一种变压器绕组应力监测装置及其监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种变压器绕组应力监测装置，包括：第一光纤、光纤应力传感器、第二光纤、宽带光源、波分复用设备、光电探测器、信号放大器、信号处理器、显示屏。其通过在变压器绕组的电磁线内部设置第一光纤，第一光纤上设置多个光纤应力传感器，可以对变压器绕组上的多个点进行监测，实现了对变压器绕组的快速检测和分布式测量的功能，在冲击力的作用下准确掌握变压器绕组不同位置的应力情况；其通过设置信号处理器和显示屏，可以实现对绕组快速冲击力进行实时分析和显示；其通过在光纤应力传感器内设置第一光栅和第二光栅分别来获取应力和温度的整体信息和温度信息，解决了在对变压器绕组应力监测时的温度交叉敏感问题。
【专利说明】
一种变压器绕组应力监测装置及其监测方法
技术领域
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[0001]本发明属于电力系统中变压器监测技术领域，具体是涉及一种变压器绕组应力监测装置及其监测方法。
【背景技术】
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[0002]电力变压器是电力系统中的重要组成部分。运行中的变压器绕组会在其周围建立轴向和辐向漏磁通，当发生短路故障或者受到雷电流冲击作用时，绕组上流过的大电流将导致绕组所受电磁力剧增。绕组受冲击力作用后，将造成轴向、辐向尺寸变化、绕组扭曲、鼓包等情况，即绕组变形。绕组变形可能造成绝缘距离发生改变或绝缘纸发生破损，当遇到雷电过电压时，变压器将发生匝间、饼间击穿，发生突发性损坏事故。因此对变压器绕组应力进行监测，对防止变压器事故发生有着重要的作用。
[0003]目前国内外电力变压器绕组的轴向和辐向应力主要采用理论计算的方法，但是由于变压器结构复杂，电流密度等相关参数计算误差，以及绕组作为弹性系统其漏磁通在冲击力作用下是耦合场，理论计算结果与实际绕组应力情况仍有较大差距，无法为变压器绕组变形的判断提供支撑。同时由于在绕组上产生电动力的侵入波、短路电流具有很高的频率，现有的解调装置无法对信号进行解调，造成分析端无法与检测端同步的困难。
【发明内容】
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[0004]为解决上述问题，本发明提出了一种变压器绕组应力监测装置及其监测方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]一种变压器绕组应力监测装置，包括:
[0007]第一光纤，所述第一光纤设置在变压器绕组的电磁线内部，所述第一光纤通过固定装置固定在所述变压器绕组的电磁线内部。
[0008]光纤应力传感器，多个所述光纤应力传感器分布式设置在所述第一光纤上。
[0009]第二光纤，所述第二光纤设置在所述变压器绕组的电磁线外部，所述第二光纤通过光纤接头与所述第一光纤连接。
[0010]宽带光源，所述宽带光源将发出的宽带光进入到所述光纤应力传感器的光纤光栅FBG阵列中。
[0011]波分复用设备，所述波分复用设备设置在监控中心内，所述波分复用设备与所述第二光纤连接。
[0012]光电探测器，所述光电探测器设置在监控中心内，所述光电探测器与所述波分复用设备连接。
[0013]信号放大器，所述信号放大器设置在监控中心内，所述信号放大器与所述光电探测器连接。
[0014]信号处理器，所述信号放大器设置在监控中心内，所述信号处理器与所述信号放大器连接。
[0015]显示屏，所述显示屏设置在监控中心内，所述显示屏与所述信号处理器连接。
[0016]作为上述技术方案的优选，所述光纤应力传感器的光纤光栅FBG包括第一光栅和第二光栅，所述第一光栅粘贴在底座上，所述第二光栅悬空在底座上方。
[0017]作为上述技术方案的优选，所述第一光栅的中心波长与所述第二光栅的中心波长相差.nm。
[0018]作为上述技术方案的优选，所述第一光纤和所述第二光纤均为单模光纤。
[0019]作为上述技术方案的优选，所述光纤接头的两端设置有保护层。
[0020]一种变压器绕组应力监测装置的应力监测方法，包括如下步骤:
[0021]S1:宽带光源将发出的宽带光进入到光纤应力传感器的光纤光栅FBG阵列中。
[0022]S2:基于FGB本身的波分复用性，当光纤应力传感器受到应力影响后，波长发生变化，通过第一光栅获取关于温度和应力的第一光信号，通过第二光栅获取关于温度的第二光信号，多个光纤应力传感器的第一光信号和的第二光信号返回到波分复用设备中。
[0023]S3:波分复用设备接收多个光纤应力传感器的第一光信号和的第二光信号并进行分呙。
[0024]S4:光电探测器将波分复用设备中分离的光信号转换为电信号并发送到信号放大器。
[0025]S5:信号放大器将光电探测器中的电信号进行信号放大并发送到信号处理器。
[0026]S6:信号处理器将信号放大器放大的电信号进行处理，获取变压器绕组的应力和温度信息并发送到显示屏。
[0027]S7:显示屏接收变压器绕组的应力和温度信息并进行显示。
[0028]本发明的有益效果在于:其通过在变压器绕组的电磁线内部设置第一光纤，第一光纤上设置多个光纤应力传感器，可以对变压器绕组上的多个点进行监测，实现了对变压器绕组的快速检测和分布式测量的功能，在冲击力的作用下准确掌握变压器绕组不同位置的应力情况；其通过设置信号处理器和显示屏，可以实现对绕组快速冲击力进行实时分析和显示;其通过在光纤应力传感器内设置第一光栅和第二光栅分别来获取应力和温度的整体信息和温度信息，解决了在对变压器绕组应力监测时的温度交叉敏感问题。本装置灵敏度高，分辨率高，能够测量短路冲击瞬间的变压器绕组应力变化。
【附图说明】
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[0029]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0030]图1为本发明一个实施例的变压器绕组应力监测装置结构示意图；
[0031]图2为本发明一个实施例的光纤应力传感器结构不意图；
[0032]图3为本发明一个实施例的变压器绕组应力监测装置的应力监测方法流程图。
[0033]图中符号说明:
[0034]1-第一光纤，2-变压器绕组，3-固定装置，4-光纤应力传感器，5-第二光纤，6_光纤接头，7-宽带光源，8-波分复用设备，9-光电探测器，10-信号放大器，11-信号处理器，12-显示屏，13-监控中心，401-第一光栅，402-第二光栅，403-底座。
【具体实施方式】
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[0035]如图1所示，本发明的变压器绕组应力监测装置，包括:
[0036]第一光纤I，所述第一光纤I设置在变压器绕组2的电磁线内部，所述第一光纤I通过固定装置3固定在所述变压器绕组2的电磁线内部。
[0037]光纤应力传感器4，多个所述光纤应力传感器4分布式设置在所述第一光纤I上。如图2所不，所述光纤应力传感器4的光纤光栅FBG包括第一光栅401和第二光栅402，所述第一光栅401粘贴在底座403上，所述第二光栅402悬空在底座403上方。本实施例中，所述第一光栅401的中心波长与所述第二光栅402的中心波长相差0.5nm。
[0038]第二光纤5，所述第二光纤5设置在所述变压器绕组2的电磁线外部，所述第二光纤5通过光纤接头6与所述第一光纤I连接。本实施例中，所述第一光纤I和所述第二光纤5均为单模光纤，采用单模光纤传导距离长，信号更好。所述光纤接头6的两端设置有保护层。
[0039]宽带光源7，所述宽带光源7将发出的宽带光进入到所述光纤应力传感器4的光纤光栅FBG阵列中。
[0040]波分复用设备8，所述波分复用设备8设置在监控中心13内，所述波分复用设备8与所述第二光纤5连接。
[0041]光电探测器9，所述光电探测器9设置在监控中心13内，所述光电探测器9与所述波分复用设备8连接。
[0042]信号放大器10，所述信号放大器10设置在监控中心13内，所述信号放大器10与所述光电探测器9连接。
[0043]信号处理器11，所述信号放大器11设置在监控中心13内，所述信号处理器11与所述信号放大器10连接。
[0044]显示屏12，所述显示屏12设置在监控中心13内，所述显示屏12与所述信号处理器11连接。
[0045]本实施例中的变压器绕组应力监测装置的应力监测方法如图3所示，包括如下步骤:
[0046]SI:宽带光源7将发出的宽带光进入到光纤应力传感器4的光纤光栅FBG阵列中。
[0047]S2:基于FGB本身的波分复用性，当光纤应力传感器4受到应力影响后，波长发生变化，通过第一光栅401获取关于温度和应力的第一光信号，通过第二光栅402获取关于温度的第二光信号，多个光纤应力传感器4的第一光信号和的第二光信号返回到波分复用设备8中。
[0048]S3:波分复用设备8接收多个光纤应力传感器4的第一光信号和的第二光信号并进行分离。
[0049]S4:光电探测器9将波分复用设备8中分离的光信号转换为电信号并发送到信号放大器10。
[0050]S5:信号放大器10将光电探测器9中的电信号进行信号放大并发送到信号处理器
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[0051]S6:信号处理器11将信号放大器10放大的电信号进行处理，获取变压器绕组的应力和温度信息并发送到显示屏12。
[0052]S7:显示屏12接收变压器绕组2的应力和温度信息并进行显示。
[0053]本实施例所述的一种变压器绕组应力监测装置，包括:第一光纤、光纤应力传感器、第二光纤、宽带光源、波分复用设备、光电探测器、信号放大器、信号处理器、显示屏。其通过在变压器绕组的电磁线内部设置第一光纤，第一光纤上设置多个光纤应力传感器，可以对变压器绕组上的多个点进行监测，实现了对变压器绕组的快速检测和分布式测量的功能，在冲击力的作用下准确掌握变压器绕组不同位置的应力情况;其通过设置信号处理器和显示屏，可以实现对绕组快速冲击力进行实时分析和显示；其通过在光纤应力传感器内设置第一光栅和第二光栅分别来获取应力和温度的整体信息和温度信息，解决了在对变压器绕组应力监测时的温度交叉敏感问题。本装置灵敏度高，分辨率高，能够测量短路冲击瞬间的变压器绕组应力变化。
[0054]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种变压器绕组应力监测装置，其特征在于，包括: 第一光纤(I)，所述第一光纤(I)设置在变压器绕组(2)的电磁线内部，所述第一光纤(I)通过固定装置(3)固定在所述变压器绕组(2)的电磁线内部； 光纤应力传感器(4)，多个所述光纤应力传感器(4)分布式设置在所述第一光纤(I)上；第二光纤(5)，所述第二光纤(5)设置在所述变压器绕组(2)的电磁线外部，所述第二光纤(5)通过光纤接头(6)与所述第一光纤(I)连接； 宽带光源(7)，所述宽带光源(7)将发出的宽带光进入到所述光纤应力传感器(4)的光纤光栅FBG阵列中； 波分复用设备(8)，所述波分复用设备(8)设置在监控中心(13)内，所述波分复用设备(8)与所述第二光纤(5)连接； 光电探测器(9)，所述光电探测器(9)设置在监控中心(13)内，所述光电探测器(9)与所述波分复用设备(8)连接； 信号放大器(10)，所述信号放大器(10)设置在监控中心(13)内，所述信号放大器(10)与所述光电探测器(9)连接； 信号处理器(11)，所述信号放大器(11)设置在监控中心(13)内，所述信号处理器(11)与所述信号放大器(10)连接； 显示屏(12)，所述显示屏(12)设置在监控中心(13)内，所述显示屏(12)与所述信号处理器(11)连接。2.根据权利要求1所述的变压器绕组应力监测装置，其特征在于:所述光纤应力传感器(4)的光纤光栅FBG包括第一光栅(401)和第二光栅(402)，所述第一光栅(401)粘贴在底座(403)上，所述第二光栅(402)悬空在底座(403)上方。3.根据权利要求2所述的变压器绕组应力监测装置，其特征在于:所述第一光栅(401)的中心波长与所述第二光栅(402)的中心波长相差0.5nm。4.根据权利要求1所述的变压器绕组应力监测装置，其特征在于:所述第一光纤(I)和所述第二光纤(5)均为单模光纤。5.根据权利要求1所述的变压器绕组应力监测装置，其特征在于:所述光纤接头(6)的两端设置有保护层。6.—种变压器绕组应力监测装置的应力监测方法，其特征在于，包括如下步骤: S1:宽带光源(7)将发出的宽带光进入到光纤应力传感器(4)的光纤光栅FBG阵列中； S2:基于FGB本身的波分复用性，当光纤应力传感器(4)受到应力影响后，波长发生变化，通过第一光栅(401)获取关于温度和应力的第一光信号，通过第二光栅(402)获取关于温度的第二光信号，多个光纤应力传感器(4)的第一光信号和的第二光信号返回到波分复用设备(8)中； S3:波分复用设备(8)接收多个光纤应力传感器(4)的第一光信号和的第二光信号并进行分离； S4:光电探测器(9)将波分复用设备(8)中分离的光信号转换为电信号并发送到信号放大器(10); S5:信号放大器(10)将光电探测器(9)中的电信号进行信号放大并发送到信号处理器(II); S6:信号处理器(11)将信号放大器(10)放大的电信号进行处理，获取变压器绕组的应力和温度信息并发送到显示屏(12); S7:显示屏(12)接收变压器绕组(2)的应力和温度信息并进行显示。
【文档编号】G01L1/24GK106052911SQ201610416072
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】王文庆
【申请人】东莞市联洲知识产权运营管理有限公司