光纤的稳定传输。
(5)磷化钢丝既使光纤弯折角度不会太大，也使光纤在轴向上不会发生太大的形变，光纤不会损坏。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，其特征在于：包括传感球壳罩(1)，传感球壳罩(1)外侧均匀连接有若干光栅导套(2)，所述光栅导套(2)内部两端均固定安装有橡胶延展块(3)，所述光栅导套(2)内穿插有光栅(4)；
所述光栅(4)在光栅导套(2)内呈抛物线状，所述光栅(4)贯穿橡胶延展块(3)且光栅(4)外侧与橡胶延展块(3)固定连接,所述光栅(4)一端与传感球壳罩(1)相连接，若干所述的光栅(4)另一端共同连接有光纤(5)，所述光纤(5)外侧套接有金属丝网套(6)，所述光纤(6)一端依次连接有解调器(7)和DSP芯片(8)。
2.根据权利要求1所述的一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，其特征在于：所述传感球壳罩(1)通过螺栓固定在变压器箱底部内壁上，所述传感球壳罩(1)罩在变压器绕组上。
3.根据权利要求1所述的一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，其特征在于：所述光栅导套(2)采用铁磁材料制作，所述橡胶延展块(3)采用硅橡胶或氟橡胶材料制作。
4.根据权利要求1所述的一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，其特征在于：所述橡胶延展块(3)形状为漏斗状，同一个所述的光栅导套(2)内的两个橡胶延展块(3)相互平行。
5.根据权利要求1述的一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，其特征在于：所述金属丝网套(6)内侧有泡沫防潮套(601)。
6.根据权利要求5所述的一种变压器绕组的高强度测温光纤光栅传感器，其特征在于：所述泡沫防潮套(601)内部设有若干根磷化钢丝(602)，所述泡沫防潮套(601)内侧有陶瓷纤维布(603)，所述陶瓷纤维布(603)包裹在光纤(5)外侧。
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