基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。其特征在于，所述系統(tǒng)包括將若干個全分布式光纖應(yīng)力傳感器(1)預(yù)埋在高壓繞組(3)電磁線，各全分布式光纖應(yīng)力傳感器(1)由光纖(2)連接在一起，通過夾緊裝置(4)固定，再將光纖(2)引出全分布式光纖應(yīng)力傳感器(1)外部與高速解調(diào)系統(tǒng)相連，高速解調(diào)系統(tǒng)輸出端連接到應(yīng)力采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對變壓器繞組應(yīng)力的實時監(jiān)測；整套應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對繞組應(yīng)力的快速檢測和分布式測量功能，在沖擊力的作用下準(zhǔn)確掌握繞組不同位置的應(yīng)力情況，克服了現(xiàn)有解調(diào)儀分辨率不足的缺點(diǎn)，實現(xiàn)了對繞組快速電動力的分布式監(jiān)測。
【專利說明】
基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要組成部分。運(yùn)行中的變壓器繞組會在其周圍建立軸向和輻向漏磁通，當(dāng)發(fā)生短路故障或者受到雷電流沖擊作用時，繞組上流過的大電流將導(dǎo)致繞組所受電磁力劇增。繞組受沖擊力作用后，將造成軸向、輻向尺寸變化、繞組扭曲、鼓包等情況，即繞組變形。繞組變形可能造成絕緣距離發(fā)生改變或絕緣紙發(fā)生破損，當(dāng)遇到雷電過電壓時，變壓器將發(fā)生匝間、餅間擊穿，發(fā)生突發(fā)性損壞事故。因此對變壓器繞組應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，對防止變壓器事故發(fā)生有著重要的作用。
[0003]目前國內(nèi)研究變壓器繞組軸向和輻向應(yīng)力主要采用理論計算的方法，但是由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電流密度等相關(guān)參數(shù)計算誤差，以及繞組作為彈性系統(tǒng)其漏磁通在沖擊力作用下是耦合場，理論計算結(jié)果與實際繞組應(yīng)力情況仍有較大差距，無法為變壓器繞組變形的判斷提供支撐。同時由于在繞組上產(chǎn)生電動力的侵入波、短路電流具有很高的頻率，現(xiàn)有的解調(diào)儀無法對信號進(jìn)行解調(diào)，造成分析端無法與檢測端同步的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括將若干個全分布式光纖應(yīng)力傳感器I預(yù)埋在高壓繞組3的電磁線內(nèi)部，各全分布式光纖應(yīng)力傳感器I由光纖2連接在一起，通過夾緊裝置4固定，再將光纖2引出到全分布式光纖應(yīng)力傳感器I的外部與高速解調(diào)系統(tǒng)相連，高速解調(diào)系統(tǒng)輸出端連接到應(yīng)力采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對變壓器繞組應(yīng)力的實時監(jiān)測;整套應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對繞組應(yīng)力的快速檢測和分布式測量功能，在沖擊力的作用下準(zhǔn)確掌握繞組不同位置的應(yīng)力情況。
[0005]所述高速解調(diào)系統(tǒng)的工作方式為高壓繞組受沖擊力作用后，預(yù)埋在高壓繞組的電磁線內(nèi)部的全分布式光纖應(yīng)力傳感器受到應(yīng)力作用，高速解調(diào)系統(tǒng)采用光強(qiáng)解調(diào)方法，寬帶ASE光源發(fā)出的寬帶光通過光循環(huán)器進(jìn)入全分布式光纖應(yīng)力傳感器I的光纖光柵FBG陣列，基于FBG本身的波分復(fù)用性，當(dāng)FBG受到應(yīng)力影響后，波長發(fā)生變化，返回信號通過光循環(huán)器進(jìn)入波分復(fù)用設(shè)備WDM實現(xiàn)不同波長光信號的分離，使得不同的FBG傳感器的返回信號進(jìn)入不同的光電探測器，光電探測器將測量到的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉从忱@組應(yīng)力的電信號依次通過濾波器和放大器后輸入高速數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，實現(xiàn)對繞組快速沖擊力進(jìn)行實時分析和顯示。
[0006]所述全分布式光纖應(yīng)力傳感器I采用連續(xù)測量方法，整個光纖2長度上的任一點(diǎn)都是敏感點(diǎn)，將整根光纖2貼附在高壓繞組3的電磁線內(nèi)部，實現(xiàn)多點(diǎn)測量。
[0007]所述光纖光柵FBG采用部分粘貼法進(jìn)行封裝，封裝時光纖光柵FBG不是全部粘貼在底座表面，未粘貼部分懸空，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌封，待樹脂固化后，整個結(jié)構(gòu)構(gòu)成一體;粘貼的部分將對溫度和應(yīng)力同時敏感，未粘貼部分即懸空部分只對溫度敏感，解決了在對變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測時的溫度交叉敏感問題，克服了僅僅通過測量光纖光柵中心波長移動無法區(qū)分溫度與應(yīng)力影響的問題。
[0008]有益效果
[0009]本發(fā)明具有全分布式測量、能同時區(qū)分溫度和應(yīng)力、高速解調(diào)和在線監(jiān)測的特點(diǎn)。能夠?qū)η秩氩?、VFTO和短路電流作用下對變壓器繞組應(yīng)力進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測，通過高速解調(diào)系統(tǒng)全面掌握在不同暫態(tài)沖擊下變壓器繞組受力情況。
【附圖說明】
[0010]圖1為基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。
[0011 ]圖2為繞組應(yīng)力監(jiān)測高速解調(diào)系統(tǒng)原理圖；
[0012]圖3為光纖光柵FBG采用部分粘貼方法示意圖；
[0013]圖4為光纖光柵FBG采用基于部分粘貼法的封裝示意圖；
[0014]圖5為光纖光柵傳感器埋入式封裝電磁線示意圖；
[0015]1-全分布式光纖應(yīng)力傳感器;2-光纖;3-高壓繞組;4-夾緊裝置。
【具體實施方式】
[0016]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0017]圖1示出了基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)連接示意圖。光纖采用部分粘貼方式進(jìn)行封裝，將全分布式光纖應(yīng)力傳感器預(yù)埋在繞組電磁線，再將光纖引出傳感器外部與設(shè)計的高速解調(diào)系統(tǒng)相連，并通過應(yīng)力采集系統(tǒng)對變壓器繞組應(yīng)力進(jìn)行實時監(jiān)測。繞組受沖擊力作用后，預(yù)埋在繞組電磁線內(nèi)部的全分布式光纖應(yīng)力傳感器受到應(yīng)力作用后，利用高速解調(diào)系統(tǒng)中的波分復(fù)用設(shè)備對不同傳感器的光信號進(jìn)行分離，再光信號轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊獲取相應(yīng)測點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度。整套系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對繞組應(yīng)力的快速檢測和分布式測量功能，在沖擊力的作用下準(zhǔn)確掌握繞組不同位置的應(yīng)力情況。
[0018]圖2示出了本發(fā)明所采用的繞組應(yīng)力監(jiān)測高速解調(diào)系統(tǒng)原理圖。由于繞組所受電動力的作用時間很短，因此本系統(tǒng)采用的光強(qiáng)解調(diào)方法為光強(qiáng)解調(diào)。寬帶ASE光源發(fā)出的寬帶光通過耦合器進(jìn)入FBG陣列，基于FBG本身的波分復(fù)用性，利用波分復(fù)用設(shè)備(WDM)實現(xiàn)不同波長光信號的分離，使得不同F(xiàn)BG傳感器返回信號進(jìn)入不同光信號轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)FBG受到應(yīng)力影響后，波長發(fā)生變化，進(jìn)而通過匹配光纖光柵的光強(qiáng)相應(yīng)發(fā)生變化，光信號轉(zhuǎn)換模塊將測量到的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉从忱@組應(yīng)力的電信號。同時研制高速數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，實現(xiàn)對繞組快速沖擊力進(jìn)行實時分析和顯示。
[0019]圖3示出了光纖光柵的部分粘貼方法，首先對光柵兩端施加一定的拉力，使柵區(qū)變長。然后，用粘合劑將一半的光柵粘貼在底座上，兩段光柵的中心波長相差0.4nm。這樣，未粘貼段的光柵將不會因為底座所受應(yīng)力而發(fā)生形變，因此從未粘貼段光柵部分反射回來的波長變換只與周圍環(huán)境溫度的變化有關(guān)。相反，粘貼段光柵反射回來的波長則對應(yīng)力和溫度同時敏感。由此可以將溫度對光柵的影響分離出來，達(dá)到測量繞組應(yīng)力的目的。
[0020]圖4示出了全分布式光纖應(yīng)力傳感器的封裝方法，該封裝方案基于部分粘貼法先將裸光柵的一半粘貼于底座。其余部分用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌封，待樹脂固化后，整個結(jié)構(gòu)構(gòu)成一體，所有封裝后的應(yīng)力傳感器由光纖連接在一起。
[0021 ]圖5示出了全分布式光纖應(yīng)力傳感器光纖光柵傳感器埋入式封裝電磁線示意圖，在繞組電磁線上進(jìn)行開槽加工，將全分布式光纖應(yīng)力傳感器預(yù)埋在繞組電磁線中，包紙后應(yīng)用于變壓器繞組。為了滿足測量點(diǎn)數(shù)量要求，在高壓，中壓和低壓線圈中分別引入多根帶有傳感器的光纖。這樣的傳感器安裝方法無電勢跨度，滿足了電器特性要求。遇到撐條時，按照同樣的方法進(jìn)行封裝。最后將傳感器通過光纖接口引出至變壓器外部，連接至高速解調(diào)系統(tǒng)和采集系統(tǒng)，對繞組應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和分析。
【主權(quán)項】
1.基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括將若干個全分布式光纖應(yīng)力傳感器(I)預(yù)埋在高壓繞組(3)的電磁線內(nèi)部，各全分布式光纖應(yīng)力傳感器(I)由光纖(2)連接在一起，通過夾緊裝置(4)固定，再將光纖(2)引出到全分布式光纖應(yīng)力傳感器(I)的外部與高速解調(diào)系統(tǒng)相連，高速解調(diào)系統(tǒng)輸出端連接到應(yīng)力采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對變壓器繞組應(yīng)力的實時監(jiān)測;整套應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對繞組應(yīng)力的快速檢測和分布式測量功能，在沖擊力的作用下準(zhǔn)確掌握繞組不同位置的應(yīng)力情況。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述高速解調(diào)系統(tǒng)的工作方式為高壓繞組受沖擊力作用后，預(yù)埋在高壓繞組的電磁線內(nèi)部的全分布式光纖應(yīng)力傳感器受到應(yīng)力作用，高速解調(diào)系統(tǒng)采用光強(qiáng)解調(diào)方法，寬帶ASE光源發(fā)出的寬帶光通過光循環(huán)器進(jìn)入全分布式光纖應(yīng)力傳感器(I)的光纖光柵FBG陣列，基于FBG本身的波分復(fù)用性，當(dāng)FBG受到應(yīng)力影響后，波長發(fā)生變化，返回信號通過光循環(huán)器進(jìn)入波分復(fù)用設(shè)備WDM實現(xiàn)不同波長光信號的分離，使得不同的FBG傳感器的返回信號進(jìn)入不同的光電探測器，光電探測器將測量到的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉从忱@組應(yīng)力的電信號依次通過濾波器和放大器后輸入高速數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，實現(xiàn)對繞組快速沖擊力進(jìn)行實時分析和顯示。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述全分布式光纖應(yīng)力傳感器(I)采用連續(xù)測量方法，整個光纖(2)長度上的任一點(diǎn)都是敏感點(diǎn)，將整根光纖(2)貼附在高壓繞組(3)的電磁線內(nèi)部，實現(xiàn)多點(diǎn)測量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布式光纖的變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵FBG采用部分粘貼法進(jìn)行封裝，封裝時光纖光柵FBG不是全部粘貼在底座表面，未粘貼部分懸空，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌封，待樹脂固化后，整個結(jié)構(gòu)構(gòu)成一體;粘貼的部分將對溫度和應(yīng)力同時敏感，未粘貼部分即懸空部分只對溫度敏感，解決了在對變壓器繞組應(yīng)力監(jiān)測時的溫度交叉敏感問題，克服了僅僅通過測量光纖光柵中心波長移動無法區(qū)分溫度與應(yīng)力影響的問題。
【文檔編號】G01L1/24GK105973511SQ201610274553
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】馬國明, 吳震, 李成榕, 宋宏圖, 劉姝嬪
【申請人】華北電力大學(xué)