內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將光纖光柵加速度傳感器布置在變壓器內(nèi)部，利用波分/空分混合復(fù)用技術(shù)形成準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行過程中對(duì)器身三維振動(dòng)加速度的直接測(cè)量，為變壓器振動(dòng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)提供新的途徑，為變壓器運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估提供有效的技術(shù)手段，為保證其安全、可靠運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)變壓器的智能化提供可靠的支撐。
【專利說明】?jī)?nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域和變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器的故障將直接威脅電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷能夠有效的減少變壓器故障率，降低運(yùn)行成本。變壓器的振動(dòng)是由變壓器本體及冷卻裝置的振動(dòng)產(chǎn)生的，而繞組與鐵心是發(fā)生故障較多的部件，這些故障包括鐵心彎曲、夾緊或松動(dòng)故障、繞組的位移及變形等，正常運(yùn)行變壓器的振動(dòng)特征向量可作為指紋參考，變壓器異常振動(dòng)將引起振動(dòng)指紋特征向量的變化，因而，通過對(duì)變壓器振動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及比對(duì)分析，可對(duì)變壓器鐵心及繞組運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的評(píng)估。
[0003]目前，對(duì)變壓器振動(dòng)的測(cè)量主要是使用振動(dòng)傳感器布置在變壓器油箱表面，通過在油箱壁采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種頻域分析后對(duì)比故障模型數(shù)據(jù)或同相對(duì)比同一型號(hào)變壓器的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行故障分析。由于變壓器器身振動(dòng)通過變壓器油、上下夾件、繞組等傳遞到油箱壁后振動(dòng)信號(hào)受阻擋衰減較大，且變壓器油箱壁的振動(dòng)受到外間環(huán)境干擾非常大，并不能準(zhǔn)確反應(yīng)變壓器運(yùn)行過程中器身的真實(shí)振動(dòng)情況，因此，通過間接測(cè)量油箱壁振動(dòng)來(lái)評(píng)判鐵心運(yùn)行狀況存在一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為解決油浸式變壓器振動(dòng)直接測(cè)量的問題，而提供一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及裝置，其特征在于，由掃描激光光源、I XN光纖耦合器、I X 2光纖耦合器、多通道耦合器擴(kuò)展模塊、傳輸光纜、箱體貫通器、光纖光柵加速度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、多通道信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)等組成。掃描激光器輸出的光源通過I XN光纖耦合器分成N路，每一路通過I X 2光纖耦合器輸入到多通道耦合器擴(kuò)展模塊，多通道耦合器擴(kuò)展模塊內(nèi)置多個(gè)I X4光纖耦合器，I X4光纖耦合器將一個(gè)通道擴(kuò)展成4個(gè)光纖通道，所有通道同步同頻掃描，各光纖通道經(jīng)傳輸光纜與箱體貫通器連接，經(jīng)箱體貫通器再輸出到光纖光柵加速度傳感器，每組光纖光柵加速度傳感由兩支光柵串聯(lián)，光纖光柵反射信號(hào)攜帶傳感信息再次經(jīng)過箱體貫通器、傳輸光纜、多通道耦合器擴(kuò)展模塊及1X2光纖耦合器入射到相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將反射光信號(hào)變成電信號(hào)，由多通道信號(hào)處理器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)據(jù)采集模塊，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
[0006]如上所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵加速度傳感器采用金屬外殼封裝并鍍金處理，實(shí)現(xiàn)防水及密封。由此帶來(lái)的技術(shù)效果是:避免液體介質(zhì)阻尼對(duì)光纖光柵加速度傳感器傳感性能的影響。[0007]如上所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵加速度傳感器采用兩支光纖光柵串聯(lián)，組成雙光柵結(jié)構(gòu)，測(cè)量一個(gè)維度上的振動(dòng)。由此帶來(lái)的技術(shù)效果是:該結(jié)構(gòu)不僅可實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)補(bǔ)償，而且還可以獲得比單光柵更高的靈敏度和工作頻段。
[0008]如上所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三組光纖光柵加速度傳感器組合成三軸結(jié)構(gòu)，安裝在變壓器器身上，實(shí)現(xiàn)三維振動(dòng)加速度的直接測(cè)量。
[0009]如上所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述多支光纖光柵傳感器采用串聯(lián)、光纖耦合器和多通道耦合器擴(kuò)展模塊，組成波分/空分混合復(fù)用光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。由此帶來(lái)的技術(shù)效果是:最大限度利用解調(diào)系統(tǒng)每通道的承載能力，節(jié)約布線安裝成本以及系統(tǒng)成本。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:將光纖光柵加速度傳感器布置在變壓器內(nèi)部，利用波分/空分混合復(fù)用技術(shù)形成準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行過程中對(duì)器身三維振動(dòng)加速度的直接測(cè)量，為變壓器振動(dòng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)提供新的途徑，為變壓器運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估提供有效的技術(shù)手段，為保證其安全、可靠運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)變壓器的智能化提供可靠的支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的具有溫度自補(bǔ)償?shù)碾p光纖光柵振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0013]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣在本申請(qǐng)所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。
[0014]附圖中符號(hào)說明:1_掃描激光光源、2-1XN光纖耦合器、3-1X2光纖耦合器、4-多通道稱合器擴(kuò)展模塊、5-傳輸光纜、6-箱體貫通器、7-光纖光柵加速度傳感器、8-光電轉(zhuǎn)換器、9-多通道信號(hào)處理器、10-數(shù)據(jù)采集模塊、11-計(jì)算機(jī)、701-外殼、702-光纖光柵1、703-光纖光柵I1、704-傳輸光纖、705-質(zhì)量塊、706-L型懸臂梁、707-彈簧片和708-支撐緊固件。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由掃描激光光源1、I XN光纖稱合器2、1X2光纖稱合器3、多通道稱合器擴(kuò)展模塊
4、傳輸光纜5、箱體貫通器6、光纖光柵加速度傳感器7、光電轉(zhuǎn)換器8、多通道信號(hào)處理器9、數(shù)據(jù)采集模塊10、計(jì)算機(jī)11組成。
[0016]所述系統(tǒng)工作過程為:掃描激光器I輸出的光源通過I X N光纖稱合器2分成N路，每一路通過I X 2光纖耦合器3輸入到多通道耦合器擴(kuò)展模塊4，多通道耦合器擴(kuò)展模塊4內(nèi)置多個(gè)1X4光纖耦合器，1X4光纖耦合器將一個(gè)通道擴(kuò)展成4個(gè)光纖通道，所有通道同步同頻掃描；各光纖通道經(jīng)傳輸光纜5與箱體貫通器6連接，箱體貫通器6安裝在變壓器箱壁上，實(shí)現(xiàn)變壓器內(nèi)外光纖傳感信號(hào)的傳輸，并確保不滲漏油；光經(jīng)箱體貫通器6再傳輸?shù)焦饫w光柵加速度傳感器7，每組光纖光柵加速度傳感由兩支光纖光柵串聯(lián)，光纖光柵反射信號(hào)攜帶傳感信息再依次經(jīng)過箱體貫通器6、傳輸光纜5、多通道耦合器擴(kuò)展模塊4及I X 2光纖率禹合器3入射到相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器8,光電轉(zhuǎn)換器8將反射光信號(hào)變成電信號(hào)，由多通道信號(hào)處理器9進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)據(jù)采集模塊10，最后由計(jì)算機(jī)11進(jìn)行分析處理。
[0017]所述光纖光柵加速度傳感器7的結(jié)構(gòu)如圖2所不，由外殼701、光纖光柵1702、光纖光柵II703、傳輸光纖704、質(zhì)量塊705、L型懸臂梁706、彈簧片707和支撐緊固件708組成，外界振動(dòng)引起光纖光柵1702和光纖光柵II703中心波長(zhǎng)的變化，通過解調(diào)光纖光柵波長(zhǎng)變化實(shí)現(xiàn)對(duì)外界振動(dòng)的測(cè)量。
[0018]所述光纖光柵加速度傳感器7采用金屬外殼封裝并鍍金處理，實(shí)現(xiàn)防水及密封，避免液體介質(zhì)阻尼對(duì)光纖光柵加速度傳感器7傳感性能的影響。
[0019]所述光纖光柵加速度傳感器7采用兩支光纖光柵串聯(lián)，組成雙光柵結(jié)構(gòu)，測(cè)量一個(gè)維度上的振動(dòng)，該結(jié)構(gòu)不僅可實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)補(bǔ)償，而且還可以獲得比單光柵更高的靈敏度和工作頻段。
[0020]所述三組光纖光柵加速度傳感器7組合成三軸結(jié)構(gòu)，安裝在變壓器器身上，實(shí)現(xiàn)三維振動(dòng)加速度的直接測(cè)量。
[0021]所述多支光纖光柵傳感器采用串聯(lián)、光纖耦合器和多通道耦合器擴(kuò)展模塊，組成波分/空分混合復(fù)用光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)，最大限度利用解調(diào)系統(tǒng)每通道的承載能力，節(jié)約布線安裝成本以及系統(tǒng)成本。
[0022]光纖光柵的加速度傳感器使用光纖作為傳感介質(zhì)，為無(wú)源器件，耐高溫、耐高壓、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合在變壓器內(nèi)部環(huán)境使用。本發(fā)明將光纖光柵加速度傳感器安裝在變壓器器身上，通過光纖光柵加速傳感器直接測(cè)量變壓器器身在運(yùn)行過程中的三維振動(dòng)加速度，避免了振動(dòng)波形通過油箱壁、變壓器油等組件的傳遞和外界環(huán)境的干擾，真實(shí)反應(yīng)變壓器運(yùn)行過程中的器身振動(dòng)情況。
[0023]以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，由掃描激光光源、I XN光纖稱合器、1X2光纖稱合器、多通道稱合器擴(kuò)展模塊、傳輸光纜、箱體貫通器、三組光纖光柵加速度傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、多通道信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)組成，掃描激光器輸出的光源通過I XN光纖稱合器分成N路,每一路通過1X2光纖稱合器輸入到多通道耦合器擴(kuò)展模塊，多通道耦合器擴(kuò)展模塊內(nèi)置多個(gè)1X4光纖耦合器，1X4光纖耦合器將一個(gè)通道擴(kuò)展成4個(gè)光纖通道，所有通道同步同頻掃描，各光纖通道經(jīng)傳輸光纜與箱體貫通器連接，經(jīng)箱體貫通器再輸出到光纖光柵加速度傳感器，每組光纖光柵加速度傳感由兩支光柵串聯(lián)，光纖光柵反射信號(hào)攜帶傳感信息再次經(jīng)過箱體貫通器、傳輸光纜、多通道稱合器擴(kuò)展模塊及1X2光纖稱合器入射到相對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器,光電轉(zhuǎn)換器將反射光信號(hào)變成電信號(hào)，由多通道信號(hào)處理器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)據(jù)采集模塊，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵加速度傳感器采用金屬外殼封裝并鍍金處理，實(shí)現(xiàn)防水及密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵加速度傳感器采用兩支光纖光柵串聯(lián)，組成雙光柵結(jié)構(gòu)，測(cè)量一個(gè)維度上的振動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三組光纖光柵加速度傳感器組合成三軸結(jié)構(gòu)，安裝在變壓器器身上，實(shí)現(xiàn)三維振動(dòng)加速度的直接測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述多支光纖光柵傳感器采用串聯(lián)、光纖耦合器和多通道耦合器擴(kuò)展模塊，組成波分/空分混合復(fù)用光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103743464SQ201310749222
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】姜國(guó)義, 聶德鑫, 劉海波, 鄧建鋼, 李文震, 周建華, 皮本熙, 劉詣, 楊永輝, 張連星, 宋友, 張海龍, 詹浩, 吳義華, 盧文華 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司