CN116295916B - 一种分压器温度在线监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分压器温度在线监测装置及监测方法，该温度监测装置主要由宽带光源、耦合器、光纤光栅、起偏器、相位调制型温度传感器、反射镜、偏振分析仪、温度监测装置组成，通过光栅的波长选择作用及相位调制型温度传感器的热光转换，实现了直流分压器内部电阻筒的温度分布式在线监测。具有抗电磁干扰能力强、测量精度高、本征隔爆绝缘及分布式测量等特点。

Description

一种分压器温度在线监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及高压电力系统技术领域，尤其是一种分压器温度在线监测装置及监测方法。

背景技术

直流分压器是直流输变电设备的重要组成部分，电阻固定安装在电阻筒上，由于工作电压高，分压器内部电阻元件上流过的电流产生的热量大，而温度会影响电阻元件的阻值，进而影响分压器的测量准确性；另外，热量易聚集在电阻筒的上部，温度分布不均匀导致电阻串上电压分布不均匀，而电容的电压分布受温度的影响很小，因此产生径向压差，同时径向压差过大时会导致分压器的绝缘筒被击穿，威胁设备和工作人员的安全。

目前还没有行之有效的方法可以实现直流分压器温度的在线监测，因此亟需一种温度在线监测装置，来获取温度的实时数据，有利于及时分析掌握直流分压器的运行状态。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的直流分压器内部温度监测难度高、难以分布式测量的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种分压器温度在线监测装置，包括，收发组件，所述收发组件包括宽带光源、偏振分析仪和温度监测仪，所述偏振分析仪和温度监测仪连接；

监测组件，所述监测组件包括连接宽带光源的分光件、连接分光件的对比件和连接对比件的反馈件；

所述对比件连接偏振分析仪，所述反馈件设置于直流分压器内部。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述分光件包括第一耦合器、光纤光栅和起偏器，所述第一耦合器包括第一输入端、第一输出端和第一反馈端；

所述起偏器连接第一输入端，所述光纤光栅连接第一反馈端，所述第一输入端与宽带光源连接。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述对比件包括第二耦合器，所述第二耦合器与起偏器连接，所述偏振分析仪连接所述第二耦合器。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述第二耦合器包括第二输入端、第二输出端和第二反馈端，所述第二输入端与起偏器连接，所述第二反馈端与所述偏振分析仪连接。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述反馈件包括第三耦合器和温度传感器，所述第三耦合器与所述第二耦合器连接，所述温度传感器与所述第三耦合器连接。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述第三耦合器包括第三输入端、第三输出端和第三反馈端，所述第三输入端连接第二输出端，所述第三输出端连接温度传感器一端，所述第三反馈端连接温度传感器另一端。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述监测组件对应设置有多个分光件、对比件和反馈件，多个分光件串联设置，后一个第一耦合器连接前一个光纤光栅；多个反馈件沿直流分压器轴向分布。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：还包括直流分压器内设置有电阻筒，所述电阻筒上固定安装有多个电阻；

所述温度传感器设置于所述电阻上。

作为本发明所述分压器温度在线监测装置的一种优选方案，其中：所述光纤光栅的中心波长为λ，所述温度传感器由硅基光波导及温度敏感材料制成。

一种基于前述分压器温度在线监测装置的分压器温度在线监测方法，包括：宽带光源的输出光通过第一输入端进入第一耦合器，从第一耦合器的第一反馈端输出；第一反馈端的输出光到达光纤光栅，波长λ的光被反射回来，其余波长的光继续向前传输；波长λ的反射光通过光纤光栅返回第一耦合器，第一耦合器的第一输出端输出；第一输出端的输出光经过起偏器后形成线偏振光，通过第二输入端进入第二耦合器，从第二耦合器的第二输出端输出；第二输出端输出的线偏振光通过第三输入端进入第三耦合器，从第三输出端输出；从第三输出端输出的线偏振光经过温度传感器，引入相位延迟F1，通过第三反馈端返回第三耦合器，从第三输入端输出；从第三输入端输出的带有相位延迟F1的线偏振光通过第二输出端返回第二耦合器，从第二反馈端输出；从第二反馈端输出的带有相位延迟F1的线偏振光进入偏振分析仪中，经解算得到相位角F1，转换为数字信号后通过数据线传输给温度监测仪。

本发明的有益效果：本发明利用光栅的波长选择作用及相位调制型温度传感器的热光转换作用，实现了直流分压器内部电阻筒的温度分布式在线监测。且直流分压器内部均为无源光路结构，抗电磁干扰能力强、本征隔爆绝缘性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提供的一种实施例所述的分压器温度在线监测装置的部件连接结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施例所述的分压器温度在线监测装置中详细端口连接示意图结构示意图；

图3为本发明提供的一种实施例所述的分压器温度在线监测装置的完整细节结构示意图；

图4为本发明提供的一种实施例所述的分压器温度在线监测装置不同测点监测的温升反馈示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1~3，本实施例提供了一种分压器温度在线监测装置，包括，收发组件100，收发组件100包括宽带光源101、偏振分析仪102和温度监测仪103，偏振分析仪102和温度监测仪103连接；监测组件200，监测组件200包括连接宽带光源101的分光件201、连接分光件201的对比件202和连接对比件202的反馈件203；对比件202连接偏振分析仪102，反馈件203设置于直流分压器300内部。

分光件201包括第一耦合器组201a、光纤光栅组201b和起偏器组201c，第一耦合器组201a包括第一输入端k1、第一输出端k2和第一反馈端k3；

起偏器组201c连接第一输入端k1，光纤光栅组201b连接第一反馈端k3，第一输入端k1与宽带光源101连接。

对比件202包括第二耦合器组202a，第二耦合器组202a与起偏器组201c连接，偏振分析仪102连接第二耦合器组202a。

第二耦合器组202a包括第二输入端k4、第二输出端k5和第二反馈端k6，第二输入端k4与起偏器组201c连接，第二反馈端k6与偏振分析仪102连接。

反馈件203包括第三耦合器组203a和温度传感器组203b，第三耦合器组203a与第二耦合器组202a连接，温度传感器组203b与第三耦合器组203a连接。

第三耦合器组203a包括第三输入端k7、第三输出端k8和第三反馈端k9，第三输入端k7连接第二输出端k5，第三输出端k8连接温度传感器组203b一端，第三反馈端k9连接温度传感器组203b另一端。

监测组件200对应设置有多个分光件201、对比件202和反馈件203，多个分光件201串联设置，后一个第一耦合器组201a连接前一个光纤光栅组201b；多个反馈件203沿直流分压器300轴向分布。

还包括直流分压器300内设置有电阻筒301，电阻筒301上安装固定有多个电阻302；温度传感器组203b设置于电阻302上。

光纤光栅组201b的中心波长为λ，温度传感器组203b由硅基光波导及温度敏感材料制成。

具体的：

本发明实施例的一种分压器温度在线监测装置由宽带光源101，其中，第一耦合器组201a包括有耦合器A1、耦合器A2、…、耦合器An，光纤光栅组201b包括有光纤光栅G1、光纤光栅G2、…、光纤光栅Gn，起偏器组201c包括有起偏器Q1、起偏器Q2、…、起偏器Qn，第二耦合器组202a包括有耦合器B1、耦合器B2、…、耦合器Bn；第三耦合器组203a包括有耦合器C1、耦合器C2、…、耦合器Cn；温度传感器组203b包括有相位调制型温度传感器W1、相位调制型温度传感器W2、…、相位调制型温度传感器Wn，偏振分析仪102，温度监测装置103组成。

所述宽带光源101通过单模光纤与耦合器A1的端口A11连接，耦合器A1的端口A12通过单模光纤与起偏器Q1连接，耦合器A1的端口A13通过光纤光栅G1与耦合器A2的端口A21连接，起偏器Q1通过保偏光纤与耦合器B1的端口B11连接，耦合器B1的端口B12通过保偏光纤从直流分压器底部穿入内部与耦合器C1的端口C11连接，耦合器C1的端口C12通过保偏光纤与M相位调制型温度传感器W1的一端连接，耦合器C1的端口C13通过保偏光纤与M相位调制型温度传感器W1的另一端连接，耦合器B1的端口B13通过保偏光纤与偏振分析仪102连接，偏振分析仪102通过数据线与温度监测装置103连接；

耦合器A2的端口A22通过单模光纤与起偏器Q2连接，耦合器A2的端口A23通过光纤光栅G2与下一个耦合器连接；起偏器Q2通过保偏光纤与耦合器B2的端口B21连接，耦合器B2的端口B22通过保偏光纤从直流分压器底部穿入内部与耦合器C2的端口C21连接，耦合器C2的端口C22通过保偏光纤与相位调制型温度传感器W2的一端连接，耦合器C2的端口C23通过保偏光纤与相位调制型温度传感器W2的另一端连接，耦合器B2的端口B23通过保偏光纤与偏振分析仪102连接；

耦合器An的端口An2通过单模光纤与起偏器Qn连接，耦合器An的端口An3留有光纤光栅Gn尾纤，起偏器Qn通过保偏光纤与耦合器Bn的端口Bn1连接，耦合器Bn的端口Bn2通过保偏光纤从直流分压器底部穿入内部与耦合器Cn的端口Cn1连接，耦合器Cn的端口Cn2通过保偏光纤与相位调制型温度传感器Wn的一端连接，耦合器Cn的端口6n3通过保偏光纤与相位调制型温度传感器Wn的另一端连接，耦合器Bn的端口Bn3通过保偏光纤与偏振分析仪102连接；

相位调制型温度传感器W1、相位调制型温度传感器W2、…、相位调制型温度传感器Wn粘贴在电阻筒301的电阻上。

进一步的，所述光纤光栅G1、光纤光栅G2、…、光纤光栅Gn的中心波长分别为λ1、λ2、…、λn。

进一步的，所述M相位调制型温度传感器W1、相位调制型温度传感器W2、…、相位调制型温度传感器Wn均由硅基光波导及温度敏感材料制成。

进一步的，所述电阻筒301位于直流分压器内部，电阻筒301 上固定安装有电阻302。

参照图1~3，本发明公开了一种基于前述分压器温度在线监测装置的分压器温度在线监测方法，包括宽带光源101的输出光通过第一输入端k1进入第一耦合器组201a，从第一耦合器组201a的第一反馈端k3输出；第一反馈端k3的输出光到达光纤光栅组201b，波长λ的光被反射回来，其余波长的光继续向前传输；波长λ的反射光通过光纤光栅组201b返回第一耦合器组201a，第一耦合器组201a的第一输出端k2输出；第一输出端k2的输出光经过起偏器组201c后形成线偏振光，通过第二输入端k4进入第二耦合器组202a，从第二耦合器组202a的第二输出端k5输出；第二输出端k5输出的线偏振光通过第三输入端k7进入第三耦合器组203a，从第三输出端k8输出；从第三输出端k8输出的线偏振光经过温度传感器组203b，引入相位延迟F1，通过第三反馈端k9返回第三耦合器组203a，从第三输入端k7输出；从第三输入端k7输出的带有相位延迟F1的线偏振光通过第二输出端k5返回第二耦合器组202a，从第二反馈端k6输出；从第二反馈端k6输出的带有相位延迟F1的线偏振光进入偏振分析仪102中，经解算得到相位角F1，转换为数字信号后通过数据线传输给温度监测仪103。

具体的：

①：宽带光源101的输出光通过端口A11进入耦合器A1，从耦合器A1的端口A13输出；端口A13的输出光到达光纤光栅G1，波长λ1的光被反射回来，其余波长的光继续向前传输；波长λ1的反射光通过端口A13返回耦合器A1，从耦合器A1的端口A12输出；端口A12的输出光经过起偏器Q1后形成线偏振光，通过端口B11进入耦合器B1，从耦合器B1的端口B12输出；端口B12输出的线偏振光通过端口C11进入耦合器C1，从端口C12输出；从端口C12输出的线偏振光经过相位调制型温度传感器W1，引入相位延迟F1，通过端口C13返回耦合器C1，从端口C11输出；从端口C11输出的带有相位延迟F1的线偏振光通过端口B12返回耦合器B1，从端口B13输出；从端口B13输出的带有相位延迟F1的线偏振光进入偏振分析仪102中，经解算得到相位角F1，转换为数字信号后通过数据线传输给温度监测装置103；

②：穿过光纤光栅G1的输出光通过端口A21进入耦合器A2，从耦合器A2的端口A23输出；端口A23的输出光到达光纤光栅G2，波长λ2的光被反射回来，其余波长的光继续向前传输；波长λ2的反射光通过端口A23返回耦合器A2，从耦合器A2的端口A22输出；端口A22的输出光经过起偏器Q2后形成线偏振光，通过端口B21进入耦合器B2，从耦合器B2的端口B22输出；端口B22输出的线偏振光通过端口C21进入耦合器C2，从端口C22输出；从端口C22输出的线偏振光经过相位调制型温度传感器W2，引入相位延迟F2，通过端口C23返回耦合器C2，从端口C21输出；从端口C21输出的带有相位延迟F2的线偏振光通过端口B22返回耦合器B2，从端口B23输出；从端口B23输出的带有相位延迟F2的线偏振光进入偏振分析仪102中，经解算得到相位角F2，转换为数字信号后通过数据线传输给温度监测装置103；

③：通过端口An1进入耦合器An的光从端口An3输出；端口An3的输出光到达光纤光栅Gn，波长λn的光被反射回来，其余波长的光继续向前传输；波长λn的反射光通过端口An3返回耦合器An，从耦合器An的端口An2输出；端口An2的输出光经过起偏器Qn后形成线偏振光，通过端口Bn1进入耦合器Bn，从耦合器Bn的端口Bn2输出；端口Bn2输出的线偏振光通过端口Cn1进入耦合器Cn，从端口Cn2输出；从端口Cn2输出的线偏振光经过相位调制型温度传感器Wn，引入相位延迟Fn，通过端口Cn3返回耦合器Cn，从端口Cn1输出；从端口Cn1输出的带有相位延迟Fn的线偏振光通过端口Bn2返回耦合器Bn，从端口Bn3输出；从端口Bn3输出的带有相位延迟Fn的线偏振光进入偏振分析仪102中，经解算得到相位角Fn，转换为数字信号后通过数据线传输给温度监测装置103；

④：温度监测装置103将相位信息F1、F2、…、Fn转化为温度信息，通过屏幕显示出来，实现直流分压器内部温度的在线监测。

本发明利用光栅的波长选择作用及相位调制型温度传感器的热光转换作用，实现了直流分压器内部电阻筒的温度分布式在线监测。且直流分压器内部均为无源光路结构，抗电磁干扰能力强、本征隔爆绝缘性好。

具体验证效果如下表：

前期完成1100kV直流电压测量装置温升试验，施加直流电压为负极性1094kV，通过15小时的长时间通直流电压，温度基本处于稳定状态，最大温升为11.5K。

测点1-环氧筒高压端；测点2-环氧筒中间部位；测点3-环氧筒低压端；

表1

从表格数据可知，本发明公开了一种基于前述分压器温度在线监测装置的分压器温度在线监测方法，可实现直流分压器内部电阻筒的不同位置的温度实时测量，监控产品内部运行状态，确保测量数据准确性和运行可靠性。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征）。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种分压器温度在线监测装置，其特征在于：包括，

收发组件（100），所述收发组件（100）包括宽带光源（101）、偏振分析仪（102）和温度监测仪（103），所述偏振分析仪（102）和温度监测仪（103）连接；

监测组件（200），所述监测组件（200）包括连接宽带光源（101）的分光件（201）、连接分光件（201）的对比件（202）和连接对比件（202）的反馈件（203）；

所述分光件（201）包括第一耦合器（201a）、光纤光栅（201b）和起偏器（201c），所述第一耦合器（201a）包括第一输入端（k1）、第一输出端（k2）和第一反馈端（k3）；所述起偏器（201c）连接第一输入端（k1），所述光纤光栅（201b）连接第一反馈端（k3），所述第一输入端（k1）与宽带光源（101）连接；

所述对比件（202）包括第二耦合器（202a），所述第二耦合器（202a）与起偏器（201c）连接，所述偏振分析仪（102）连接所述第二耦合器（202a）；

所述第二耦合器（202a）包括第二输入端（k4）、第二输出端（k5）和第二反馈端（k6），所述第二输入端（k4）与起偏器（201c）连接，所述第二反馈端（k6）与所述偏振分析仪（102）连接；

所述反馈件（203）包括第三耦合器（203a）和温度传感器（203b），所述第三耦合器（203a）与所述第二耦合器（202a）连接，所述温度传感器（203b）与所述第三耦合器（203a）连接；

所述对比件（202）连接偏振分析仪（102），所述反馈件（203）设置于直流分压器（300）内部。

2.根据权利要求1所述的分压器温度在线监测装置，其特征在于：所述第二耦合器（202a）包括第二输入端（k4）、第二输出端（k5）和第二反馈端（k6），所述第二输入端（k4）与起偏器（201c）连接，所述第二反馈端（k6）与所述偏振分析仪（102）连接。

3.根据权利要求2所述的分压器温度在线监测装置，其特征在于：所述第三耦合器（203a）包括第三输入端（k7）、第三输出端（k8）和第三反馈端（k9），所述第三输入端（k7）连接第二输出端（k5），所述第三输出端（k8）连接温度传感器（203b）一端，所述第三反馈端（k9）连接温度传感器（203b）另一端。

4.根据权利要求3所述的分压器温度在线监测装置，其特征在于所述监测组件（200）对应设置有多个分光件（201）、对比件（202）和反馈件（203），多个分光件（201）串联设置，后一个第一耦合器（201a）连接前一个光纤光栅（201b）；多个反馈件（203）沿直流分压器（300）轴向分布。

5.根据权利要求4所述的分压器温度在线监测装置，其特征在于：还包括直流分压器（300）内设置有电阻筒（301），所述电阻筒（301）上固定安装有多个电阻（302）；

所述温度传感器（203b）设置于所述电阻（302）上。

6.根据权利要求5所述的分压器温度在线监测装置，其特征在于：所述光纤光栅（201b）的中心波长为λ，所述温度传感器（203b）由硅基光波导及温度敏感材料制成。

7.一种基于权利要求1~6任一所述分压器温度在线监测装置的分压器温度在线监测方法，其特征在于：宽带光源（101）的输出光通过第一输入端（k1）进入第一耦合器（201a），从第一耦合器（201a）的第一反馈端（k3）输出；第一反馈端（k3）的输出光到达光纤光栅（201b），波长λ的光被反射回来，其余波长的光继续向前传输；波长λ的反射光通过光纤光栅（201b）返回第一耦合器（201a），第一耦合器（201a）的第一输出端（k2）输出；第一输出端（k2）的输出光经过起偏器（201c）后形成线偏振光，通过第二输入端（k4）进入第二耦合器（202a），从第二耦合器（202a）的第二输出端（k5）输出；第二输出端（k5）输出的线偏振光通过第三输入端（k7）进入第三耦合器（203a），从第三输出端（k8）输出；从第三输出端（k8）输出的线偏振光经过温度传感器（203b），引入相位延迟F1,通过第三反馈端（k9）返回第三耦合器（203a），从第三输入端（k7）输出；从第三输入端（k7）输出的带有相位延迟F1的线偏振光通过第二输出端（k5）返回第二耦合器（202a），从第二反馈端（k6）输出；从第二反馈端（k6）输出的带有相位延迟F1的线偏振光进入偏振分析仪（102）中，经解算得到相位角F1，转换为数字信号后通过数据线传输给温度监测仪（103）。