CN201514294U - 基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置 - Google Patents
基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201514294U CN201514294U CN200920230767.8U CN200920230767U CN201514294U CN 201514294 U CN201514294 U CN 201514294U CN 200920230767 U CN200920230767 U CN 200920230767U CN 201514294 U CN201514294 U CN 201514294U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating temperature
- signal
- optical
- tap changer
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本实用新型是基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头过热故障诊断装置，其特征是宽带光源的光源输出端与3dB耦合器的第一输入端相接，3dB耦合器输出/输入端与光纤光栅温度传感器的输入/输出端对应相接，光纤光栅温度传感器放入有载分接开关油箱内，3dB耦合器的信号输出端与光谱分析仪的信号输入端相接，光谱分析仪的信号输出端与计算机的信号输入相接。优点：利用光纤光栅温度传感器测温，采用光信号进行测量和传输，现场实现检测的电气隔离。使用光栅技术，检测信号以光信号中心波长为表征量，克服传统光传感器依赖光强大小的缺点，稳定性好，使用寿命长。传感器伸入到分接开关内，距离触头近，灵敏度和可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头过热故障诊断装置，属于电气控制工程领域。
背景技术
变压器调压主要是通过改变分接绕组的抽头位置来实现的，分为无励磁调压和有载调压两种形式。变压器中连接和切换变压器分接抽头的装置通常称为分接开关。切换分接抽头不需将变压器从电网中切除，即带负载切换调压，称有载调压。有载调压所采用的分接开关称为有载分接开关。有载分接开关是变压器完成有载调压的核心部件，也是变压器的重要配套组件之一。
110kV及以上的电力变压器中有载分接开关应用日益普及，随着对电能质量要求的提高，电力变压器有载分接开关日均调压次数显著增多，有载分接开关的故障有增加的趋势。开展分接开关运行的状态监测和故障诊断对电力系统安全运行意义重大，具有良好的应用前景。
有载分接开关的在线监测和故障诊断技术起步于20世纪90年代，目前仍在发展中。国内外通用的监测方法是采用振动传感器测量分接开关操作过程中的振动信号，然后利用一定的信号处理方法和诊断算法来评估和预测分接开关的工作状态。
触头过热故障是有载分接开关的常见故障之一。由于机械性能劣化导致触头分接不到位，或是由于电气性能劣化导致的触头接触电阻增大等等，触头温度都将异常升高。然而有载分接开关触头过热的传感受下述因素的限制：①发热部位通常密封在设备外壳内，红外传感技术受限；②发热部位常处较高的电位，热电偶、热电阻等常用热敏元件接触传感方法受限；③在油箱内的触头过热对分接开关来说是局部过热，反映在整个油箱(外部)的温度变化不敏感，因而，在变压器外部测量温度的可靠性受限。目前对有载分接开关触头温度的监测还没有理想的方法，研究中的测量技术主要有两种，一是采用温度传感器在油箱外监测温升。该监测方法实现简单，只需在变压器油箱外壳上安装温度传感器或红外传感器，但正如上面所述，受外部环境影响较大，准确度和可靠性都难以保证；二是采用声音传感器监测局部过热产生的高频噪声信号。当触头温度升高到一定程度，被加热的变压器油将产生噪声信号。通过声音传感器在变压器油箱外部监测噪声信号，通过信号分析处理对变压器内部过热情况进行判断。该方法受油的状态、油箱结构、发热源类型以及各种干扰信号的影响较大，而且变压器运行时本身的电磁噪声较大，对基于噪声的测量影响较大，特别是基于噪声的监测技术需要油的温度上升到一定程度(文献报道要达到200℃左右)，这时变压器分接开关故障已很严重，不符合故障诊断的基本原则。另外，由于分接开关正常工作状态下分接开关油箱中也会产生相关的气体，因此人们在变压器主体油箱中常使用的三比值法，在分接开关油的分析中应用也非常困难。
总之，目前对变压器有载分接开关触头温度的监测还缺乏切实有效的手段。
发明内容
本实用新型的目的在于解决有载分接开关触头过热故障难以诊断这一疑难课题，提出了切实可行的一种基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头过热故障诊断装置。
本实用新型的技术解决方案：其特征是宽带光源的光源输出端与3dB耦合器第一输入端相连，光纤光栅温度传感器放置在有载分接开关油箱内的油中，光纤光栅温度传感器的输出/输入端与3dB耦合器的输入/输出端对应相接，3dB耦合器的信号输出端与光谱分析仪的信号输入端相接，光谱分析仪的信号输出端再与计算机的信号输入相接。
本实用新型的优点：1)、本系统利用光纤光栅温度传感器测温，由于光纤光栅测温系统采用光信号进行测量和传输，现场实现了检测的电气隔离。2)、同时该系统使用光栅技术，检测信号以光信号中心波长为表征量，克服了传统光传感器依赖光强大小的缺点，稳定性好，使用寿命长。3)、该传感器伸入到分接开关内部，距离触头近，灵敏度和可靠性都更高。
附图说明
图1是故障诊断系统的结构框图
图2是光纤光栅温度传感试验原理图
图3是试验中温度变化时反射光波的波长变化曲线
图4是现场实施例示意图.
附图1中的1为有载分接开关切换触头，2为油(实际上整个开关切换触头均在油中)，3为光纤光栅温度传感器(采用现有技术)，4为3dB耦合器(现有技术)，5为光谱分析仪(现有技术)，6为计算机，7为宽带光源。
具体实施方式
如附图1所示，其结构是光纤光栅传感系统的入射光由宽带光源7经3dB耦合器4输入，当有载分接开关触头1温度升高时，将使有载分接开关触头上方油2的温度也上升，从而使光纤光栅温度传感器3的温度发生变化，导致光栅周期变化，因而产生光栅反射光信号的波长位移；反射光信号从光纤光栅温度传感器输出经3dB耦合器输入到光谱分析仪5进行分析，光谱分析仪分析得到的反射光波长信号输入到计算机6，通过计算机中的监测程序即可监测触头温度的变化。
1、系统工作原理
基于光纤光栅温度测量的有载分接开关故障诊断系统的连接框图如附图1所示。满足要求的入射光波被光纤光栅反射，反射光波的波长为：
λB＝2neffΛ (1)
式中λB为光纤光栅反射波长(nm)，neff为纤芯有效折射率，Λ为光栅周期(栅距)。neff和Λ均受外界环境彭响(温度、压力等而发生变化，因而导致光纤光据的反射波长发生移动。由温度变化引起的光纤光栅中心反射波长的漂移为：
ΔλB＝2neffΛ(α+ξ)ΔT (2)
式中ΔλB为光纤光栅反射波长的漂移量(nm)，α为光纤的线性热膨胀系数(/℃)，ξ为光纤的热光系数(/℃)，ΔT为温度变化量(℃)。
当温度发生变化时，通过获知光纤光栅反射波长漂移量即可获得温度的变化数据。
将光纤光栅温度传感器安装于有载分接开关触头上方约20cm左右的空隙处，并浸于油中(工程中可根据实际上的允许空间决定)，光纤则通过分接开关输油口(或其它口)伸入到分接切换开关内部靠近分接开关上触头的位置，并通过绝缘包扎线将光纤光栅温度传感器与分接开关机体固定。当有载分接开关触头温度升高时，通过有载分接开关触头附近油的传导使光纤光栅温度传感器的温度也升高，从而使光纤光栅反射波长漂移。通过对反射光波波长漂移量的监测即可判断有载分接开关触头温度的变化。
实施例1：实验
为了验证本发明的可行性，进行如下实验。光纤光栅温度传感测试实验原理图如附图2所示。首先吊出分接开关切换芯子，将发热电阻固定到分接开关的触头上方，然后将切换芯子装回分接开关油箱内，通电给发热电阻加热。从宽带光源(BBS)发出的光经过3dB耦合器入射到单模光纤，进而入射到分接开关油箱内的光纤光栅传感器，经光纤光栅传感器反射的光又经3dB耦合器进入光谱分析仪(OSA)，通过光谱分析仪观察光纤光栅反射光中心波长的变化。光纤光栅的工作温度由安装在其附近的温度计读取。与耦合器连接的光谱仪(AnritsuMS9710C)的分辨率为0.01nm，用以监测光纤光栅反射光波中心波长λB。
对照图3，其结构是宽带光源的光源输出端与3dB耦合器的光源输入端相接，光纤光栅温度传感器放入分接开关油箱内，分接开关油箱内的加热电阻接工频交流电源，温度计放置在光纤光栅温度传感器的一侧，光纤光栅温
度传感器的输出/输入端与3dB耦合器的输入/输出端对应相接，3dB耦合器的信号输出端与光谱分析仪的信号输入端相接。
实验中，温度变化范围为20～180℃，温度每变化10℃记录一个λB，对于硅基质掺锗光纤材料，α≈5.5×10-7/℃，ξ≈6.3×10-6/℃，20℃时反射光中心波长为1550.21nm。在该温度变化范围内，中心波长的λB总漂移量为1.70nm。实验中的光纤光栅中心反射波长随温度变化的响应曲线如图4所示。
对附图3中的实验数据进行线性拟合，曲线方程都是Y＝0.01062X+1550，且温度的线性拟合度很好。因此，通过光谱分析仪监测的反射光中心波长的数据，即可推算出传感器的温度数据。当监测到的有载分接开关触头温度超过设定的预警值时，说明有载分接开关存在触头过热故障，监测系统将通过报警提醒监控中心停机检修。
实施例2：现场
现场实施按图4方式进行，光信号的前向通路(输入通路)与前面一样，即：光从光源发出经3dB耦合器、连接光缆到安放在分接开关内所充的油中的光纤光栅温度传感器；反射光经传感器、3dB耦合器、到光电转换器转变为电信号，经计算机处理，得到分接开关油的温度，再根据正常状态下分接开关油的温度情况，诊断分接开关的状态。
Claims (2)
1.基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头过热故障诊断装置，其特征是宽带光源的光源输出端与3dB耦合器的第一输入端相接，3dB耦合器输出/输入端与光纤光栅温度传感器的输入/输出端对应相接，光纤光栅温度传感器放入有载分接开关油箱内，3dB耦合器的信号输出端与光谱分析仪的信号输入端相接，光谱分析仪的信号输出端与计算机的信号输入相接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头过热故障诊断装置，其特征是所述的光纤光栅温度传感器安装在分接开关工作触头上方约20cm的空隙处，并通过绝缘包扎线将光纤光栅温度传感器与分接开关机体固定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200920230767.8U CN201514294U (zh) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | 基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200920230767.8U CN201514294U (zh) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | 基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201514294U true CN201514294U (zh) | 2010-06-23 |
Family
ID=42485706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200920230767.8U Expired - Fee Related CN201514294U (zh) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | 基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201514294U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113267724A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-17 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 变压器的有载分接开关在线监测系统 |
-
2009
- 2009-09-08 CN CN200920230767.8U patent/CN201514294U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113267724A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-17 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 变压器的有载分接开关在线监测系统 |
| CN113267724B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-03-07 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 变压器的有载分接开关在线监测系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101639386B (zh) | 有载分接开关触头过热故障诊断的方法及装置 | |
| US20160320324A1 (en) | Method for Predicting the Life of Transformer based on Fiber Grating Temperature Measurement System | |
| US7377689B2 (en) | Transformer temperature monitoring and control | |
| Hamed Samimi et al. | Survey of different sensors employed for the power transformer monitoring | |
| CN102147297B (zh) | 一种分布式光纤温度传感测量装置和方法 | |
| JP2012073257A (ja) | 電気機械部品監視システム及び方法 | |
| CN103487162A (zh) | 基于光纤网络的高压设备触点温度在线监测系统 | |
| CN111238682A (zh) | 基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统 | |
| CN104019835B (zh) | 长距离电缆现场机械特性测试系统与方法 | |
| CN203479425U (zh) | 基于光纤网络的高压设备触点温度在线监测系统 | |
| US20140092938A1 (en) | Method for determining a temperature in a winding of subconductors of an electric machine | |
| CN201514294U (zh) | 基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置 | |
| Wei-Gen et al. | The measuring method for internal temperature of power transformer based on FBG sensors | |
| CN1971225A (zh) | 大容量光纤光栅测温系统 | |
| CN201000371Y (zh) | 带光纤光栅传感器的便携式电设备温度检测系统及其传感器 | |
| CN101608976A (zh) | 智能复合材料杆塔健康监测装置 | |
| CN102509590B (zh) | 用于测量高压母排温度的光纤复合绝缘子及制备方法 | |
| CN104655321B (zh) | 一种电容器内熔丝温度测量装置 | |
| CN203191111U (zh) | 基于光纤传感技术的电接点温度测量装置 | |
| Wang et al. | Research on application of distributed FBG in on-line temperature sensing of power transformer | |
| CN102507043B (zh) | 用于测量高压开关触头温度的光纤复合触头盒及制备方法 | |
| CN204495481U (zh) | 电容器内熔丝温度测量装置 | |
| Dong et al. | On line monitoring of substation equipment temperature based on fiber Bragg grating | |
| CN104132751A (zh) | 自动预警光栅换位导线 | |
| CN203572866U (zh) | 一种基于三级制冷片的光纤光栅电流传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100623 Termination date: 20180908 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |