一种测温光纤转接模块和带测温光纤转接模块的变压器的制作方法

本发明涉及光纤测温技术，特别是涉及一种测温光纤转接模块和带测温光纤转接模块的变压器。

背景技术：

油浸式变压器是配电系统的关键设备。油浸式变压器长期工作在高电压、大电流、强磁场的工作环境中，运行过程中会持续发热。变压器温度每升高6℃，变压器老化速度加倍，工作寿命减半。油浸式变压器的安全运行和使用寿命取决于绕组的安全可靠，因此准确的测量变压器绕组温度对变压器使用寿命显得尤为重要。

对于油浸式变压器采用光纤测温方式，在测量变压器绕组温度时，为了保证变压器的原有密封性，测温光纤无法直接从变压器内部伸出，因此需要将变压器内部光纤与外部光纤进行转接实现温度采集。

为了保证变压器的原有密封性，现有采用的光纤结构主要包括两截式光纤结构和三截式光纤结构。

两截式光纤结构：采用在变压器壁上安装法兰盘，法兰盘上的贯通器内部设有一个通孔，用于油浸式变压器内部和外部的光纤分别从两侧插入贯通器中进行对接，来实现传输光信号；为了保证密封性，光纤端部的光纤连接器插入贯通器时，利用光纤连接器上橡胶密封垫圈与贯通器的器壁挤压形变的方式来实现密封效果。由于采用的橡胶密封垫圈挤压形变的方式保证密封性能，在光纤从贯通器中拔出后，橡胶密封垫圈因为挤压会产生破损，二次插入时需要更换新的橡胶密封垫圈，否则无法保证贯通器的密封性。另外，若橡胶密封垫圈插入贯通器时没有插入到位，也无法密封效果。

三截式光纤结构：采用在变压器壁上安装法兰盘，在法兰盘上贯通器的中心安装一根陶瓷插芯，陶瓷插芯与贯通器利用胶水粘接保证密封性，使用时内部、外部光纤分别与贯通器中陶瓷插芯的两端进行对接传输光信号。该结构虽然使用胶水密封了陶瓷插芯，但是由于多了一次转接，单程光损耗会增大10％以上。

技术实现要素：

为了解决现有油浸式变压器用两截式光纤结构，存在密封性差、无法重复插拔使用；或三截式光纤结构存在光损耗，使得耦合效率低的技术问题，本发明提供了一种测温光纤转接模块和带测温光纤转接模块的变压器。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种测温光纤转接模块，其特殊之处在于：包括贯通法兰、耦合接头、两个防水接头和转接光纤组件；

所述贯通法兰包括法兰盘、内侧螺纹接口和外侧螺纹接口，法兰盘用于与变压器本体外侧壁固连，所述耦合接头和内侧螺纹接口螺纹连接；

所述转接光纤组件包括第二光纤接头、插芯以及由内至外依次套装的转接光纤、第二光纤内护套、第二光纤外护套；

所述第二光纤外护套的一端与第二光纤接头连接，另一端设置在外侧螺纹接口内；

两个防水接头套设在第二光纤外护套上，且其中一个防水接头与外侧螺纹接口螺纹连接，实现第二光纤外护套与外侧螺纹接口的密封；

所述插芯的一端穿过贯通法兰后插装在耦合接头内，且与耦合接头胶接，插芯的另一端与第二光纤内护套连接；

所述转接光纤的一端穿过第二光纤接头用于与测温仪连接，其另一端插装在插芯内，且与插芯胶接。

进一步地，所述法兰盘与变压器本体外侧壁配合位置设有密封垫圈。

进一步地，所述转接光纤组件还包括套装在第二光纤外护套上的波纹管；

所述转接光纤和第二光纤内护套之间设有卡夫拉线。

同时，本发明提供了一种带测温光纤转接模块的变压器，其特殊之处在于：包括变压器本体、测温光纤转接模块和密封垫圈；

所述测温光纤转接模块包括贯通法兰、耦合接头、两个防水接头和转接光纤组件；

所述贯通法兰包括法兰盘、内侧螺纹接口和外侧螺纹接口，法兰盘固连在变压器本体外侧壁上，所述耦合接头和内侧螺纹接口螺纹连接；

所述密封垫圈设置在法兰盘和变压器本体外侧壁之间；

所述转接光纤组件包括第二光纤接头、插芯以及由内至外依次套装的转接光纤、第二光纤内护套、第二光纤外护套；

所述第二光纤外护套的一端与第二光纤接头连接，另一端设置在外侧螺纹接口内；

两个防水接头套设在第二光纤外护套上，且其中一个防水接头与外侧螺纹接口螺纹连接，实现第二光纤外护套与外侧螺纹接口的密封；

所述插芯的一端穿过贯通法兰后插装在耦合接头内，且与耦合接头胶接，插芯的另一端与第二光纤内护套连接；

所述转接光纤的一端穿过第二光纤接头用于与测温仪连接，其另一端插装在插芯内，且与插芯胶接。

进一步地，所述变压器本体外侧壁上设有用于与法兰盘连接的法兰环。

进一步地，所述转接光纤组件还包括套装在第二光纤外护套上的波纹管。

进一步地，所述转接光纤和第二光纤内护套之间设有卡夫拉线。

进一步地，还包括设置在变压器本体内的测温探头；

所述测温探头包括护套压环、第一光纤接头以及由内向外依次套装的测温光纤、第一光纤内护套、第一光纤外护套；

所述第一光纤接头与耦合接头连接；

所述第一光纤内护套沿轴向开设有切口结构，第一光纤外护套采用螺旋结构；

所述第一光纤外护套的一端通过所述护套压环装在第一光纤接头内；

所述测温光纤的一端粘结有荧光材料，另一端穿过第一光纤接头与所述转接光纤对接。

进一步地，所述第一光纤接头和第二光纤接头均为st光纤连接器。

进一步地，所述测温光纤为石英光纤；

所述第一光纤内护套和第一光纤外护套的材质均为ptfe。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明光纤转接模块及变压器中，转接光纤与插芯胶接为一体，插芯插装在贯通法兰内，且与耦合接头采用胶接，保证法兰盘连接在变压器本体外侧壁时，插芯与耦合接头的密封性，且密封性好，同时贯通法兰上设有内侧螺纹接口，便于与变压器本体内的测温探头实现重复插拔；

本发明光纤转接模块及变压器，相比于现有两截式光纤，由于转接光纤与插芯胶接、插芯与耦合接头胶接，密封性好；相比与三截式光纤，转接光纤与插芯一体化，实现与测温探头的光纤两截式连接，提升双向光耦合效率20％以上，进而提升了整体测温装置的信号强度及稳定性。

2、本发明光纤转接模块及变压器中，在第二光纤外护套外部设置波纹管，能够对转接光纤的长度进行调节，实现不同距离的测量，同时保护转接光纤，防止其损坏。

3、本发明光纤转接模块及变压器中，在转接光纤和第二光纤内护套之间的卡夫拉线，防止转接光纤在施工和使用过程中产生的拉扯损伤。

4、本发明在变压器本体外侧壁上设有法兰环，便于法兰盘的固定连接。

5、本发明变压器还包括测温探头，测温探头的第一光纤内护套沿轴向开设有切口结构，第一光纤外护套采用螺旋结构，使得测温探头安装在被测变压器内部时，测温光纤及护套内部能够充分与变压器油接触，防止变压器运行时因测温光纤内部存在空气引起的局部放电产生，保证测温探头使用时的安全性。

6、本发明测温探头采用光纤测温，光纤采用石英材料制成，具有很好的绝缘性，不受变压器工作时产生强磁场、高电压、大电流的干扰，使得测量结果准确和准确性较高。

7、本发明通过测温探头监测绕组温度，能提高设备(变压器)的安全运行、延长设备的使用寿命、及时判断设备的实际负荷能力、最大程度发挥配电潜能以提高设备的经济效益。

8、本发明测温探头可实现快速测温和准确测温，温度判断速度快，最快能做到ms级别，测温的精确度高，能做到±1℃之内。

9、本发明变压器的转接光纤组件和测温探头在现场使用方便，无需校准，在出厂前已经通过温度标定。

附图说明

图1为本发明测温光纤转接模块的结构示意图；

图2为本发明测温光纤转接模块的侧视图；

图3为本发明带测温光纤转接模块的变压器实施例一结构示意图；

图4为本发明带测温光纤转接模块的变压器实施例二结构示意图(示出部分变压器本体)；

图5为本发明带测温光纤转接模块的变压器实施例二中测温探头结构示意图；

图6为本发明带测温光纤转接模块的变压器实施例二与测温仪配合示意图；

其中，附图标记如下：

1-测温探头，11-测温光纤，12-第一光纤内护套，13-第一光纤外护套，14-护套压环，15-第一光纤接头，16-荧光材料；

2-转接光纤组件，201-转接光纤，202-第二光纤内护套，203-第二光纤外护套，204-第二光纤接头，205-法兰盘，206-插芯，207-外侧螺纹接口，208-内侧螺纹接口，209-波纹管，210-防水接头，211-耦合接头，212-卡夫拉线；

3-保护箱，31-空气开关，32-接线端子，4-测温仪，5-数码管，6-变压器本体，8-法兰环，81-锁紧螺孔，9-密封垫圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

荧光光纤测温是基于稀土荧光物质的材料特性实现，当这种稀土敏感材料在受光激励后，敏感材料中的电子吸收光子从低能级跃迁到激发态高能级，从高能级返回到低能级的辐射跃迁，发出荧光。激励光消除后的持续荧光发射依赖于激发态的寿命。该发射通常以指数的形式衰落，指数衰落的时间常数可以用于测量激发态的寿命，该寿命称为荧光寿命，荧光寿命的长短决定于温度的高低。应用这种方法测温的最大优点是被测目标的温度只取决于荧光材料16的时间常数特性，而与系统的其他变量无光。因此相对于其他测温方法具有明显的优势，具有互换性高、稳定性好、无需标定、寿命长等优点。

如图1和图2所示，为了提高光纤与被测变压器连接的密封性，本发明提供了一种测温光纤转接模块，包括贯通法兰、耦合接头211、两个防水接头210和转接光纤组件2。贯通法兰包括法兰盘205、位于法兰盘205左侧的内侧螺纹接口208和位于法兰盘205右侧的外侧螺纹接口207，法兰盘205用于与变压器本体6外侧壁固连，耦合接头211和内侧螺纹接口208螺纹连接。转接光纤组件2包括第二光纤接头204、插芯206以及由内至外依次套装的转接光纤201、第二光纤内护套202、第二光纤外护套203；第二光纤外护套203的一端与第二光纤接头204连接，另一端设置在外侧螺纹接口207内；两个防水接头210套设在第二光纤外护套203上，且其中一个防水接头210与外侧螺纹接口207螺纹连接，实现第二光纤外护套203与外侧螺纹接口207的密封；插芯206的一端穿过贯通法兰后插装在耦合接头211内，且与耦合接头211胶接，插芯206的另一端与第二光纤内护套202连接；转接光纤201的一端穿过第二光纤接头204用于与测温仪4连接，其另一端插装在插芯206内，转接光纤201与插芯206为紧配合，且在组装时转接光纤201与插芯206胶接实现密封。

本实施例光纤转接模块中，转接光纤201与插芯206通过胶接为一体实现密封，插芯206插装在贯通法兰内，且与耦合接头211采用胶接实现密封，保证法兰盘205连接在变压器本体6外侧壁时，插芯206与耦合接头211的密封性，同时贯通法兰上设有内侧螺纹接口208，便于与变压器本体6内的测温探头实现重复插拔；

本实施例光纤转接模块，相比于现有两截式光纤，由于转接光纤201与插芯206胶接、插芯206与耦合接头211胶接，密封性好；相比与三截式光纤，转接光纤201与插芯206一体化，实现与测温探头的光纤两截式连接，提升耦合效率20％以上，进而提升了整体测温装置的信号强度及稳定性。

本实施例光纤转接模块除了在油浸式变压器上使用外，在电力行业中有极为广泛的应用空间。其他行业也有着较为广泛的应用，如火车特殊部位测温与保护，航空航天中一些部件的温度快速测量和保护等。

如图3所示，基于上述测温光纤转接模块，本实施例提供了一种带测温光纤转接模块的变压器，包括变压器本体6、测温光纤转接模块和密封垫圈9；贯通法兰的法兰盘205上设有锁紧螺孔81，通过螺钉将法兰盘205固连在变压器本体6外侧壁上，内侧螺纹接口208位于变压器本体6内，外侧螺纹接口207位于变压器本体6外，为了实现测温光纤转接模块与变压器本体6连接的密封性，在法兰盘205和变压器本体6外侧壁之间设置密封垫圈9。

为了便于变压器本体6与法兰盘205的固连，本实施例在变压器本体6外侧壁上设有用于与法兰盘205连接的法兰环8。

本实施例在第二光纤外护套203外部设置有波纹管209，能够对转接光纤201的长度进行调节，实现不同距离的测量，同时保护转接光纤201，防止其损坏，还能够防尘、防虫、防水，避免阳光直射导致的减缓老化现象，使得测温装置整体防护性很好，保证测温的准确性；以及在转接光纤201和第二光纤内护套202之间的卡夫拉线212，防止转接光纤201在施工和使用过程中产生的拉扯损伤。

实施例二

与实施例一不同之处在于：如图4所示，变压器本体6内设置测温探头1；如图5所示，测温探头1包括测温光纤11、第一光纤内护套12、第一光纤外护套13、护套压环14和第一光纤接头15；第一光纤外护套13套装在第一光纤内护套12上，第一光纤外护套13的一端通过护套压环14套装在第一光纤接头15内；测温光纤11的一端粘结有荧光材料16，另一端穿过第一光纤接头15与转接光纤201对接，图4中，a为对接点。

本实施例测温光纤11采用石英光纤材质，测温探头1的探测部分采用荧光粉涂粉工艺，第一光纤内护套12采用ptfe材质且沿轴向开设有切口结构，第一光纤外护套13采用ptfe材质且为螺旋结构，光纤端面采用精抛光工艺。

本实施例测温探头1的第一光纤内护套12设有切口结构和第一光纤外护套13为螺旋结构，使得测温探头1安装在被测变压器内部时，测温光纤11及护套内部能够充分与变压器油接触，防止变压器运行时因测温光纤11内部存在空气引起的局放产生放电，导致安全事故的发生，保证测温探头1使用时的安全性。

本实施例测温探头1和转接光纤组件2在施工现场进行连接，连接处并采用防水接头210保护，转接光纤组件2的另一端能很方便连接在保护箱33上。

本实施例第一光纤接头15和第二光纤接头204可采用st光纤连接器，测温光纤11与转接光纤201之间采用st光纤连接器和耦合接头211配合连接，连接处并使用防水接头210保护，提高连接密封性。

如图6所示，本实施例变压器在进行测温时，将转接光纤组件2的转接光纤201与测温仪4连接，测温探头1用于探测油浸式变压器内部(绕组)的温度，转接光纤组件2用于将测温探头1采集的数据传输至测温仪4，测温仪4对数据进行处理并通过数码管5显示，测温仪4设置在保护箱3，转接光纤组件2穿过保护箱3时，可通过第二光纤外护套203上另外一个防水接头210实现密封连接。保护箱3内设置有空气开关31和接线端子32，空气开关31通过接线端子32和外部电源进行连接。

本实施例变压器测温过程和现有测温装置相比，具有以下特点：

1、测温光纤11本身材质不是导体，具有很好的绝缘性，测温光纤11不受变压器工作时产生的强磁场、高电压、大电流的干扰。采用pt100铂电阻测温则必须考虑到如何保护才行，另外抗干扰也是铂电阻测温的弊端之一。

2、可实现快速测温和准确测温，温度判断速度快，最快能做到ms级别，测温的精确度高，能做到±1℃之内。铂电阻测温的速度较慢，精度在±3℃之内。

3、本实施例变压器在现场不需要校准，产品在出厂前已经通过温度标定。铂电阻测温需要在一定期限后进行温度标定和校准。同时，光纤头的老化速率远低于铂电阻测温的测温元件。

4、本实施例变压器转接光纤组件2和测温探头1在现场使用方便，并采用防水接头210保护。转接光纤201可很方便与保护箱3进行安装连接。整体防护性很好，具有很强的防水、防尘特性，使光纤整体、光纤接头不受环境影响，保证测温的准确性。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。