专利名称：电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统及其监测方法
技术领域：
本发明属于电力变压器监测中的光纤传感领域，具体涉及一种电力变压器绕组内 部温度和应力的监测系统及其监测方法。
背景技术：
目前国内外电力变压器线圈绕组的温度测量方法主要有三种第一种是通过安装 在变压器绕组线圈表面的传感器，测量电力变压器绕组线圈的表面温度，但该方法只能测 量电力变压器绕组表面温度，未能真实反映绕组最热点温度。第二种是通过测量介质温度， 间接测量电力变压器绕组线圈内部温度，经工程实践证明，该方法得到的绕组内部线圈温 度不精确。第三种是通过较为复杂的光纤光栅传感器测量电力变压器绕组线圈的内部温 度，该方法的光栅传感器安装复杂，可测点有限。而国内外对线圈绕组内部应力的测量只能 通过绕组的形变测试装置即绕组变形仪间接的测量，不但不能实时反应绕组的应力变化， 且由于测量结果重复率低，易造成误判。因此，有必要提供一种能够准确测量出变压器绕组内各点温度和应力的变压器绕 组内部温度和应力的监测系统及其监测方法，以满足实际工程需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于布里渊散射原理的变压器绕组内部温度和应力的 监测系统及其监测方法，经样机试验证明，可准确测量出变压器绕组内各点温度和应力，真 实反应最热点温度和绕组由于形变受到的应力，且测量结果重复率高，可极大地提高电力 变压器绕组内部温度和应力的测量的精确性和灵活性。本发明采用的技术方案是一种电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统，其 特征在于，系统包括激光光源、光纤传感器、频移检测电路、放大电路、滤波采样电路及显 示器，所述激光光源发出的光经过所述光纤传感器产生布里渊散射，所述光纤传感器预埋 在电力变压器绕组的电磁线内，电力变压器绕组内部的温度和应力影响所述光纤传感器的 布里渊散射信号的频率，所述光纤传感器传回的布里渊散射信号经过所述频移检测电路转 换为电信号，再经过所述放大电路和所述滤波采样电路，得出绕组内部分布式的温度和应 力信息，最后送显示器显示。如上所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统，其特征在于，所述光纤 传感器为单模光纤传感器。如上所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统，其特征在于，所述监测 系统的距离分辨率可达到0. lm，温度分辨率可达到0. 1摄氏度，应变的分辨率可达到2，可 满足50km的光纤范围内的温度与应变测量。本发明还提供一种采用如上所述的电力变压器绕组内部温度和应力监测系统的 监测方法，其特征在于，当传感器光纤的任意一点或者任意一段有温度和应力变化时，光纤 就反射回一个与自身温度和应变相对应的布里渊散射窄谱脉冲光信号，放大电路及滤波采样电路对返回信号列进行放大滤波采样和分析，将时间换算成从布里渊散射光变化产生的 位置到光纤末端的距离，并将光频率换算成光纤的温度，即可求出各点的温度和应力。如上所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测方法，其特征在于，所述的光 纤传感器传回的信号在受到温度和应力作用下布里渊散射光频率发生了偏移，其产生的频 率偏移与光纤所受温度和应力呈良好的线性关系。如上所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测方法，其特征在于，安装在变 压器绕组线圈上的光纤在受到温度和应变作用下，布里渊散射光频率发生了偏移现象，通 过试验标定的方法找到布里渊散射频率偏移与温度及应力的映射关系，从而实现对变压器 绕组内部的温度和应力直接测量。如上所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测方法，其特征在于，电力变压 器绕组内部的温度和应力与布里渊散射频率偏移试验数据的标定是通过最小二乘的拟合 方法实现的。与现有技术相比，本发明的优点在于(1)本发明解决了传统电力变压器绕组内部温度应力不能直接测量的问题，提高 了变压器绕组内部温度应力测量的灵活性和精确性。(2)本发明实现了单根光纤同时测量电力变压器绕组内部温度和应力的问题，整 个光纤都是传感器。可以准确地测量到绕组线圈内部最热点和绕组应力分布。(3)本发明能准确测量电力变压器绕组内部的温度和应力分布，本发明可以测量 50km内每0. Im间隔的温度和应力。温度分辨率可达到0. 1度，应变的分辨率可达到2 μ ε。
图1是本发明实施例的电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统的变压器铁 心和线圈的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。附图中的符号说明①、绕制在变压器铁心原方的传感光纤；②、绕制在变压器原 方的电磁线；③、绕制在变压器铁心副方的传感光纤；④、绕制在变压器副方的电磁线；⑤、 变压器铁心；⑥、变压器原方；⑦、变压器副方；⑧、激光源；⑨、频率检测电路；⑩、信号放大 电路； 、信号处理电路； 、显示器。本发明所述的变压器绕组内部温度和应力监测系统主要包括激光光源，光纤传 感器，频移检测电路，放大电路，滤波采样电路及显示器。首先安装电力变压器绕组内部光 纤，将传感光纤连接在激光源和测量回路上，激光源发出的光，经过光纤传感器形成闭合的 光路。当传感器光纤的任意一点或者任意一段有温度和应力变化时，光纤就反射回一个与 自身温度和应变相对应的布里渊散射窄谱脉冲光信号；信号处理部分对返回信号列进行放 大滤波采样和分析，将光在光纤中的布里渊散射频率标定到对应的温度值和应力值。标定 完成后，将标定数据进行最小二乘拟合获取温度和应力值与散射频率之间的映射关系。然 后再将实时测到的光纤布里渊散射频率通过映射关系计算得到温度和应力值。(1)安装光纤传感器
权利要求
一种电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统，其特征在于，系统包括激光光源、光纤传感器、频移检测电路、放大电路、滤波采样电路及显示器，所述激光光源发出的光经过所述光纤传感器产生布里渊散射，所述光纤传感器预埋在电力变压器绕组的电磁线内，电力变压器绕组内部的温度和应力影响所述光纤传感器的布里渊散射信号的频率，所述光纤传感器传回的布里渊散射信号经过所述频移检测电路转换为电信号，再经过所述放大电路和所述滤波采样电路，得出绕组内部分布式的温度和应力信息，最后送显示器显示。
2.根据权利要求1所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统，其特征在于， 所述光纤传感器为单模光纤传感器。
3.根据权利要求1所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统，其特征在于， 所述监测系统的距离分辨率可达到0. lm，温度分辨率可达到0. 1摄氏度，应变的分辨率可 达到2μ ε，可满足50km的光纤范围内的温度与应变测量。
4.一种采用权利要求1所述的电力变压器绕组内部温度和应力监测系统的监测方法， 其特征在于，当传感器光纤的任意一点或者任意一段有温度和应力变化时，光纤就反射回 一个与自身温度和应变相对应的布里渊散射窄谱脉冲光信号，放大电路及滤波采样电路对 返回信号列进行放大滤波采样和分析，将时间换算成从布里渊散射光变化产生的位置到光 纤末端的距离，并将光频率换算成光纤的温度，即可求出各点的温度和应力。
5.根据权利要求4所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测方法，其特征在于， 所述的光纤传感器传回的信号在受到温度和应力作用下布里渊散射光频率发生了偏移，其 产生的频率偏移与光纤所受温度和应力呈良好的线性关系。
6.根据权利要求4所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测方法，其特征在于， 安装在变压器绕组线圈上的光纤在受到温度和应变作用下，布里渊散射光频率发生了偏移 现象，通过试验标定的方法找到布里渊散射频率偏移与温度及应力的映射关系，从而实现 对变压器绕组内部的温度和应力直接测量。
7.根据权利要求4所述的电力变压器绕组内部温度和应力的监测方法，其特征在于， 电力变压器绕组内部的温度和应力与布里渊散射频率偏移试验数据的标定是通过最小二 乘的拟合方法实现的。
全文摘要
本发明提供一种电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统及其监测方法。系统包括激光光源、光纤传感器、频移检测电路、放大电路、滤波采样电路及显示器，所述激光光源发出的光经过所述光纤传感器产生布里渊散射，所述光纤传感器预埋在电力变压器绕组的电磁线内，电力变压器绕组内部的温度和应力影响所述光纤传感器的布里渊散射信号的频率，所述光纤传感器传回的布里渊散射信号经过所述频移检测电路转换为电信号，再经过所述放大电路和所述滤波采样电路，得出绕组内部分布式的温度和应力信息，最后送显示器显示。本发明监测系统可准确测量出变压器绕组内各点温度和应力，真实反应最热点温度和绕组由于形变受到的应力。
文档编号G01K11/32GK101949745SQ20101027501
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者全江华, 关庆华, 卢文华, 左文霞, 张海龙, 李丰攀, 杜思思, 石延辉, 聂德鑫 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司