[發明專利]一種變壓器監測與感知一體化光纖傳感器及使用方法

有效

• 申請號: 202110509869.9
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113203704B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 張宇寧;楊東升;楊首年;何騰鑫;陳祎
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01K11/3206;G01H9/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種變壓器監測與感知一體化光纖傳感器及使用方法，傳感器包括殼體、第一/第二/第三光纖光柵、管狀彈性敏感元件、球形擺錘及彈簧；殼體上半段中心設有圓柱孔道，殼體下半段內部設有圓柱腔室；第一/第二光纖光柵位于圓柱孔道內；管狀彈性敏感元件位于圓柱腔室內且上端與圓柱孔道下端孔口相連，管狀彈性敏感元件下端依次通過球形擺錘和彈簧與殼體相連，第三光纖光柵位于管狀彈性敏感元件內，光纖光柵通過光纖連接器與光學解調器相連。方法為：將光纖傳感器安裝到變壓器繞組上，變壓器油流經第一/第二光纖光柵用以反饋變壓器油的老化程度和溫度，第三光纖光柵反饋變壓器振動信號，通過光學解調器對光信號進行解調以獲得振動、溫度和折射率信息。

技術領域

本發明屬于電力變壓器監測技術領域，特別是涉及一種變壓器監測與感知一體化光纖傳感器及使用方法。

背景技術

隨著我國經濟飛速發展，電力系統也在不斷擴大，而變壓器作為電力系統中不可或缺的一部分，發揮著重要作用。電力系統中的變壓器檢測重點是變壓器運行中的狀態以及可能引發變壓器的內部故障。據相關調研顯示，影響變壓器使用壽命以及正常工作的最常見因素有：變壓器繞組的松動、變壓器運行的溫度以及變壓器油的老化。但是，現階段對于變壓器的檢測大多仍然停留在人工停電檢測階段，因此，對變壓器運行狀態進行及時檢測，做到早發現、早檢修、防患于未然是十分必要的。

相對于傳統電子式傳感器，光纖傳感器借助光進行傳感和傳輸，不存在電磁干擾和雷電干擾，具有抗潮濕、抗腐蝕、抗高溫、抗高壓等優點；同時，光纖傳感器安裝靈活，可內置也可外置，本身絕緣，不影響機電設備的電力或電機系統的正常運行。近些年來，許多基于光纖光柵振動、溫度、折射率單參數測量的傳感器被提出。

以郭永興、張東升等人提出的光柵光纖振動傳感器探頭(光纖光柵二維加速度傳感器)為例，該振動傳感器使用一根鋼管和質量塊構成彈性的結構體，用于檢測外界的振動/加速度情況。但是，其諧振頻率僅為515Hz，測量帶寬較窄，由于變壓器繞組發生故障時振動頻率可達1kHz以上，因此無法用于測量變壓器繞組振動情況。

以文進等人提出了一種光纖光柵溫度探頭為例，該溫度探頭包括了介質封裝筒、光纖光柵以及封裝裝置，封裝裝置將外界溫度傳遞至光纖光柵，介質封裝筒是由絕緣塑料制成的，光纖光柵是懸空安裝的，因此存在導熱速度較慢、傳感器響應速度較慢的缺點。

以于忠江、于成龍等人提出的通過光纖光柵傳感器測量變壓器油老化程度的方法為例，雖然證明了基于傳感器的FBG能夠探測到變壓器油的降解，但是波長偏移沒有精確符合油的折射率。

此外，雖然目前市面上光纖光柵振動、溫度、折射率單參數測量的傳感器已被提出，但是能夠滿足振動、溫度、折射率這三種參數同時測量的一體化傳感器少有提及。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種變壓器監測與感知一體化光纖傳感器及使用方法，能夠有效解決傳統光纖振動傳感器測量的帶寬較小的問題，能夠有效解決傳統光纖溫度、折射率傳感器測量結果不準確的問題，能夠解決現有光纖傳感器無法實現振動、溫度和折射率同時測量的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種變壓器監測與感知一體化光纖傳感器，包括殼體、第一光纖光柵、第二光纖光柵、第三光纖光柵、管狀彈性敏感元件、球形擺錘及彈簧；所述殼體采用圓柱形結構，殼體的上半段中心設置有圓柱孔道，殼體的下半段內部設有圓柱腔室；所述第一光纖光柵和第二光纖光柵由上至下安裝在圓柱孔道內，通過第一光纖光柵和第二光纖光柵對變壓器油的折射率和溫度進行測量；所述管狀彈性敏感元件位于圓柱腔室內，管狀彈性敏感元件上端與圓柱孔道的下端孔口相固連，所述球形擺錘固定安裝在管狀彈性敏感元件下端，所述彈簧上端連接在球形擺錘上，彈簧下端連接在殼體上；所述第三光纖光柵安裝在管狀彈性敏感元件內部，通過第三光纖光柵對變壓器的振動進行測量；所述第一光纖光柵、第二光纖光柵及第三光纖光柵通過光纖連接器與光學解調器相連，通過光學解調器對光信號進行調解，用于獲得變壓器的折射率、溫度及振動信息。