專利名稱：變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型設計涉及一種變壓器多參數(shù)在線監(jiān)測裝置，尤其涉及一種基于光纖傳感的變壓器局部放電及放電定位、內(nèi)部溫度在線多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
智能電網(wǎng)是十二五計劃中的重點發(fā)展課題，而變壓器作為電力系統(tǒng)樞紐設備，它的穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當電力變壓器產(chǎn)生形變或破壞時會產(chǎn)生局部放電，而局部放電伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射現(xiàn)象包含復雜的超聲信號，同時放電位置周圍的溫度將升高，以此為熱源引起變壓器內(nèi)部整體溫度的提升，因此檢測變壓器聲發(fā)射信號及溫度就是監(jiān)測電力變壓器的整體運行情況。 光纖傳感器體積小、物理性質(zhì)穩(wěn)定、絕緣度高，和電力變壓器緊密的結(jié)合在一起，通過在線對變壓器的多個參數(shù)監(jiān)測，實時的了解變壓器的運行狀況，并通過監(jiān)測儀器解調(diào)、計算得到局部放電及放電位置、內(nèi)部溫度的具體量化，從而提前發(fā)現(xiàn)異常征兆，并確定異常故障的位置，方便變壓器的維修及更換。中國專利申請?zhí)枮?01020518443. 7提供了一種基于光纖光柵的變壓器內(nèi)部溫度檢測系統(tǒng)，通過光纖光柵傳感器實現(xiàn)變壓器內(nèi)部多點溫度的實時測量，測量范圍為(TC -200°c，測量精度優(yōu)于I°C，測溫的定位精度優(yōu)于O. I米，同時提到該檢測系統(tǒng)可檢測局部放電等參數(shù)，但是沒有給出對局部放電參數(shù)檢測的具體性能指標，也沒有涉及局部放電的定位。中國專利申請?zhí)枮椤?01020302185. 9提供一種基于熔融拉錐過度耦合光纖傳感器的變壓器局部放電檢測裝置，但是沒有涉及局部放電的傳感器陣列、定位系統(tǒng)及內(nèi)部溫度檢測。中國專利申請?zhí)枮?01010023128. I提供了一種基于光纖超聲波傳感器檢測電力變壓器局部放電在線監(jiān)測和定位系統(tǒng)，但是沒有涉及對電力變壓器的內(nèi)部溫度檢測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決電力變壓器局部放電及定位位置、內(nèi)部運行溫度的多參數(shù)在線監(jiān)測問題，提供了一種采用熔融拉錐過度耦合光纖組合陣列檢測局部放電及放電定位，及采用光纖布拉格光柵同時檢測內(nèi)部運行溫度的變壓器多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有本質(zhì)安全、絕緣度高、多參數(shù)同步監(jiān)測、遠程在線實時響應、易進行以太網(wǎng)連接等優(yōu)點。為達到上述目的，本實用新型采用以下方案一種變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，它主要包括半導體DFB激光器以及與之光連接的聲發(fā)射光纖傳感器和光纖布拉格光柵溫度傳感器，所述聲發(fā)射光纖傳感器與第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接，第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置與數(shù)據(jù)采集卡電聯(lián)接；光纖布拉格光柵溫度傳感器與第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接；第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置與ARM核心板電聯(lián)接；數(shù)據(jù)采集卡和ARM核心板均與嵌入式主板電聯(lián)接。所述聲發(fā)射光纖傳感器的光纖傳感探頭由熔融拉錐過度耦合光纖制作而成，尾端為三根光纖，通過鎧裝光纜與第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接。所述光纖布拉格光柵溫度傳感器為陶瓷封裝的光纖布拉格光柵；通過鎧裝光纜與第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接；兩種傳感器通過一根8芯以上的鎧裝光纜連接至變壓器多參數(shù)光纖監(jiān)測儀。所述聲發(fā)射光纖傳感器安裝在變壓器外殼或內(nèi)部，光纖光柵溫度傳感器安裝在變壓器油溫接口或內(nèi)部繞組。所述半導體DFB激光器為兩個波段內(nèi)范圍的光源，主要選取1309nm-1311nm及1530nm-1532nm波長的光源。 所述第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置包括光電轉(zhuǎn)換、信號高通濾波、低通濾波、信號放大器；第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置包括光電轉(zhuǎn)換、信號低通濾波、一階信號保持器、放大器。ARM核心板上包含有一個單總線的dsl8b20測溫元件，該元件用來實時測量環(huán)境溫度。數(shù)據(jù)采集卡通過PCI插槽或USB接口與嵌入式主板連接，ARM核心板通過串口或以太網(wǎng)口與嵌入式主板連接。與嵌入式主板連接的還有觸摸屏。嵌入式主板處理所獲得的放電聲發(fā)射信號及溫度信號，并將處理后的結(jié)果送觸摸屏進行顯示。本裝置的工作過程利用聲發(fā)射光纖傳感器檢測超聲信號，同時光纖布拉格光柵傳感器檢測內(nèi)部溫度的變化，通過光電探測器將返回的光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，電壓信號經(jīng)過濾波、放大，再分別利用數(shù)據(jù)采集卡及ARM核心板對采集的電壓信號進行信號運算、歸一化處理，通過通訊接口(USB 口、串口、以太網(wǎng)口)將信號傳至嵌入式主板。嵌入式主板根據(jù)聲發(fā)射信號采集的時間差、溫度信號的變化趨勢，對變壓器的內(nèi)部放電強度、放電位置、運行的工作狀態(tài)等多參數(shù)進行分析處理、再將結(jié)果送至觸摸屏進行實時顯示，同時也可以通過以太網(wǎng)口向上級網(wǎng)絡節(jié)點進行網(wǎng)絡發(fā)布。本實用新型有益效果是1、可真正意義上實現(xiàn)對變壓器多個參數(shù)的實時在線監(jiān)測，提前檢測到潛在故障，預防事故的發(fā)生，確保變壓器安全、長期運行；2、該系統(tǒng)的檢測頻率帶寬為10K-300KHZ，完全滿足變壓器局部放電的常規(guī)頻譜范圍；3、該系統(tǒng)的靈敏度高，峰值可達一 55dB ref IV/μ bar ;4、該系統(tǒng)能檢測到的最小局部放電量不高于50 pC，測量精度高；5、采用高性能、低功耗的ARM處理器，溫度檢測響應速度快，并加入了環(huán)境溫度補償，所測溫度范圍0°C -300°C，測溫精度優(yōu)于O. 5°C，測溫的定位精度優(yōu)于O. I米；6、采用半導體DFB激光器組成光源陣列，更換靈活，成本低廉，適合快速推廣及廣泛應用。

圖I是本實用新型的實施例結(jié)構(gòu)及工作流程圖；圖2是本實用新型的實施例安裝示意圖；圖3是本實用新型所測得實驗室油箱內(nèi)局部放電的超聲信號波形圖；圖中1_聲發(fā)射傳感器；2_溫度傳感器；3_變壓器；4_光纜；5_多參數(shù)光纖監(jiān)測儀；6-電阻式觸摸屏。
具體實施方式
本實用新型涉及的一個優(yōu)選實例結(jié)合附圖說明如下實施例I :參見圖I、圖2，整個變壓器多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)包括聲發(fā)射光纖傳感器陣列(4-6個)、溫度傳感器(2-6個)、多參數(shù)光纖監(jiān)測儀一臺，該多參數(shù)光纖監(jiān)測儀包含有凌動D510嵌入式主板、STM32ARM7核心板、USB數(shù)據(jù)采集卡(2M)、電阻式觸摸屏、光電轉(zhuǎn)換及濾波裝置、分路盒、觸摸屏、半導體DFB激光器。局部放電及定位具體工作流程首先將圖2中I所示的聲發(fā)射傳感器，共4個，安裝在變壓器外殼四面中心位置，組成聲發(fā)射傳感器陣列。然后結(jié)合圖I所示，圖2中所示多參數(shù)監(jiān)測儀5內(nèi)部1310nm波段的半導體激光器光纖聲發(fā)射傳感器I接通電源后，通過分路盒I分4通道向聲發(fā)射傳感器I發(fā)射激光，透射光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及濾波裝置進行光電信號轉(zhuǎn)換、信號放大、信號濾波處理后變成正負5 V范圍內(nèi)的電壓信號，經(jīng)SMB接口進入4通道同步2MHz模擬信號采集卡，采集卡通過平均值軟件濾波，經(jīng)USB接口將同步的4組聲發(fā)射 信號傳入凌動D510嵌入式主板。嵌入式主板利用4通道采集信號的幅值大小、對比標定過的局部放電量大小的頻譜圖進行頻譜分析，計算出局部放電量的大小，再結(jié)合接收信號的時間差、內(nèi)部溫度檢測所得到的溫度信息，對變壓器的局部放電位置進行定位。變壓器內(nèi)部溫度檢測具體工作流程首先如圖2中所示溫度傳感器2，在變壓器油孔內(nèi)安裝了 2個光纖布拉格光柵溫度傳感器2，然后如圖2中5所示的監(jiān)測儀接通電源后，內(nèi)部STM32ARM核心板利用12位的DAC通道驅(qū)動并調(diào)節(jié)1531nm波段的半導體DFB激光器發(fā)射激光，激光經(jīng)分路盒中I分2通道進入光纖布拉格光柵溫度傳感器2，然后對反射回來的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、信號放大、信號濾波后上傳至STM32ARM核心板，利用STM32ARM核心板的2路AD信號采集通道，經(jīng)過采集、歸一化處理、二次曲線擬合計算等步驟后，再加上核心板上dsl8b20的環(huán)境溫度補償值,共同得到光纖布拉格光柵傳感器標定的標準溫度信號，再將溫度值通過串口或網(wǎng)口送至凌動D510嵌入式主板中，經(jīng)由圖2中6所示電阻式觸摸屏將溫度信號在線顯示出來。其中，圖2中變壓器3上的聲發(fā)射傳感器I和溫度傳感器2，通過光纜4與多參數(shù)光纖監(jiān)測儀5連接；圖2中電阻式觸摸屏6可以設置局部放電的采集頻率、電壓增益設置、靈敏度設置、傳感器參數(shù)、溫度擬合參數(shù)、顯示曲線或數(shù)值方式選擇等功能，具備交互式的操作性能。實施例2 :本實施例描述另一種變壓器多參數(shù)光纖監(jiān)測系統(tǒng)方案、與實施例I相同點不再描述，主要不同在于如圖2中，將在變壓器內(nèi)部繞組上安裝6個光纖布拉格光柵溫度傳感器，替代變壓器外部油孔內(nèi)的2個光纖布拉格光柵溫度傳感器；另外將圖I中數(shù)據(jù)采集卡與嵌入式主板的接口變成工業(yè)PCI接口 ；本實施例可以更直接的檢測變壓器運行時的溫度，同時提高整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實用性，更好的反映變壓器運行時的實時狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，它主要包括半導體DFB激光器以及與之光連接的聲發(fā)射光纖傳感器和光纖布拉格光柵溫度傳感器，所述聲發(fā)射光纖傳感器與第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接，第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置與數(shù)據(jù)采集卡電聯(lián)接；光纖布拉格光柵溫度傳感器與第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接；第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置與ARM核心板電聯(lián)接；數(shù)據(jù)采集卡和ARM核心板均與嵌入式主板電聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述聲發(fā)射光纖傳感器的光纖傳感探頭由熔融拉錐過度耦合光纖制作而成，通過鎧裝光纜與第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述光纖布拉格光柵溫度傳感器為陶瓷封裝的光纖布拉格光柵；通過鎧裝光纜與第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是聲發(fā)射光纖傳感器安裝在變壓器外殼四面中心位置或內(nèi)部，光纖光柵溫度傳感器安裝在變壓器油溫接ロ或內(nèi)部繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是半導體DFB激光器發(fā)出波長為1309nm-1311nm和1530nm_1532nm兩個波段內(nèi)的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置包括光電轉(zhuǎn)換、信號高通濾波、低通濾波、信號放大器；第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置包括光電轉(zhuǎn)換、信號低通濾波、ー階信號保持器、信號放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是ARM核心板上包含有ー個單總線的dsl8b20測溫元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是數(shù)據(jù)采集卡通過PCI插槽或USB接ロ與嵌入式主板連接，ARM核心板通過串ロ或以太網(wǎng)ロ與嵌入式主板連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是與嵌入式主板連接的還有觸摸屏。
專利摘要一種變壓器多參數(shù)光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)，它主要包括半導體DFB激光器以及與之光連接的聲發(fā)射光纖傳感器和光纖布拉格光柵溫度傳感器，所述聲發(fā)射光纖傳感器與第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接，第一光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置與數(shù)據(jù)采集卡電聯(lián)接；光纖布拉格光柵溫度傳感器與第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置光連接；第二光電信號轉(zhuǎn)換及濾波裝置與ARM核心板電聯(lián)接；數(shù)據(jù)采集卡和ARM核心板均與嵌入式主板電聯(lián)接。
文檔編號G01D21/02GK202420549SQ201120518580
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者李淑娟, 王昌, 王金玉, 祁海峰, 閔力 申請人:山東省科學院激光研究所