CN1445527A

CN1445527A - 变压器油带电量测定用光纤传感器

Info

Publication number: CN1445527A
Application number: CN 03116685
Authority: CN
Inventors: 李荣玉; 殷宗敏
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2003-10-01

Abstract

一种变压器油带电量测定用光纤传感器，包括一根V字型特种光纤探头和两根与自聚焦透镜耦合的多模光纤。将一根特种光纤棒的两个端面研磨抛光后在高温下弯曲成V字型特种光纤探头，两根多模光纤的一端分别与自聚焦透镜耦合，自聚焦透镜与光纤探头粘合，光纤传感器的光纤探头直接放在变压器油中，两根多模光纤的两个引出端分别连接光源和光强测量仪。根据光纤在不同的介电常数的介质中集光能力不同的特性，通过对置于变压器油中的光纤探头透光能力变化情况的监测，可监测变压器油中带电量的变化。本发明的光纤传感器结构简单，灵敏度高，方便实用。

Description

变压器油带电量测定用光纤传感器

技术领域：

本发明涉及一种变压器油带电量测定用光纤传感器，利用成型的光纤作为探头，对变压器进行在线监测，可以对大型电力变压器事故的防范起重要作用。

背景技术：

一般大型电力变压器几乎全是用变压器油灌注的，以便提高其绝缘性及散热性。但是由于油为碳氢化合物，受电、热及环境的影响会发生老化，从而降低其绝缘性能。此外由于油中潮气、构件和线圈受力移位以及绕组导线外部有伤痕等多种原因，使得变压器内部出现放电现象，最初此放电量较小，但随着时间的推移，放电量不断增加，放电电荷向周围扩散，溶于变压器油中；另一方面，在大功率变压器中油被强迫流动，油与绝缘材料表面摩擦产生的电荷也溶于油中。当油中电荷达到一定数量后，可能引起突发性事故。因此，对变压器油中带电的测量研究受到国内外的普遍重视。

国内外对油中带电的测量大都采取“过滤式”原理，如文章“Test procedurefor the measurement of charging tendency of insulating liquids”.(Pcarcc H A.Instruction of Westinghouce Electric Corp，1986)和曾红等“变压器油的带电量及变压器油流静电试验方法的研究”(高电压专委会年会论文集二，1995，P38-45)。这些方法仅适用于静止油中的带电量的测量，而对于流动变压器油中的带电在线测量技术还没有看到好的方法。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种变压器油带电量测定用光纤传感器，结构简单，能有效对现有变压器油的带电量进行在线监测。

为实现这样的目的，本发明设计了一种全绝缘、小体积的置入式传感器，利用成型的光纤作为探头，通过对光通量的检测来达到测量流动变压器油中的带电情况。

本发明的光纤传感器由一根V字型特种光纤探头，两根与自聚焦透镜耦合的多模光纤组成。采用一根φ1.8mm，长约30mm特种光纤棒，将其两个端面研磨抛光后在高温下弯曲成V字型特种光纤探头，两根多模光纤的一端分别与四分之一周期φ1.8mm的自聚焦透镜耦合，多模光纤的自聚焦透镜耦合端与光纤探头用光学树脂粘合，形成光纤传感器。光纤传感器的光纤探头直接放在变压器油中，两根多模光纤的两个引出端分别连接光源和光强测量仪。

多模光纤一端是稳定的光源信号输入，另一端引出光信号，用光强测量仪探测光强的变化。光纤在不同的介电常数的介质中，其集光能力不同。如果变压器油的介电常数发生变化，在油中的光纤探头透光能力会发生变化，通过对置于变压器油中的光纤探头透光能力变化情况的监测，可监测变压器油中带电量的变化。

由于光纤具有绝缘性好、体积小、信号容易引出等优点，因此完全可以用于变压器油带电量的在线检测而对变压器的正常工作不产生影响。

本发明制作的光纤传感器结构简单，光通量大，灵敏度高，易于测试。

附图说明：

图1为本发明光纤传感器的结构示意图。

图1中，1为特种光纤探头，2为自聚焦透镜，3为多模光纤，4为光源，5为光强测量仪。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1所示，本发明设计的光纤传感器包括一根V字型特种光纤探头1和两根与自聚焦透镜2耦合的多模光纤3。V字型特种光纤探头1采用一根φ1.8mm，长约30mm特种光纤棒，两端面研磨抛光后在高温下弯曲成V型而成，两根多模光纤3的一端分别与四分之一周期φ1.8mm的自聚焦透镜2耦合，自聚焦透镜2与光纤探头1用光学树脂粘合，形成光纤传感器。光纤传感器的光纤探头1直接放在变压器油中，两根多模光纤3的两个引出端分别连接光源4和光强测量仪5。

以上光纤传感器基于以下原理：

多模光纤3的两个引出端分别连接光源4和光强测量仪5，一端是稳定的光源信号输入，另一端引出光信号，用光强测量仪探测光强的变化。由于光纤的数值孔径表征了光纤的集光能力，其定义为：

NA = \sqrt{{n_{1}}^{2} - {n_{2}}^{2}}

其中：，n₁为光纤芯的折射率，，n₂为光纤外包层的折射率；

由于介质的折射率和介质的介电常数及导磁率有如下关系：

n = \sqrt{ϵμ}

光纤一旦做成，其介电常数ε₁是不变的，可见，把光纤芯放在不同的介电常数的介质中，由于ε₂不同，其数值孔径是不一样的，即光纤在不同的介电常数的介质中，其集光能力不同。变压器油由于各种原因(老化、打火，事故等)带电后，油的介电常数发生变化，如果在油中放入光纤芯探头，这一光纤芯的数值孔径就发生变化，即透光能力发生变化，通过对光纤透光的监测，从而达到监测变压器油中带电量的变化。

Claims

1、一种变压器油带电量测定用光纤传感器，其特征在于包括一根V字型特种光纤探头(1)和两根与自聚焦透镜(2)耦合的多模光纤(3)，V字型特种光纤探头(1)采用一根φ1.8mm，长约30mm特种光纤棒，两端面研磨抛光后在高温下弯曲成V型而成，两根多模光纤(3)的一端分别与四分之一周期φ1.8mm的自聚焦透镜(2)耦合，自聚焦透镜(2)与光纤探头(1)粘合，光纤传感器的光纤探头(1)直接放在变压器油中，两根多模光纤(3)的两个引出端分别连接光源(4)和光强测量仪(5)。