CN113804247A - 基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，包括光纤法珀腔压力传感器，光纤法珀腔压力传感器设置于变压器油箱内部且光纤法珀腔压力传感器的底端与变压器油箱底部连接，光纤法珀腔压力传感器的顶端依次与光纤光栅温度传感模块、光纤解调仪和耦合器系统、电脑单元连接。本发明监测系统不受电场、磁场以及电磁波的影响，抗干扰能力强且可实现对变压器油温油压以及油位的精准测量。
Description
技术领域
本发明属于变压器油温油压监测技术领域，涉及一种基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统。
背景技术
在电力系统安全稳定运行过程中，变压器发挥着至关重要的作用。而在大型电力变压器中，变压器油起着绝缘、散热以及消弧的作用，且变压器油具有比空气高得多的绝缘强度，绝缘材料浸在油中，不仅可以提高绝缘强度，还可免受潮气的侵蚀。但变压器油的温度与油压直接影响着大型电力变压器的可靠性和系统的正常运行。变压器油箱内的油位过高将会造成变压器内部的油压增大，容易造成溢油现象；而油位过低将会导致变压器的引线和铁芯暴露在空气中，降低了绝缘强度，容易发生闪络现象，特殊情况下还会引起变压器爆炸。引起变压器油位变化的原因大多数都是因为变压器油温的变化，因为变压器油温的变化直接影响变压器油的体积变化，导致油位上升或者下降。而影响变压器油温变化的因素有很多：负荷的变化、环境温度的变化、内部故障及冷却装置的运行状况等。所以在线监测变压器油温及油压起着至关重要的作用，它直接性的决定了变压器是否可以正常稳定的运行。
目前变压器油位油压在线监测的方法主要为浮标法，通过放置在变压器油箱内部的浮子的高低在外部显示出来，从而监测油位的情况，该方法操作简单，不需要太过复杂的设备，但测量精度不高。
变压器油温在线监测的方法主要有传统电传感器温度测量，红外温度测量以及无线温度测量，这些测量方法都有很高的灵敏度。但都会受到外界强电磁环境以及强电场环境的干扰。
以上测量方法都是对变压器油内部的单一量进行测量，变压器发生电气故障时它的故障原因是多方面的，所以我们就需要一种可以测量多参量的设备去实时监测变压器油箱内的油温油压以及其它影响变压器油运行稳定性的因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，不受电场、磁场以及电磁波的影响，抗干扰能力强且可实现对变压器油温油压以及油位的精准测量。
本发明所采用的技术方案是，一种基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，包括光纤法珀腔压力传感器，光纤法珀腔压力传感器设置于变压器油箱内部且光纤法珀腔压力传感器的底端与变压器油箱底部连接，光纤法珀腔压力传感器的顶端依次与光纤光栅温度传感模块、光纤解调仪和耦合器系统、电脑单元连接。
本发明的特征还在于，
光纤光栅温度传感模块包括多个依次连接的光纤光栅温度传感器，多个光纤光栅温度传感器分别分布于变压器油箱内不同的液位。
光纤法珀腔压力传感器包括圆柱形的外壳，外壳的两端均开口，外壳的内部连接有塑胶板，塑胶板的圆心处套设有陶瓷插针，陶瓷插针的一端连接有光纤线，外壳远离光纤线的一端粘接有压敏薄膜，光纤线与光纤光栅温度传感模块连接。
塑胶板为圆形且直径等于外壳的内径。
压敏薄膜与陶瓷插针的另一端面平行。
压敏薄膜采用压敏材料。
光纤线远离陶瓷插针的一端套接有光纤线管，光纤线管通过密封组件与变压器油箱连接且光纤线管的一端伸出变压器油箱顶部。
密封组件包括与变压器油箱连接密封件，密封件内连接有锁紧件，锁紧件与光纤线管连接。
光纤法珀腔压力传感器的底端通过底部固定组件与变压器油箱连接。
底部固定组件包括多个三角固定件，多个三角固定件沿外壳的圆周均匀设置，多个三角固定件的底部通过支架与变压器油箱底部连接。
本发明的有益效果是，本发明监测系统充分利用了光纤传输信号的抗干扰能力强，不受强电场、磁场、电磁波的干扰，测量精度高等特点，在一条光纤线路上同时设置光纤光栅温度传感器和光纤法珀腔压力传感器两种传感器，降低了监测线路的复杂性，能够实现对变压器油温油压以及油位的精准测量，满足电力变压器监测的实时性和准确性，确保变压器的安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统中变压器与光纤光栅温度传感模块、光纤法珀腔压力传感器连接示意图；
图2是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统中密封组件的结构示意图；
图3是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统中底部固定组件的结构示意图；
图4是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统中光纤法珀腔压力传感器与光纤光栅温度传感模块的连接结构图；
图5是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统中光纤法珀腔压力传感器的结构示意图；
图6是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统中光纤光栅温度传感器的结构原理图；
图7是本发明基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统的结构示意图。
图中，1.密封组件，2.光纤线管，3.光纤光栅温度传感模块，4.光纤法珀腔压力传感器，5.底部固定组件，6.紧锁件，7.光纤线，8.密封件，9.三角固定件，10.支架，11.光纤光栅温度传感器，12.压敏薄膜，13.陶瓷插针，14.外壳，15.塑胶板，16.光纤线外包线，17.光栅，18.光纤线线芯，19.光纤解调仪和耦合器系统，20.电脑单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，结构如图1和图7所示，包括光纤法珀腔压力传感器4，光纤法珀腔压力传感器4设置于变压器油箱内部且光纤法珀腔压力传感器4的底端通过固定组件5与变压器油箱底部连接，光纤法珀腔压力传感器4中的光纤线7依次与光纤光栅温度传感模块3、光纤线管2连接，光纤线7设置于光纤线管2内，光纤线管2通过密封组件1与变压器油箱连接并伸出变压器油箱顶部，光纤线管2内的光纤线7与光纤解调仪和耦合器系统19连接，光纤解调仪和耦合器系统19与电脑单元20连接，光纤解调仪和耦合器系统19采用3DB光纤耦合器。
如图2所示，密封组件1包括与变压器油箱连接密封件8，密封件8内连接有锁紧件6，锁紧件6与光纤线管2连接，密封件8与锁紧件6的连接处设置有O型胶圈，避免漏油。
如图3所示，底部固定组件5包括多个三角固定件9，多个三角固定件9沿外壳14的圆周均匀设置，多个三角固定件9的底部通过支架10与变压器油箱底部连接，三角固定件9可设为3个，相邻两个之间夹角为120°。
如图6所示，光纤光栅温度传感模块3包括多个依次连接的光纤光栅温度传感器11，多个光纤光栅温度传感器11分别分布于变压器油箱内不同的液位，则能够测量不同油位的温度，光纤光栅温度传感器11包括光纤线外包线16，光纤线外包线16内设置有光纤线线芯18，光纤线线芯18上刻有光栅17；当变压器油温发生变化时，光纤光栅的波长位移量ΔλB会随着变压器油温的变化而变化，从而实现了对变压器油温的实时监测，由温度引起光纤光栅波长的偏移可以表示为：
ΔλB＝λB(ath+ξ)·ΔT＝K′T·ΔT
式中ΔλB为光纤光栅的波长位移量，λB为光纤光栅的中心波长，ath＝0.55×10-6/℃是热膨胀系数，ξ＝8.0×10-6/℃是热光系数，ΔT是温度的变化，K′τ是FBG(光纤布拉格光栅)传感器的总温度灵敏度。
如图5所示，光纤法珀腔压力传感器4包括圆柱形的外壳14，外壳14的两端均开口，外壳14的内部连接有塑胶板15，塑胶板15为圆形且直径等于外壳14的内径，塑胶板15的圆心处套设有陶瓷插针13，陶瓷插针13的一端连接有光纤线7，外壳14远离光纤线7的一端粘接有压敏薄膜12，压敏薄膜12与陶瓷插针13的另一端面平行，压敏薄膜12采用压敏材料，如图4所示，光纤线7与光纤光栅温度传感器11连接，则实现了在同一条线路上同时测量压力信号与温度信号的变化，光纤线7远离陶瓷插针13的一端套接有光纤线管2。
光纤法珀腔压力传感器4的制备方法如下：
步骤1，准备两端开口的空心圆柱形外壳14，圆形塑胶板15，塑胶板15的直径与外壳14的直径相等，用电钻在塑胶板15的圆心位置开设一个孔；
步骤2，将光纤线7的一端外层剥开漏出纤芯部分，将纤芯进行抛光；
步骤3，将步骤2中抛光后的纤芯插入陶瓷插针的一端，涂抹胶使纤芯与陶瓷插针13固定在一起，再将陶瓷插针13安装在步骤1中的孔内，在陶瓷插针13与孔之间进行封胶处理，使陶瓷插针13与塑胶板15固接，得到塑胶板-陶瓷插针-光纤部分；
步骤4，将压敏材料裁剪成圆形形成压敏薄膜12，压敏薄膜12的直径与外壳14的直径相等，将压敏薄膜12粘接在外壳14的一端；
步骤5，将步骤3得到的塑胶板-陶瓷插针-光纤部分从外壳14的另一端放置到外壳14中，使压敏薄膜12与陶瓷插针13的端部平行，将光纤线7与光纤解调仪和耦合器系统19连接，光纤解调仪和耦合器系统19可获得自陶瓷插针13发出的反射光与压敏薄膜12反射光产生的干涉信号，在观察干涉信号的同时，微调陶瓷插针13端面与压敏薄膜12的距离，在干涉信号质量最佳时停止调节，此时保证陶瓷插针13端面与压敏薄膜12平行，将塑胶板15与外壳14胶接在一起，得到光纤法珀腔压力传感器4。
本发明一种基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，通过将光纤法珀腔压力传感器4所测量的位置设置成初始值，设该处的压力值为F1，对应的油位为h1，当变压器油箱内的油压发生变化时，此时光纤法珀腔压力传感器4所测得的油压F发生变化，通过F＝ρgsh可得此时油位h2，通过h1与h2得到此时变压器油位的高度值。
Claims (10)
1.基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，包括光纤法珀腔压力传感器(4)，所述光纤法珀腔压力传感器(4)设置于变压器油箱内部且光纤法珀腔压力传感器(4)的底端与变压器油箱底部连接，所述光纤法珀腔压力传感器(4)的顶端依次与光纤光栅温度传感模块(3)、光纤解调仪和耦合器系统(19)、电脑单元(20)连接。
2.根据权利要求1所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述光纤光栅温度传感模块(3)包括多个依次连接的光纤光栅温度传感器(11)，多个所述光纤光栅温度传感器(11)分别分布于变压器油箱内不同的液位。
3.根据权利要求1所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述光纤法珀腔压力传感器(4)包括圆柱形的外壳(14)，所述外壳(14)的两端均开口，所述外壳(14)的内部连接有塑胶板(15)，所述塑胶板(15)的圆心处套设有陶瓷插针(13)，所述陶瓷插针(13)的一端连接有光纤线(7)，所述外壳(14)远离光纤线(7)的一端粘接有压敏薄膜(12)，所述光纤线(7)与光纤光栅温度传感模块(3)连接。
4.根据权利要求3所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述塑胶板(15)为圆形且直径等于外壳(14)的内径。
5.根据权利要求3所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述压敏薄膜(12)与陶瓷插针(13)的另一端面平行。
6.根据权利要求3所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述压敏薄膜(12)采用压敏材料。
7.根据权利要求3所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述光纤线(7)远离陶瓷插针(13)的一端套接有光纤线管(2)，所述光纤线管(2)通过密封组件(1)与变压器油箱连接且光纤线管(2)的一端伸出变压器油箱顶部。
8.根据权利要求7所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述密封组件(1)包括与变压器油箱连接密封件(8)，所述密封件(8)内连接有锁紧件(6)，所述锁紧件(6)与光纤线管(2)连接。
9.根据权利要求1所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述光纤法珀腔压力传感器(4)的底端通过底部固定组件(5)与变压器油箱连接。
10.根据权利要求9所述的基于法珀腔、光纤光栅的变压器油温油压多参量监测系统，其特征在于，所述底部固定组件(5)包括多个三角固定件(9)，多个所述三角固定件(9)沿外壳(14)的圆周均匀设置，多个所述三角固定件(9)的底部通过支架(10)与变压器油箱底部连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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