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內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，將光纖光柵加速度傳感器布置在變壓器內部，利用波分/空分混合復用技術形成準分布式傳感網絡，實現變壓器運行過程中對器身三維振動加速度的直接測量，為變壓器振動實時在線監測提供新的途徑，為變壓器運行狀態的準確評估提供有效的技術手段，為保證其安全、可靠運行和實現變壓器的智能化提供可靠的支撐。
【專利說明】內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光纖傳感領域和變壓器狀態監測領域，具體涉及一種內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統。
【背景技術】
[0002]電力變壓器是電力系統的關鍵設備，變壓器的故障將直接威脅電網系統的安全運行，對運行中的電力變壓器實現在線監測及故障診斷能夠有效的減少變壓器故障率，降低運行成本。變壓器的振動是由變壓器本體及冷卻裝置的振動產生的，而繞組與鐵心是發生故障較多的部件，這些故障包括鐵心彎曲、夾緊或松動故障、繞組的位移及變形等，正常運行變壓器的振動特征向量可作為指紋參考，變壓器異常振動將引起振動指紋特征向量的變化，因而，通過對變壓器振動的實時監測及比對分析，可對變壓器鐵心及繞組運行狀況進行有效的評估。
[0003]目前，對變壓器振動的測量主要是使用振動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數據進行各種頻域分析后對比故障模型數據或同相對比同一型號變壓器的數據來進行故障分析。由于變壓器器身振動通過變壓器油、上下夾件、繞組等傳遞到油箱壁后振動信號受阻擋衰減較大，且變壓器油箱壁的振動受到外間環境干擾非常大，并不能準確反應變壓器運行過程中器身的真實振動情況，因此，通過間接測量油箱壁振動來評判鐵心運行狀況存在一定的局限性。

【發明內容】

[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:為解決油浸式變壓器振動直接測量的問題，而提供一種內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是:一種內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統及裝置，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、光電轉換器、多通道信號處理器、數據采集模塊、計算機等組成。掃描激光器輸出的光源通過IXN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展模塊，多通道耦合器擴展模塊內置多個I X 4光纖耦合器，I X 4光纖耦合器將一個通道擴展成4個光纖通道，所有通道同步同頻掃描，各光纖通道經傳輸光纜與箱體貫通器連接，經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，光纖光柵反射信號攜帶傳感信息再次經過箱體貫通器、傳輸光纜、多通道耦合器擴展模塊及1X2光纖耦合器入射到相對應的光電轉換器，光電轉換器將反射光信號變成電信號，由多通道信號處理器進行模數轉換后送入數據采集模塊，最后由計算機進行分析處理。
[0006]如上所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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，實現防水及密封。由此帶來的技術效果是:避免液體介質阻尼對光纖光柵加速度傳感器傳感性能的影響。[0007]如上所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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，組成雙光柵結構，測量一個維度上的振動。由此帶來的技術效果是:該結構不僅可實現溫度的自動補償，而且還可以獲得比單光柵更高的靈敏度和工作頻段。
[0008]如上所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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構，安裝在變壓器器身上，實現三維振動加速度的直接測量。
[0009]如上所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，其特征在于，所述多支光纖光柵傳感器采用串聯、光纖耦合器和多通道耦合器擴展模塊，組成波分/空分混合復用光纖光柵傳感網絡。由此帶來的技術效果是:最大限度利用解調系統每通道的承載能力，節約布線安裝成本以及系統成本。
[0010]本實用新型的有益效果是:將光纖光柵加速度傳感器布置在變壓器內部，利用波分/空分混合復用技術形成準分布式傳感網絡，實現變壓器運行過程中對器身三維振動加速度的直接測量，為變壓器振動實時在線監測提供新的途徑，為變壓器運行狀態的準確評估提供有效的技術手段，為保證其安全、可靠運行和實現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為本實用新型實施例的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統結構不意圖。
[0012]圖2為本實用新型實施例的具有溫度自補償的雙光纖光柵振動傳感器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為了更好地理解本實用新型，下面結合實施例進一步闡明本實用新型的內容，但本實用新型的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。
[0014]附圖中符號說明: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-光電轉換器、9-多通道信號處理器、10-數據采集模塊、11-計算機、701-外殼、702-光纖光柵1、703-光纖光柵I1、704-傳輸光纖、705-質量塊、706-L型懸臂梁、707-彈簧片和708-支撐緊固件。
[0015]如圖1所示，本實用新型提供的一種內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，由掃描激光光源1、I XN光纖耦合器2、I X 2光纖耦合器3、多通道耦合器擴展模塊4、傳輸光纜5、箱體貫通器6、光纖光柵加速度傳感器7、光電轉換器8、多通道信號處理器9、數據采集模塊10、計算機11組成。
[0016]所述系統工作過程為: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展模塊4，多通道耦合器擴展模塊4內置多個1X4光纖耦合器，1X4光纖耦合器將一個通道擴展成4個光纖通道，所有通道同步同頻掃描；各光纖通道經傳輸光纜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，實現變壓器內外光纖傳感信號的傳輸，并確保不滲漏油；光經箱體貫通器6再傳輸到光纖光柵加速度傳感器7，每組光纖光柵加速度傳感由兩支光纖光柵串聯，光纖光柵反射信號攜帶傳感信息再依次經過箱體貫通器6、傳輸光纜5、多通道耦合器擴展模塊4及I X 2光纖率禹合器3入射到相對應的光電轉換器8,光電轉換器8將反射光信號變成電信號，由多通道信號處理器9進行模數轉換后送入數據采集模塊10，最后由計算機11進行分析處理。
[0017]所述光纖光柵加速度傳感器7的結構如圖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，外界振動引起光纖光柵1702和光纖光柵II703中心波長的變化，通過解調光纖光柵波長變化實現對外界振動的測量。
[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，實現防水及密封，避免液體介質阻尼對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，組成雙光柵結構，測量一個維度上的振動，該結構不僅可實現溫度的自動補償，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組合成三軸結構，安裝在變壓器器身上，實現三維振動加速度的直接測量。
[0021]所述多支光纖光柵傳感器采用串聯、光纖耦合器和多通道耦合器擴展模塊，組成波分/空分混合復用光纖光柵傳感網絡，最大限度利用解調系統每通道的承載能力，節約布線安裝成本以及系統成本。
[0022]光纖光柵的加速度傳感器使用光纖作為傳感介質，為無源器件，耐高溫、耐高壓、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合在變壓器內部環境使用。本實用新型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量變壓器器身在運行過程中的三維振動加速度，避免了振動波形通過油箱壁、變壓器油等組件的傳遞和外界環境的干擾，真實反應變壓器運行過程中的器身振動情況。
[0023]以上僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型，因此，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的權利要求范圍之內。
【權利要求】
1.一種內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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、光電轉換器、多通道信號處理器、數據采集模塊、計算機組成，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展模塊，多通道耦合器擴展模塊內置多個1X4光纖耦合器，1X4光纖耦合器將一個通道擴展成4個光纖通道，所有通道同步同頻掃描，各光纖通道經傳輸光纜與箱體貫通器連接，經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，光纖光柵反射信號攜帶傳感信息再次經過箱體貫通器、傳輸光纜、多通道稱合器擴展模塊及1X2光纖稱合器入射到相對應的光電轉換器,光電轉換器將反射光信號變成電信號，由多通道信號處理器進行模數轉換后送入數據采集模塊，最后由計算機進行分析處理。
2.根據權利要求1所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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，實現防水及密封。
3.根據權利要求1所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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，組成雙光柵結構，測量一個維度上的振動。
4.根據權利要求1所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，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構，安裝在變壓器器身上，實現三維振動加速度的直接測量。
5.根據權利要求1所述的內置光纖光柵傳感器的油浸式變壓器振動在線監測系統，其特征在于，所述多支光纖光柵傳感器采用串聯、光纖耦合器和多通道耦合器擴展模塊，組成波分/空分混合復用光纖光柵傳感網絡。
【文檔編號】G01H9/00GK203772406SQ201320887861
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】姜國義, 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 申請人:國家電網公司, 國網內蒙古東部電力有限公司, 江蘇省電力公司, 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司