CN202420549U

CN202420549U - 变压器多参数光纤在线监测系统

Info

Publication number: CN202420549U
Application number: CN2011205185805U
Authority: CN
Inventors: 闵力; 王昌; 祁海峰; 王金玉; 李淑娟
Original assignee: Laser Institute of Shandong Academy of Science
Current assignee: Laser Institute of Shandong Academy of Science
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-13

Abstract

一种变压器多参数光纤在线监测系统，它主要包括半导体DFB激光器以及与之光连接的声发射光纤传感器和光纤布拉格光栅温度传感器，所述声发射光纤传感器与第一光电信号转换及滤波装置光连接，第一光电信号转换及滤波装置与数据采集卡电联接；光纤布拉格光栅温度传感器与第二光电信号转换及滤波装置光连接；第二光电信号转换及滤波装置与ARM核心板电联接；数据采集卡和ARM核心板均与嵌入式主板电联接。

Description

变压器多参数光纤在线监测系统

技术领域

本实用新型设计涉及一种变压器多参数在线监测装置，尤其涉及一种基于光纤传感的变压器局部放电及放电定位、内部温度在线多参数监测系统。

背景技术

智能电网是十二五计划中的重点发展课题，而变压器作为电力系统枢纽设备，它的稳定性直接影响到电网的稳定性。当电力变压器产生形变或破坏时会产生局部放电，而局部放电伴随着声发射现象。声发射现象包含复杂的超声信号，同时放电位置周围的温度将升高，以此为热源引起变压器内部整体温度的提升，因此检测变压器声发射信号及温度就是监测电力变压器的整体运行情况。

光纤传感器体积小、物理性质稳定、绝缘度高，和电力变压器紧密的结合在一起，通过在线对变压器的多个参数监测，实时的了解变压器的运行状况，并通过监测仪器解调、计算得到局部放电及放电位置、内部温度的具体量化，从而提前发现异常征兆，并确定异常故障的位置，方便变压器的维修及更换。

中国专利申请号为：201020518443.7提供了一种基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统，通过光纤光栅传感器实现变压器内部多点温度的实时测量，测量范围为0℃-200℃，测量精度优于1℃，测温的定位精度优于0.1米，同时提到该检测系统可检测局部放电等参数，但是没有给出对局部放电参数检测的具体性能指标，也没有涉及局部放电的定位。

中国专利申请号为“201020302185.9提供一种基于熔融拉锥过度耦合光纤传感器的变压器局部放电检测装置，但是没有涉及局部放电的传感器阵列、定位系统及内部温度检测。

中国专利申请号为：201010023128.1提供了一种基于光纤超声波传感器检测电力变压器局部放电在线监测和定位系统，但是没有涉及对电力变压器的内部温度检测。

发明内容

本实用新型的目的在于解决电力变压器局部放电及定位位置、内部运行温度的多参数在线监测问题，提供了一种采用熔融拉锥过度耦合光纤组合阵列检测局部放电及放电定位，及采用光纤布拉格光栅同时检测内部运行温度的变压器多参数在线监测系统。该系统具有本质安全、绝缘度高、多参数同步监测、远程在线实时响应、易进行以太网连接等优点。

为达到上述目的，本实用新型采用以下方案：一种变压器多参数光纤在线监测系统，它主要包括半导体DFB激光器以及与之光连接的声发射光纤传感器和光纤布拉格光栅温度传感器，所述声发射光纤传感器与第一光电信号转换及滤波装置光连接，第一光电信号转换及滤波装置与数据采集卡电联接；光纤布拉格光栅温度传感器与第二光电信号转换及滤波装置光连接；第二光电信号转换及滤波装置与ARM核心板电联接；数据采集卡和ARM核心板均与嵌入式主板电联接。

所述声发射光纤传感器的光纤传感探头由熔融拉锥过度耦合光纤制作而成，尾端为三根光纤，通过铠装光缆与第一光电信号转换及滤波装置光连接。

所述光纤布拉格光栅温度传感器为陶瓷封装的光纤布拉格光栅；通过铠装光缆与第二光电信号转换及滤波装置光连接；两种传感器通过一根8芯以上的铠装光缆连接至变压器多参数光纤监测仪。

所述声发射光纤传感器安装在变压器外壳或内部，光纤光栅温度传感器安装在变压器油温接口或内部绕组。

所述半导体DFB激光器为两个波段内范围的光源，主要选取1309nm-1311nm及1530nm-1532nm波长的光源。

所述第一光电信号转换及滤波装置包括光电转换、信号高通滤波、低通滤波、信号放大器；第二光电信号转换及滤波装置包括光电转换、信号低通滤波、一阶信号保持器、放大器。

ARM核心板上包含有一个单总线的ds18b20测温元件，该元件用来实时测量环境温度。

数据采集卡通过PCI插槽或USB接口与嵌入式主板连接，ARM核心板通过串口或以太网口与嵌入式主板连接。与嵌入式主板连接的还有触摸屏。嵌入式主板处理所获得的放电声发射信号及温度信号，并将处理后的结果送触摸屏进行显示。

本装置的工作过程：利用声发射光纤传感器检测超声信号，同时光纤布拉格光栅传感器检测内部温度的变化，通过光电探测器将返回的光信号转化为电压信号，电压信号经过滤波、放大，再分别利用数据采集卡及ARM核心板对采集的电压信号进行信号运算、归一化处理，通过通讯接口（USB口、串口、以太网口）将信号传至嵌入式主板。嵌入式主板根据声发射信号采集的时间差、温度信号的变化趋势，对变压器的内部放电强度、放电位置、运行的工作状态等多参数进行分析处理、再将结果送至触摸屏进行实时显示，同时也可以通过以太网口向上级网络节点进行网络发布。

本实用新型有益效果是：1、可真正意义上实现对变压器多个参数的实时在线监测，提前检测到潜在故障，预防事故的发生，确保变压器安全、长期运行；2、该系统的检测频率带宽为10K-300KHz，完全满足变压器局部放电的常规频谱范围；3、该系统的灵敏度高，峰值可达－55dB ref 1V/μbar；4、该系统能检测到的最小局部放电量不高于50 pC，测量精度高；5、采用高性能、低功耗的ARM处理器，温度检测响应速度快，并加入了环境温度补偿，所测温度范围0℃-300℃，测温精度优于0.5℃，测温的定位精度优于0.1米；6、采用半导体DFB激光器组成光源阵列，更换灵活，成本低廉，适合快速推广及广泛应用。

附图说明

图1是本实用新型的实施例结构及工作流程图；图2是本实用新型的实施例安装示意图；图3是本实用新型所测得实验室油箱内局部放电的超声信号波形图；图中：1-声发射传感器；2-温度传感器；3-变压器；4-光缆；5-多参数光纤监测仪； 6-电阻式触摸屏。

具体实施方式

本实用新型涉及的一个优选实例结合附图说明如下：

实施例1：参见图1、图2，整个变压器多参数监测系统包括声发射光纤传感器阵列（4-6个）、温度传感器（2-6个）、多参数光纤监测仪一台，该多参数光纤监测仪包含有凌动D510嵌入式主板、STM32ARM7核心板、USB数据采集卡（2M）、电阻式触摸屏、光电转换及滤波装置、分路盒、触摸屏、半导体DFB激光器。

局部放电及定位具体工作流程：首先将图2中1所示的声发射传感器，共4个，安装在变压器外壳四面中心位置，组成声发射传感器阵列。然后结合图1所示，图2中所示多参数监测仪5内部1310nm波段的半导体激光器光纤声发射传感器1接通电源后，通过分路盒1分4通道向声发射传感器1发射激光，透射光经过光电转换及滤波装置进行光电信号转换、信号放大、信号滤波处理后变成正负5Ｖ范围内的电压信号，经SMB接口进入4通道同步2MHz模拟信号采集卡，采集卡通过平均值软件滤波，经USB接口将同步的4组声发射信号传入凌动D510嵌入式主板。嵌入式主板利用4通道采集信号的幅值大小、对比标定过的局部放电量大小的频谱图进行频谱分析，计算出局部放电量的大小，再结合接收信号的时间差、内部温度检测所得到的温度信息，对变压器的局部放电位置进行定位。

变压器内部温度检测具体工作流程：首先如图2中所示温度传感器2，在变压器油孔内安装了2个光纤布拉格光栅温度传感器2，然后如图2中5所示的监测仪接通电源后，内部STM32ARM核心板利用12位的DAC通道驱动并调节1531nm波段的半导体DFB激光器发射激光，激光经分路盒中1分2通道进入光纤布拉格光栅温度传感器2，然后对反射回来的光信号经过光电转换、信号放大、信号滤波后上传至STM32ARM核心板，利用STM32ARM核心板的2路AD信号采集通道，经过采集、归一化处理、二次曲线拟合计算等步骤后，再加上核心板上ds18b20的环境温度补偿值，共同得到光纤布拉格光栅传感器标定的标准温度信号，再将温度值通过串口或网口送至凌动D510嵌入式主板中，经由图2中6所示电阻式触摸屏将温度信号在线显示出来。

其中，图2中变压器3上的声发射传感器1和温度传感器2，通过光缆4与多参数光纤监测仪5连接；图2中电阻式触摸屏6可以设置局部放电的采集频率、电压增益设置、灵敏度设置、传感器参数、温度拟合参数、显示曲线或数值方式选择等功能，具备交互式的操作性能。

实施例2：本实施例描述另一种变压器多参数光纤监测系统方案、与实施例1相同点不再描述，主要不同在于如图2中，将在变压器内部绕组上安装6个光纤布拉格光栅温度传感器，替代变压器外部油孔内的2个光纤布拉格光栅温度传感器；另外将图1中数据采集卡与嵌入式主板的接口变成工业PCI接口；本实施例可以更直接的检测变压器运行时的温度，同时提高整套系统的稳定性及实用性，更好的反映变压器运行时的实时状态。

Claims

1.一种变压器多参数光纤在线监测系统，它主要包括半导体DFB激光器以及与之光连接的声发射光纤传感器和光纤布拉格光栅温度传感器，所述声发射光纤传感器与第一光电信号转换及滤波装置光连接，第一光电信号转换及滤波装置与数据采集卡电联接；光纤布拉格光栅温度传感器与第二光电信号转换及滤波装置光连接；第二光电信号转换及滤波装置与ARM核心板电联接；数据采集卡和ARM核心板均与嵌入式主板电联接。

2.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是所述声发射光纤传感器的光纤传感探头由熔融拉锥过度耦合光纤制作而成，通过铠装光缆与第一光电信号转换及滤波装置光连接。

3.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是所述光纤布拉格光栅温度传感器为陶瓷封装的光纤布拉格光栅；通过铠装光缆与第二光电信号转换及滤波装置光连接。

4.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是声发射光纤传感器安装在变压器外壳四面中心位置或内部，光纤光栅温度传感器安装在变压器油温接口或内部绕组。

5.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是半导体DFB激光器发出波长为1309nm-1311nm和1530nm-1532nm两个波段内的光。

6.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是所述第一光电信号转换及滤波装置包括光电转换、信号高通滤波、低通滤波、信号放大器；第二光电信号转换及滤波装置包括光电转换、信号低通滤波、一阶信号保持器、信号放大器。

7.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是ARM核心板上包含有一个单总线的ds18b20测温元件。

8.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是数据采集卡通过PCI插槽或USB接口与嵌入式主板连接，ARM核心板通过串口或以太网口与嵌入式主板连接。

9.根据权利要求1所述的变压器多参数光纤在线监测系统，其特征是与嵌入式主板连接的还有触摸屏。