專利名稱：有載分接開關觸頭過熱故障診斷的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種基于光纖光柵溫度測量的有載分接開關觸頭過熱 故障診斷的方法及裝置，屬于電氣控制工程領域。
背景技術：
變壓器調壓主要是通過改變分接繞組的抽頭位置來實現的，分為無勵磁 調壓和有載調壓兩種形式。變壓器中連接和切換變壓器分接抽頭的裝置通常 稱為分接開關。切換分接抽頭不需將變壓器從電網中切除，即帶負載切換調 壓，稱有載調壓。有載調壓所采用的分接開關稱為有載分接開關。有載分接 開關是變壓器完成有載調壓的核心部件，也是變壓器的重要配套組件之一。
110kV及以上的電力變壓器中有載分接開關應用日益普及，隨著對電能
質量要求的提高，電力變壓器有載分接開關日均調壓次數顯著增多，有載分 接開關的故障有增加的趨勢。開展分接開關運行的狀態監測和故障診斷對電 力系統安全運行意義重大，具有良好的應用前景。
有載分接開關的在線監測和故障診斷技術起步于20世紀90年代，目前 仍在發展中。國內外通用的監測方法是采用振動傳感器測量分接開關操作過 程中的振動信號，然后利用一定的信號處理方法和診斷算法來評估和預測分 接開關的工作狀態。
觸頭過熱故障是有載分接開關的常見故障之一。由于機械性能劣化導致 觸頭分接不到位，或是由于電氣性能劣化導致的觸頭接觸電阻增大等等，觸頭溫度都將異常升高。然而有載分接開關觸頭過熱的傳感受下述因素的限 制①發熱部位通常密封在設備外殼內，紅外傳感技術受限；②發熱部位常 處較高的電位，熱電偶、熱電阻等常用熱敏元件接觸傳感方法受限；③在油 箱內的觸頭過熱對分接開關來說是局部過熱，反映在整個油箱(外部)的溫 度變化不敏感，因而，外部在變壓器外部測量溫度的可靠性受限。目前對有 載分接開關觸頭溫度的監測還沒有理想的方法，研究中的測量技術主要有兩 種， 一是采用溫度傳感器在油箱外監測溫升。該監測方法實現簡單，只需在 變壓器油箱外殼上安裝溫度傳感器或紅外傳感器，但正如上面所述，受外部 環境影響較大，準確度和可靠性都難以保證；二是采用聲音傳感器監測局部 過熱產生的高頻噪聲信號。當觸頭溫度升高到一定程度，被加熱的變壓器油 將產生噪聲信號。通過聲音傳感器在變壓器油箱外部監測噪聲信號，通過信 號分析處理對變壓器內部過熱情況進行判斷。該方法受油的狀態、油箱結構、 發熱源類型以及各種干擾信號的影響較大，而且變壓器運行時本身的電磁噪 聲較大，對基于噪聲的測量受影響很大，特別是基于噪聲的監測技術需要油 的溫度上升到一定程度(文獻報道要達到20(TC左右)，這時變壓器分接開關 故障已很嚴重，不符合故障診斷的基本原則。另外，由于分接開關正常工作 狀態下分接開關油箱中也會產生相關的氣體，因此人們在變壓器主體油箱中 常使用的三比值法，在分接開關油的分析中應用也非常困難。
總之，目前對變壓器有載分接開關觸頭溫度的監測缺乏切實有效的手段
發明內容
本發明的目的在于解決有載分接開關觸頭過熱故障難以診斷這一疑難課 題，提出了切實可行的基于光纖光柵有載分接開關觸頭過熱故障的診斷方法及裝置。
本發明的技術解決方案基于光纖光柵有載分接開關觸頭過熱故障診 斷的方法，其特征是 一、將光纖光柵溫度傳感器固定在有載分接開關觸頭 上方空間位置，并浸于分接開關內的變壓器油中，二、監測有載分接開關觸 頭溫度變化，用光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開關觸頭溫度變化，有載 分接開關因故障或其它異常運行，引起其觸頭溫度上升，使有載分接開關觸 頭上方的油溫上升，通過分接開關油箱內的光纖光柵溫度傳感器監測有載分 接開關觸頭溫度變化；三、光譜分析，光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開 關觸頭溫度信號輸出給耦合器，信號被耦合后輸出給光譜分析儀，進行光電 轉換、分析；四、計算機處理，計算機接受經光電轉換后的電信號進行數據 處理輸出，再與正常狀態下分接開關油的溫度情況進行對比，診斷分接開關 的狀態。
基于光纖光柵有載分接開關觸頭過熱故障診斷的裝置，其特征是寬帶光 源的光源輸出端與3dB耦合器第一輸入端相連，光纖光柵溫度傳感器放置在 有載分接開關油箱內的油中，光纖光柵溫度傳感器的輸出/輸入端與3dB耦 合器的輸入/輸出端對應相接，3dB耦合器的信號輸出端與光譜分析儀的信號 輸入端相接，光譜分析儀的信號輸出端再與計算機的信號輸入相接。
本發明的優點本系統利用光纖光柵溫度傳感器測分接開關切換觸頭上 方的油溫，由于光纖光柵測溫系統采用光信號進行測量和傳輸，現場實現了 檢測的電氣隔離；同時該系統使用光柵技術，檢測信號以光信號中心波長為 表征量，克服了傳統光傳感器依賴光強大小的缺點，穩定性好，使用壽命長；
該傳感器伸入到分接開關內部，距離觸頭近，靈敏度和可靠性都更高。
圖1是故障診斷系統的結構框圖
圖2是本發明的光纖光柵溫度傳感試驗原理圖
圖3是試驗中溫度變化時反射光波的波長變化曲線
圖4是現場實施例示意圖.
附圖1中的1為有載分接開關切換觸頭，2為油(實際上整個開關切換觸 頭均在油中)，3為光纖光柵溫度傳感器(現有技術)，4為3dB耦合器(現 有技術)，5為光譜分析儀(現有技術)，6為計算機，7為寬帶光源。
具體實施例方式
如附圖1所示，其結構是光纖光柵傳感系統的入射光由寬帶光源7經3dB 耦合器4輸入，當有載分接開關觸頭1溫度升高時，將使有載分接開關觸頭 上方油2的溫度也上升，從而使光纖光柵溫度傳感器3的溫度發生變化，導 致光柵周期變化，因而產生光柵反射光信號的波長位移；反射光信號從光纖 光柵溫度傳感器輸出經3dB耦合器輸入到光譜分析儀5進行分析，光譜分析 儀分析得到的反射光波長信號輸入到計算機6，通過計算機中的監測程序即 可監測觸頭溫度的變化。 1、系統工作原理
基于光纖光柵溫度測量的有載分接開關故障診斷系統的連接框圖如附 圖1所示。滿足要求的入射光波被光纖光柵反射，反射光波的波長為
義s=2we#A (1)
式中^為光纖光柵反射波長(nm) ， ；v為纖芯有效折射率，A為光柵周期(柵距)。 和A均受外界環境彭響(溫度、壓力等而發生變化，因而 導致光纖光柵的反射波長發生移動。由溫度變化引起的光纖光柵中心反射波
長的漂移為
=2"e#A(a +《)Ar (2) 式中A&為光纖光柵反射波長的漂移量(rnn)，"為光纖的線性熱膨脹系
數(/°C)，纟為光纖的熱光系數(/°C) ， Ar為溫度變化量rc)。
當溫度發生變化時，通過獲知光纖光柵反射波長漂移量即可獲得溫度的 變化數據。
將光纖光柵溫度傳感器安裝于有載分接開關觸頭上方約20cm左右的空隙 處，并浸于油中(工程中可根據實際上的允許空間決定)，光纖則通過分接 開關輸油口 (或其它口)伸入到分接切換開關內部靠近分接開關上觸頭的位 置，并通過絕緣包扎線將光纖光柵溫度傳感器與分接開關機體固定。當有載 分接開關觸頭溫度升高時，通過有載分接開關觸頭附近油的傳導使光纖光柵 溫度傳感器的溫度也升高，從而使光纖光柵反射波長漂移。通過對反射光波 波長漂移量的監測即可判斷有載分接開關觸頭溫度的變化。 實施例1:實驗
為了驗證本發明的可行性，進行如下實驗。光纖光柵溫度傳感測試實驗 原理圖如附圖2所示。首先吊出分接開關切換芯子，將發熱電阻固定到分接 開關的上觸頭上，然后將切換芯子裝回分接開關油箱內，通電給發熱電阻加 熱。從寬帶光源(BBS)發出的光經過3dB耦合器入射到單模光纖，進而入射 到分接開關油箱內的光纖光柵傳感器，經光纖光柵傳感器反射的光又經3dB 耦合器進入光譜分析儀(OSA)，通過光譜分析儀觀察光纖光柵反射光中心波 長的變化。光纖光柵的工作溫度由安裝在其附近的溫度計讀取。與耦合器連接的光譜儀(AnritsuMS9710C)的分辨率為0. Olnm，用以監測光纖光柵反射光 波中心波長&。
對照圖3，其結構是寬帶光源的光源輸出端與3dB耦合器的光源輸入端 相接，光纖光柵溫度傳感器放入分接開關油箱內，分接開關油箱內的加熱電 阻接工頻交流電源，溫度計放置在光纖光柵溫度傳感器的一側，光纖光柵溫 度傳感器的輸出/輸入端與3dB耦合器的輸入/輸出端對應相接，3dB耦合器 的信號輸出端與光譜分析儀的信號輸入端相接。
實驗中，溫度變化范圍為20 18(TC，溫度每變化l(TC記錄一個A，對于 硅基質摻鍺光纖材料，a ^5.5X10力。C，《"6.3X10-6/。C， 20。C時反射光中 心波長為1550.21nm。在該溫度變化范圍內，中心波長的&總漂移量為 1.70nm。實驗中的光纖光柵中心反射波長隨溫度變化的響應曲線如圖4所示。
對附圖3中的實驗數據進行線性擬合，曲線方程都是r=0.01061Y+1550， 且溫度的線性擬合度很好。因此，通過光譜分析儀監測的反射光中心波長的 數據，即可推算出傳感器的溫度數據。當監測到的有載分接開關觸頭溫度超 過設定的預警值時，說明有載分接開關存在觸頭過熱故障，監測系統將通過 報警提醒監控中心停機檢修。
實施例2:現場
現場實施按圖4方式進行，光信號的前向通路(輸入通路)與前面一樣， 即光從光源發出經3dB耦合器、連接光纜到按放在分接開關內所充的油中 的光纖光柵溫度傳感器；反射光經傳感器、3dB耦合器、到光電轉換器轉變 為電信號，經計算機處理，得到分接開關油的溫度，再根據正常狀態下分接
開關油的溫度情況，診斷分接開關的狀態。
權利要求
1、基于光纖光柵溫度傳感器的有載分接開關觸頭過熱故障診斷的方法，其特征是該方法包括如下步驟一、將光纖光柵溫度傳感器固定在有載分接開關觸頭上方空間位置，并浸于分接開關內的變壓器油中；二、監測有載分接開關觸頭溫度變化，用光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開關觸頭溫度變化，有載分接開關因故障或其它異常運行，引起其觸頭溫度上升，使有載分接開關觸頭上方的油溫上升，通過在分接開關油箱內放置的光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開關觸頭溫度變化；三、光譜分析，光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開關觸頭溫度信號輸出給耦合器，信號被耦合后輸出給光譜分析儀，光譜分析儀的輸出送計算機；四、計算機處理，計算機接受光譜分析儀的信號進行數據處理輸出，再與正常狀態下分接開關油的溫度情況進行對比，診斷分接開關的狀態。
2、 根據權利要求1所述的基于光纖光柵有載分接開關觸頭過熱故障診 斷的方法，其特征是所述的光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開關觸頭溫度 信號輸出從有載分接開關的輸油孔或其它孔中引出，實現變壓器有載分接開 關觸頭過熱的在線監測，及時發現分接開關故障。
3、基于光纖光柵有載分接開關觸頭過熱故障診斷的裝置，其特征是寬帶 光源的光源輸出端與3dB耦合器的第一輸入端相接，3dB耦合器輸出/輸入 端與光纖光柵溫度傳感器的輸入/輸出端對應相接，光纖光柵溫度傳感器放入 有載分接開關油箱內，3dB耦合器的信號輸出端與光譜分析儀的信號輸入端相接，光譜分析儀的信號輸出端與計算機的信號輸入相接。
4、根據權利要求3所述的基于光纖光柵溫度傳感器的有載分接開關觸 頭過熱故障診斷的裝置，其特征是所述的光纖光柵溫度傳感器安裝在分接開 關工作觸頭上方約20cm的空隙處，并通過絕緣包扎線將光纖光柵溫度傳感 器與分接開關機體固定。
全文摘要
本發明是基于光纖光柵溫度傳感器的有載分接開關觸頭過熱故障診斷的方法及裝置。采用光纖光柵溫度傳感器監測有載分接開關的觸頭溫度變化，將光纖光柵溫度傳感器固定在有載分接開關切換開關觸頭上方空間位置，一般放在分接開關的槍機上方的油中，因觸頭溫度上升，將會使觸頭上方的油溫上升，固定于該位置的光纖光柵溫度傳感器因溫度上升，根據輸出信號發生變化判斷觸頭溫度是否異常。優點利用光纖光柵溫度傳感器測溫，采用光信號進行測量和傳輸，現場實現檢測的電氣隔離。使用光柵技術，檢測信號以光信號中心波長為表征量，克服傳統光傳感器依賴光強大小的缺點，穩定性好，使用壽命長。傳感器伸入到分接開關內，距離觸頭近，靈敏度和可靠性高。
文檔編號G01K11/00GK101639386SQ200910034700
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者姚華陽, 寧 姜, 王春寧, 馬宏忠 申請人:江蘇省電力公司南京供電公司;河海大學
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