[發明專利]采用光纖光柵應變傳感器的變壓器繞組變形在線監測系統

有效

• 申請號: 201611064561.3
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106646097B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 王偉;劉世遠;高超飛;王鵬;宋樹;童中宇
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06;G01B11/16
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于電力變壓器安全監測技術領域的一種采用光纖光柵應變傳感器的變壓器繞組變形在線監測系統。該變壓器繞組變形在線監測系統的寬帶光源分別連接耦合器和M?Z干涉儀，耦合器后面串聯1?n個光纖光柵應變傳感器；在M?Z干涉儀后面依次串聯分波器、光電探測器、信號處理單元和工控機；該系統將光柵反射后的光信號經M?Z干涉儀干涉后，進行相位調制，經過分波器將干涉后的光按波長分離并分別進入光電探測器轉變為電信號，再經過信號處理單元處理后傳輸至工控機。本發明的光纖光柵應變傳感器能夠實時在線監測線圈之間的軸向形變狀況，實現實時監測變壓器繞組整體軸向形變。

技術領域

本發明屬于電力變壓器安全監測技術領域，特別涉及一種采用光纖光柵應變傳感器的變壓器繞組變形在線監測系統。

技術背景

電力變壓器是發、輸、配電系統中的重要設備，其性能和質量直接關系到電力系統運行的可靠性和運營效益，繞組又是變壓器的重要組成部分。

變壓器繞組載流后會在其所處空間及其周圍空間建立起軸向和輻向的漏磁場；處于該磁場中的繞組本身又要受到“洛倫茲力”或者稱之為電磁力的作用，電磁力在變壓器繞組材料中產生機械應力，并部分地傳到變壓器其它元件上。在正常運行時，電磁力并不大，但是發生短路時，繞組受到的短路電磁力將劇增，達到正常值的幾十倍，甚至幾百倍，足以引起變壓器繞組產生變形；即電力變壓器在運行過程中不可避免地要遭受各種故障短路電流的沖擊，一旦短路故障發生在變壓器出口附近，如果繞組內部機械結構存在薄弱環節，必然會產生繞組扭曲、鼓包或移位等變形現象，嚴重時會導致突發性損壞事故。因此，開展變壓器繞組應力、變形測試研究勢在必行，對防止變壓器事故的發生有重要的作用。

目前電力系統中常用的監測變壓器繞組變形的方法是短路阻抗法、頻率響應法、振動監測法等。

短路阻抗法、頻率響應法都需要安排設備停電進行試驗，無法做到在線監測。振動監測法雖然可以在線監測，但該方法是通過監測油箱壁上振動來反映繞組振動繼而反映繞組變形情況，無法做到直接監測，易受變壓器的運行方式、制造工藝、環境和溫度變化的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用光纖光柵應變傳感器的變壓器繞組變形在線監測系統，其特征在于，該變壓器繞組變形在線監測系統包括：寬帶光源、M-Z干涉儀、耦合器、光纖光柵應變傳感器、分波器、光電探測器、信號處理單元、和工控機；其中，寬帶光源1分別連接耦合器2和M-Z干涉儀4，耦合器2后面串聯1-n個光纖光柵應變傳感器3；在M-Z干涉儀4后面依次串聯分波器5、光電探測器6、信號處理單元7和工控機8；所述M-Z干涉儀為馬赫曾德干涉儀；

所述寬帶光源為該系統主要光源，可穩定發出特定波長范圍內的光的光源。

所述M-Z干涉儀包括輸入、輸出兩個耦合器，兩個耦合器之間并聯測量臂和參考臂，測量臂和參考臂為光程不同的兩臂，用于對光進行相位干涉。

所述分波器具有波分復用功能，將不同波長的光按波長進行分離。

所述光電探測器用于將反射光轉換為電信號。

所述信號處理單元將收到的電信號處理后傳輸至工控機。

所述工控機為終端平臺，用于呈現變壓器繞組變形位置壓力信號，實現變壓器繞組變形的在線監測。

所述光纖光柵應變傳感器采用耐油橡膠—丁腈橡膠作為封裝物，丁腈橡膠將光纖光柵應變傳感器封裝成薄片，然后“嵌入每相繞組底部壓靴處對稱開的3個槽”中，在線監測變壓器繞組的形變狀況，將得到變壓器繞組變形位置的壓力信號通過耦合器傳輸至M-Z干涉儀，實現實時監測變壓器繞組整體軸向形變。

所述丁腈橡膠封裝的光纖光柵應變傳感器適應變壓器繞組特殊的油環境，滿足傳感器的壽命要求。