一种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统，属光电子测量【技术领域】。本发明在变压器（2）的绕组（1）中布设光纤（3），并使绕组（1）与光纤（3）相对固定，在光纤上制作有多个Bragg光栅（4），光纤（3）与光纤耦合器（5）一端相连，光纤耦合器（5）另一端设置两根引出光纤分别通过光开关A（6）与拉曼散射光纤解调仪（9）相连连；光开关B（7）与光纤Bragg光栅解调仪（8）相连接。本发明利用Bragg光栅边上光纤的温度来对Bragg光栅的中心波长漂移进行温度补偿，两种监测方式结合即可实现对绕组的温度和应变的实时监测，并可对变压器绕组故障点进行定位。
【专利说明】一种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统，属光电子测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电力变压器作为电力系统中最重要的电气设备之一，维护其正常运行是整个系统可靠供电的基本保证。近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，用电需求快速增长，电力系统正向超高压大容量的方向发展，变压器故障率也随之增加。因此，及时了解变压器的运行状态，对可能发生的故障进行诊断及检修，是减小变压器运行故障、提高系统安全的重要措施。然而，我国现有的以预防性试验为主的检修制度已经不能满足供电可靠性的要求。随着光电子技术的发展及传感器、计算机、信息处理等技术在各领域的渗透，电力系统监测技术已从离线的定期监测逐渐转变为在线的连续监测，其目的是实时监测变压器的运行状态，判断其运行是否正常，诊断其内部存在故障的性质、类型，并预测故障的发展趋势。
[0003]电力变压器的绕组是变压器的一个重要部件，由于变压器容量的增大，其热问题越来越突出，而变压器绕组温度每高于标准温度值6°C，变压器的使用寿命就会减少一半；有时，使用时间过长、容量过大等原因会导致变压器绕组发生变形，这将严重影响变压器的正常运行和使用寿命，因此对变压器的绕组进行监测具有重要意义。然而，变压器绕组的温度并不是均匀分配的，不同点的温度不同，以前的通过监测变压器顶层油温来推算变压器绕组不同点的温度的方法具有较大误差，且实时性较差。
[0004]光纤传感技术是对光纤内的光信号进行调制解调的技术，该种技术具有耐高压、抗电磁干扰、实时性高、准分布式或分布式测量等特点，适合用于变压器绕组监测。而光纤Bragg光栅传感技术、布里渊散射光纤传感技术都存在温度和应变交叉敏感问题，拉曼散射光纤传感技术只能对温度进行监测，无法对变压器的应变状况进行反应。以上原因导致了光纤传感技术在变压器绕组监测中的应用发展缓慢。
【发明内容】
[0005]本发明目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够实现对绕组的应变和温度的双参量测量，故障点的精确定位，抗电磁干扰能力强的基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统。
[0006]本发明目的是通过如下技术方案来实现的。
[0007]—种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统，本发明特征是:在变压器的绕组中布设光纤，并使绕组与光纤相对固定，在光纤上制作有多个Bragg光栅，光纤与光纤耦合器一端相连，光纤耦合器另一端设置两根引出光纤分别通过光开关A与拉曼散射光纤解调仪相连连；光开关B与光纤Bragg光栅解调仪相连接。
本发明光开关和光开关至多有一个处于开通状态，二者不可同时处于开通状态。[0008]本发明光纤Bragg光栅解调仪在光开关处于开通状态时对变压器的绕组中的Bragg光栅的中心波长进行测量，通过Bragg光栅的中心波长的漂移来反映变压器内绕组的应变和温度状态；拉曼散射光纤解调仪在光开关处于开通状态时对光纤进行温度监测。
[0009]本发明当采用拉曼散射光纤解调仪对光纤进行温度监测时，拉曼散射光纤解调仪所采用的光的中心波长与光纤上的所有Bragg光栅的中心波长均不相同。
[0010]本发明当变压器的绕组发生形变或温度升高现象时，其对应位置的Bragg光栅的中心波长会发生相应漂移，采用拉曼散射光纤解调仪对该Bragg光栅附近的光纤温度进行检测，运用该温度对Bragg光栅的中心波长漂移进行温度补偿即可反映绕组的应变和温度情况。另两种方式均可实现对故障点的及时定位。
[0011]当光开关开通时,光纤Bragg光栅解调仪对光纤上的Bragg光栅的中心波长进行监测。当光开关开通时，光开关关闭，此时拉曼散射光纤解调仪发出与所有Bragg光栅的中心波长均不相同的光对光纤进行温度监测。由于变压器绕组浸泡在变压器的绝缘油中，因此，很小距离内的绕组内的温度相近，即可以运用Bragg光栅边上的光纤的温度来对Bragg光栅进行温度补偿，也就是运用拉曼散射解调仪监测到的光纤的温度，可以对光纤Bragg光栅解调仪监测的Bragg光栅的中心波长漂移进行温度补偿。运用该方法即可实现对Bragg光栅的温度和应变的分别监测，并可实现对光纤沿线温度的分布式监测。而变压器绕组发生损坏情况时都会伴随有形变或温度的变化，即通过对绕组的温度和应变进行监测可反映变压器绕组的运行状态。另外，该系统还可对绕组的故障点进行及时、准确定位。
[0012]本发明的有益效果:
1、绕组的应变和温度的双参量测量:该系统通过拉曼散射光纤传感技术对Bragg光栅解调技术进行温度补偿，实现了绕组的应变和温度的双参量测量。
[0013]2、故障点的精确定位:由于该系统布设了多个Bragg光栅,运用波分复用和时分复用技术可对故障点进行定位，另拉曼散射光纤监测技术是一种分布式温度监测技术，该技术也可对光纤沿线的温度异常点进行精确定位。
[0014]3、抗电磁干扰能力强:该系统采用光纤传感技术对绕组进行监测，解调设备可放置于离变压器较远的位置，抗电磁干扰能力强。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图中各标号依次表示:变压器(I)、变压器绕组(2)、光纤(3)、Bragg光栅(4)、光纤耦合器(5)、光开关(6)和(7)、光纤Bragg光栅解调仪(8)、拉曼散射光纤解调仪(9)。
【具体实施方式】
[0017]一种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统，本发明特征是:在变压器2的绕组I中布设光纤3，并使绕组I与光纤3相对固定，在光纤上制作有多个Bragg光栅4，光纤3与光纤稱合器5 —端相连,光纤稱合器5另一端设置两根引出光纤分别通过光开关A6与拉曼散射光纤解调仪9相连连；光开关B7与光纤Bragg光栅解调仪8相连接。
本发明光开关6和光开关7至多有一个处于开通状态，二者不可同时处于开通状态。
[0018]本发明光纤Bragg光栅解调仪8在光开关7处于开通状态时对变压器2的绕组I中的Bragg光栅4的中心波长进行测量，通过Bragg光栅4的中心波长的漂移来反映变压器2内绕组I的应变和温度状态；拉曼散射光纤解调仪9在光开关6处于开通状态时对光纤3进行温度监测。
[0019]本发明当采用拉曼散射光纤解调仪9对光纤3进行温度监测时，拉曼散射光纤解调仪9所采用的光的中心波长与光纤3上的所有Bragg光栅4的中心波长均不相同。
[0020]本发明当变压器2的绕组I发生形变或温度升高现象时，其对应位置的Bragg光栅的中心波长会发生相应漂移，采用拉曼散射光纤解调仪8对该Bragg光栅附近的光纤温度进行检测，运用该温度对Bragg光栅的中心波长漂移进行温度补偿即可反映绕组的应变和温度情况。另两种方式均可实现对故障点的及时定位。
[0021]当光开关7开通时，光纤Bragg光栅解调仪8对光纤3上的Bragg光栅4的中心波长进行监测。当光开关6开通时，光开关7关闭，此时拉曼散射光纤解调仪9发出与所有Bragg光栅4的中心波长均不相同的光对光纤3进行温度监测。由于变压器绕组I浸泡在变压器2的绝缘油中，因此，很小距离内的绕组内的温度相近，即可以运用Bragg光栅4边上的光纤的温度来对Bragg光栅进行温度补偿，也就是运用拉曼散射解调仪9监测到的光纤3的温度，可以对光纤Bragg光栅解调仪8监测的Bragg光栅4的中心波长漂移进行温度补偿。运用该方法即可实现对Bragg光栅4的温度和应变的分别监测，并可实现对光纤3沿线温度的分布式监测。而变压器绕组发生损坏情况时都会伴随有形变或温度的变化，即通过对绕组的温度和应变进行监测可反映变压器绕组的运行状态。另外，该系统还可对绕组的故障点进行及时、准确定位。
[0022]参见图1，在变压器2的绕组I中布设光纤3，并使绕组I与光纤3相对固定，在光纤上制作有多个Bragg光栅4,光纤3与光纤稱合器5 —端相连,光纤稱合器5另一端的两根引出光纤分别通过光开关6和7与光纤Bragg光栅解调仪8和拉曼散射光纤解调仪9相连。
[0023]当光开关7开通时，光纤Bragg光栅解调仪8对光纤3上的Bragg光栅4的中心波长进行监测。当光开关6开通时，光开关7关闭，此时拉曼散射光纤解调仪9发出与所有Bragg光栅4的中心波长均不相同的光对光纤3进行温度监测。运用拉曼散射解调仪9监测到的光纤3的温度，对光纤Bragg光栅解调仪8监测的Bragg光栅4的中心波长漂移进行温度补偿。这样即可实现对Bragg光栅的温度和应变的监测，从而反映变压器绕组的状态。并且运用波分复用、时分复用技术可对Bragg光栅的故障异常点进行定位，运用拉曼散射光纤监测技术也可对光纤沿线的温度异常点进行定位。
【权利要求】
1.一种基于光纤传感技术的变压器绕组监测系统，其特征是:在变压器(2)的绕组(I)中布设光纤(3),并使绕组(I)与光纤(3)相对固定,在光纤上制作有多个Bragg光栅(4),光纤(3)与光纤耦合器(5) —端相连，光纤耦合器(5)另一端设置两根引出光纤分别通过光开关A (6)与拉曼散射光纤解调仪(9)相连连；光开关B (7)与光纤Bragg光栅解调仪(8)相连接。
【文档编号】G01B11/16GK103791848SQ201410019488
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】梁仕斌, 杨洪磊, 曹敏, 李川, 昌明 申请人:云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司