[发明专利]采用光纤光栅应变传感器的变压器绕组变形在线监测系统

说明书

本发明公开了属于电力变压器安全监测技术领域的一种采用光纤光栅应变传感器的变压器绕组变形在线监测系统。该变压器绕组变形在线监测系统的宽带光源分别连接耦合器和M‑Z干涉仪，耦合器后面串联1‑n个光纤光栅应变传感器；在M‑Z干涉仪后面依次串联分波器、光电探测器、信号处理单元和工控机；该系统将光栅反射后的光信号经M‑Z干涉仪干涉后，进行相位调制，经过分波器将干涉后的光按波长分离并分别进入光电探测器转变为电信号，再经过信号处理单元处理后传输至工控机。本发明的光纤光栅应变传感器能够实时在线监测线圈之间的轴向形变状况，实现实时监测变压器绕组整体轴向形变。

技术领域

本发明属于电力变压器安全监测技术领域，特别涉及一种采用光纤光栅应变传感器的变压器绕组变形在线监测系统。

技术背景

电力变压器是发、输、配电系统中的重要设备，其性能和质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益，绕组又是变压器的重要组成部分。

变压器绕组载流后会在其所处空间及其周围空间建立起轴向和辐向的漏磁场；处于该磁场中的绕组本身又要受到“洛伦兹力”或者称之为电磁力的作用，电磁力在变压器绕组材料中产生机械应力，并部分地传到变压器其它元件上。在正常运行时，电磁力并不大，但是发生短路时，绕组受到的短路电磁力将剧增，达到正常值的几十倍，甚至几百倍，足以引起变压器绕组产生变形；即电力变压器在运行过程中不可避免地要遭受各种故障短路电流的冲击，一旦短路故障发生在变压器出口附近，如果绕组内部机械结构存在薄弱环节，必然会产生绕组扭曲、鼓包或移位等变形现象，严重时会导致突发性损坏事故。因此，开展变压器绕组应力、变形测试研究势在必行，对防止变压器事故的发生有重要的作用。

目前电力系统中常用的监测变压器绕组变形的方法是短路阻抗法、频率响应法、振动监测法等。

短路阻抗法、频率响应法都需要安排设备停电进行试验，无法做到在线监测。振动监测法虽然可以在线监测，但该方法是通过监测油箱壁上振动来反映绕组振动继而反映绕组变形情况，无法做到直接监测，易受变压器的运行方式、制造工艺、环境和温度变化的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用光纤光栅应变传感器的变压器绕组变形在线监测系统，其特征在于，该变压器绕组变形在线监测系统包括：宽带光源、M-Z干涉仪、耦合器、光纤光栅应变传感器、分波器、光电探测器、信号处理单元、和工控机；其中，宽带光源1分别连接耦合器2和M-Z干涉仪4，耦合器2后面串联1-n个光纤光栅应变传感器3；在M-Z干涉仪4后面依次串联分波器5、光电探测器6、信号处理单元7和工控机8；所述M-Z干涉仪为马赫曾德干涉仪；

所述宽带光源为该系统主要光源，可稳定发出特定波长范围内的光的光源。

所述M-Z干涉仪包括输入、输出两个耦合器，两个耦合器之间并联测量臂和参考臂，测量臂和参考臂为光程不同的两臂，用于对光进行相位干涉。

所述分波器具有波分复用功能，将不同波长的光按波长进行分离。

所述光电探测器用于将反射光转换为电信号。

所述信号处理单元将收到的电信号处理后传输至工控机。

所述工控机为终端平台，用于呈现变压器绕组变形位置压力信号，实现变压器绕组变形的在线监测。

所述光纤光栅应变传感器采用耐油橡胶—丁腈橡胶作为封装物，丁腈橡胶将光纤光栅应变传感器封装成薄片，然后“嵌入每相绕组底部压靴处对称开的3个槽”中，在线监测变压器绕组的形变状况，将得到变压器绕组变形位置的压力信号通过耦合器传输至M-Z干涉仪，实现实时监测变压器绕组整体轴向形变。

所述丁腈橡胶封装的光纤光栅应变传感器适应变压器绕组特殊的油环境，满足传感器的寿命要求。