[发明专利]基于光纤的变压器内部振动测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种基于光纤的变压器内部振动测量装置及其测量方法，该装置包括激光器、二个分光镜、二个反射镜、四个准直透镜、参考光纤、光纤检测线圈和检光镜；激光器发出的激光信号经过分光器分为投射光束和反射光束，透射光束经准直透镜后在参考光纤中传播，反射光束经反射镜和准直透镜进后在光纤检测线圈中进行传播；参考光纤和光纤检测线圈的末端连接一套准直透镜、反射镜、分光镜，最后输出光束至检光器，光纤检测线圈安装在变压器绕组或变压器铁心上。本发明设计合理，不仅解决了在强电磁场干扰环境下信号传输的问题，而且不影响设备的绝缘性能，具有抗干扰、分辨率高的特点，有效提高了变压器内部振动测量的准确性。

技术领域

本发明属于变压器运行检测技术领域，尤其是一种基于光纤的变压器内部振动测量装置及其测量方法。

背景技术

变压器在运行过程中，受到磁致伸缩、动热稳定、电流谐波等因素影响，会在变压器的不同部位产生频率与持续时间各不相同的振动信号。振动信号反映了内部器件的连接配合及应力变形情况，表征了变压器的运行状态，对变压器状态评估有重要意义。变压器振动与其运行中的机械稳定性有关，内部振动信号测量是反映变压器内部组件隐患的有效手段。

目前，变压器振动测量主要是通过外置式加速度传感器进行，其将变压器整体振动过程中产生的加速度转化为电信号，经过放大、滤波等环节提取特征信号，并识别振动信号的来源。这种方式测得的振动信号含有大量的外部干扰，主要反映外置传感器安装处附近的振动情况，计及变压器铁心、线圈等部件的振动在传播过程中的衰减，该方式对变压器内部振动测量的灵敏度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变压器内部振动测量方法及其装置，解决了在强电磁场干扰环境下信号传输的问题，能够更精确地进行变压器内部振动测量。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于光纤的变压器内部振动测量装置，包括激光器、二个分光镜、二个反射镜、四个准直透镜、参考光纤、光纤检测线圈和检光镜；所述激光器发出的激光信号经过第一分光器分为投射光束和反射光束，所述透射光束经第一准直透镜进行方向稳定后在参考光纤中传播，所述反射光束经第一反射镜和第二准直透镜进行方向矫正及方向稳定后在光纤检测线圈中进行传播；所述参考光纤和光纤检测线圈的末端分别连接第三准直透镜和第四准直透镜，第三准直透镜出来的光束经第二反射镜后进入第二分光镜，第四准直透镜出来的光束到达第二分光镜，第二分光镜输出光束至检光器并将光强转化为电信号后输出；所述光纤检测线圈安装在变压器绕组或变压器铁心上。

所述激光器、二个分光镜、二个反射镜、四个准直透镜、参考光纤和检光镜均安装在变压器外部。

所述激光器为氦氖激光器。

所述光纤检测线圈通过固定带固定在变压器绕组或变压器铁心上。

所述光纤检测线圈由绝缘的光导纤维制成。

一种基于光纤的变压器内部振动测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、激光器发出指定频率的激光信号。

步骤2、采用如下公式计算光纤内光的相角变化量：

Δφ＝2πnη·MΔl/λ

其中，M为变压器绕组匝间产生平均位移Δl时有效检测段总数，n代表光纤的折射率；η代表变压器绕组应变转化为光纤检测线圈应变量的效率，λ代表激光信号的波长；

步骤3、根据光纤相角变化量与干涉光光强的关系，计算变压器绕组匝间产生平均位移Δl随时间的变化规律，获取线圈振动的频率及幅值。

所述n为常数；η值为0.6。

所述光纤相角变化量与干涉光光强I(t)的关系为：