本發明屬于(yu)電力變壓器(qi)(qi)安(an)全監(jian)測技術(shu)領域，特別涉及一(yi)種采用光纖光柵應變傳感器(qi)(qi)的變壓器(qi)(qi)繞組變形(xing)在線(xian)監(jian)測系統(tong)。

技術背景

電力變壓(ya)器是發、輸、配電系統中的(de)重要設備，其性能和(he)質量直接關(guan)系到電力系統運行的(de)可靠性和(he)運營效益，繞組又是變壓(ya)器的(de)重要組成部分。

變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器繞(rao)(rao)(rao)組載(zai)流后會在其所處空間(jian)及其周圍空間(jian)建立起軸向(xiang)和(he)輻向(xiang)的(de)(de)(de)(de)漏磁場；處于該(gai)磁場中(zhong)的(de)(de)(de)(de)繞(rao)(rao)(rao)組本身又要受到(dao)“洛倫茲力(li)”或者(zhe)稱(cheng)之為電(dian)(dian)磁力(li)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)，電(dian)(dian)磁力(li)在變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器繞(rao)(rao)(rao)組材料中(zhong)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)機械(xie)應力(li)，并(bing)(bing)部分地(di)傳到(dao)變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器其它元件上。在正常(chang)運行(xing)時(shi)(shi)，電(dian)(dian)磁力(li)并(bing)(bing)不大，但是發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)短(duan)路時(shi)(shi)，繞(rao)(rao)(rao)組受到(dao)的(de)(de)(de)(de)短(duan)路電(dian)(dian)磁力(li)將(jiang)劇增，達(da)到(dao)正常(chang)值的(de)(de)(de)(de)幾(ji)十倍，甚至幾(ji)百倍，足以引(yin)起變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器繞(rao)(rao)(rao)組產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)變(bian)(bian)(bian)形；即(ji)電(dian)(dian)力(li)變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器在運行(xing)過程中(zhong)不可避免(mian)地(di)要遭受各種(zhong)故(gu)障短(duan)路電(dian)(dian)流的(de)(de)(de)(de)沖擊，一旦短(duan)路故(gu)障發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)在變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器出(chu)口附(fu)近，如果繞(rao)(rao)(rao)組內部機械(xie)結(jie)構(gou)存(cun)在薄弱(ruo)環節(jie)，必(bi)然(ran)會產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)繞(rao)(rao)(rao)組扭曲、鼓包(bao)或移位等變(bian)(bian)(bian)形現象，嚴(yan)重時(shi)(shi)會導致(zhi)突發性損壞(huai)事故(gu)。因此(ci)，開(kai)展(zhan)變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器繞(rao)(rao)(rao)組應力(li)、變(bian)(bian)(bian)形測(ce)試研究勢在必(bi)行(xing)，對(dui)防止變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器事故(gu)的(de)(de)(de)(de)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)有(you)重要的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。

目前電力(li)系(xi)統中常用的監測(ce)變壓器(qi)繞組變形的方(fang)法(fa)(fa)是短路阻抗(kang)法(fa)(fa)、頻率響應法(fa)(fa)、振動(dong)監測(ce)法(fa)(fa)等。

短路阻抗法(fa)、頻率響應法(fa)都(dou)需要安排設備(bei)停電進行試驗，無法(fa)做到在(zai)線監測(ce)(ce)。振(zhen)動(dong)監測(ce)(ce)法(fa)雖然可以在(zai)線監測(ce)(ce)，但(dan)該方法(fa)是(shi)通過(guo)監測(ce)(ce)油箱壁上(shang)振(zhen)動(dong)來(lai)反映繞組振(zhen)動(dong)繼而反映繞組變形(xing)情況(kuang)，無法(fa)做到直接(jie)監測(ce)(ce)，易受變壓器的運行方式、制造工藝(yi)、環境和溫度變化的影響。

技術實現要素：

本發明的(de)目的(de)是提供一種(zhong)采用光(guang)(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)應(ying)變(bian)傳(chuan)感器的(de)變(bian)壓(ya)(ya)器繞組變(bian)形在(zai)線(xian)監測系統，其特(te)征在(zai)于，該變(bian)壓(ya)(ya)器繞組變(bian)形在(zai)線(xian)監測系統包括(kuo)：寬(kuan)帶光(guang)(guang)(guang)(guang)源、M-Z干(gan)(gan)涉(she)(she)(she)儀、耦合器、光(guang)(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)應(ying)變(bian)傳(chuan)感器、分(fen)(fen)波(bo)器、光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)探測器、信號處理單元、和工控機；其中(zhong)，寬(kuan)帶光(guang)(guang)(guang)(guang)源1分(fen)(fen)別連(lian)接耦合器2和M-Z干(gan)(gan)涉(she)(she)(she)儀4，耦合器2后面(mian)串聯1-n個光(guang)(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)應(ying)變(bian)傳(chuan)感器3；在(zai)M-Z干(gan)(gan)涉(she)(she)(she)儀4后面(mian)依次串聯分(fen)(fen)波(bo)器5、光(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)探測器6、信號處理單元7和工控機8；所(suo)述M-Z干(gan)(gan)涉(she)(she)(she)儀為馬赫(he)曾德(de)干(gan)(gan)涉(she)(she)(she)儀；

所(suo)述(shu)寬帶光(guang)源為該系統主要光(guang)源，可穩定發出特(te)定波長范圍內的(de)(de)光(guang)的(de)(de)光(guang)源。

所述(shu)M-Z干涉儀包括輸入、輸出兩(liang)個耦合器(qi)，兩(liang)個耦合器(qi)之間并聯測量(liang)臂和(he)參(can)考臂，測量(liang)臂和(he)參(can)考臂為光程不同的兩(liang)臂，用于對光進(jin)行相位干涉。

所(suo)述分(fen)波器具(ju)有波分(fen)復用(yong)功能，將(jiang)不同波長的光按波長進行分(fen)離。

所述光電(dian)探(tan)測器(qi)用于將反射(she)光轉換為電(dian)信(xin)號(hao)。

所述信號(hao)(hao)處理(li)單元將收到的電信號(hao)(hao)處理(li)后傳輸至工控機。

所述工(gong)控機為終端平臺(tai)，用于(yu)呈現變(bian)壓器繞組變(bian)形(xing)位(wei)置壓力信號，實現變(bian)壓器繞組變(bian)形(xing)的在線監測。

所述(shu)光纖(xian)光柵(zha)(zha)應變(bian)(bian)傳(chuan)感器(qi)(qi)采用耐油橡膠(jiao)—丁(ding)腈(jing)橡膠(jiao)作為封裝物，丁(ding)腈(jing)橡膠(jiao)將光纖(xian)光柵(zha)(zha)應變(bian)(bian)傳(chuan)感器(qi)(qi)封裝成薄片，然后“嵌(qian)入每相繞(rao)組底部壓(ya)靴處對(dui)稱開的(de)(de)3個槽”中，在線監測變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)繞(rao)組的(de)(de)形(xing)(xing)變(bian)(bian)狀況，將得到變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)繞(rao)組變(bian)(bian)形(xing)(xing)位置的(de)(de)壓(ya)力(li)信號通過耦合器(qi)(qi)傳(chuan)輸至M-Z干涉儀，實現實時監測變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)繞(rao)組整(zheng)體軸向(xiang)形(xing)(xing)變(bian)(bian)。

所述丁腈橡(xiang)膠(jiao)封裝(zhuang)的(de)光(guang)纖光(guang)柵應變傳感器(qi)適(shi)應變壓器(qi)繞(rao)組特殊的(de)油環境，滿足傳感器(qi)的(de)壽命要求。

所述在每相繞(rao)組(zu)的(de)(de)(de)(de)接近(jin)(jin)頂(ding)部的(de)(de)(de)(de)、中間(jian)位(wei)置(zhi)(zhi)、接近(jin)(jin)底部的(de)(de)(de)(de)三(san)個(ge)位(wei)置(zhi)(zhi)對稱3個(ge)線餅(bing)中釘(ding)入(ru)(ru)傳感(gan)器，這些傳感(gan)器外(wai)形(xing)與墊塊(kuai)相似，以替代墊塊(kuai)。這些傳感(gan)器可(ke)實時監測線圈之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)向形(xing)變。“將光柵封入(ru)(ru)片狀的(de)(de)(de)(de)丁腈橡膠，并在內繞(rao)組(zu)撐條(tiao)上(shang)開(kai)槽，將其嵌入(ru)(ru)撐條(tiao)上(shang)的(de)(de)(de)(de)上(shang)中下(xia)3個(ge)位(wei)置(zhi)(zhi)”，這些傳感(gan)器可(ke)實時監測繞(rao)組(zu)整體(ti)幅向形(xing)變。

所述變(bian)壓器(qi)繞組變(bian)形在(zai)線監測系統(tong)將光(guang)柵反射后的光(guang)信號經(jing)M-Z干涉(she)儀干涉(she)后，進行相位調制，經(jing)過分波器(qi)將干涉(she)后的光(guang)按波長分離并分別進入光(guang)電(dian)(dian)探測器(qi)轉變(bian)為(wei)電(dian)(dian)信號，再(zai)經(jing)過信號處理單元處理后傳(chuan)輸至(zhi)工(gong)控機。

本(ben)發明(ming)有益(yi)效果是(shi)所構建(jian)的(de)在線監測(ce)系(xi)統可以直接在線監測(ce)繞組壓力變(bian)(bian)(bian)(bian)化情況，了解繞組變(bian)(bian)(bian)(bian)形情況，保障變(bian)(bian)(bian)(bian)壓器正(zheng)常安全運行。不同(tong)于傳(chuan)(chuan)統方法的(de)停電檢查和間接在線測(ce)量，本(ben)發明(ming)將成熟的(de)光纖傳(chuan)(chuan)感技術(shu)應用于變(bian)(bian)(bian)(bian)壓器狀態監測(ce)領域內，測(ce)量結果直接明(ming)了準確(que)，減少誤差(cha)，更是(shi)減少延時(shi)(shi)，做(zuo)到真正(zheng)的(de)實(shi)時(shi)(shi)監測(ce)。

附圖說明

圖1為變壓器繞組變形在線監測系統結構示意圖。

圖(tu)2為變(bian)壓(ya)器繞組模型圖(tu)，其中a為變(bian)壓(ya)器繞組單(dan)相的結構；b為繞組的局部(bu)AA放(fang)大示意圖(tu)。

圖3為應用(yong)丁腈橡膠封裝(zhuang)光柵應變傳感(gan)器(qi)結構(gou)示意圖

具體實施方式

本發明(ming)提供一種(zhong)采用光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)應(ying)(ying)變(bian)傳(chuan)感器(qi)的變(bian)壓(ya)器(qi)繞(rao)組(zu)變(bian)形(xing)在線監(jian)測系統，該變(bian)壓(ya)器(qi)繞(rao)組(zu)變(bian)形(xing)在線監(jian)測系統包(bao)括：寬(kuan)帶光(guang)(guang)(guang)源、M-Z干涉(she)儀、耦合(he)(he)器(qi)、光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)柵(zha)應(ying)(ying)變(bian)傳(chuan)感器(qi)、分(fen)波(bo)器(qi)、光(guang)(guang)(guang)電探測器(qi)、信號處理單元、和工(gong)控機；下面將結合(he)(he)本發明(ming)實施(shi)例中的附圖，對本發明(ming)實施(shi)例中的技術方案進(jin)行清楚地描(miao)述。

圖1所示為(wei)變(bian)壓器(qi)繞組變(bian)形在線監測系統結構示意(yi)圖。圖中，寬帶光(guang)(guang)源(yuan)1分別連(lian)接耦合器(qi)2和M-Z干涉儀4，耦合器(qi)2后面串聯1-n個光(guang)(guang)纖光(guang)(guang)柵應變(bian)傳感器(qi)3；在M-Z干涉儀4后面依次串聯分波器(qi)5、光(guang)(guang)電探(tan)測器(qi)6、信號處理單元7和工控(kong)機(ji)8；所述M-Z干涉儀為(wei)馬赫(he)曾德干涉儀。

實施例1

由于(yu)(yu)繞(rao)組所處于(yu)(yu)變壓(ya)器(qi)油中(zhong)，目前一般的光(guang)(guang)纖光(guang)(guang)柵應變傳感(gan)器(qi)無法適應變壓(ya)器(qi)油環境，無法滿足至少10年的壽(shou)命要求(qiu)，本(ben)發明采用一種耐(nai)油性(xing)極好的橡膠(jiao)(jiao)—丁腈(jing)橡膠(jiao)(jiao)對(dui)光(guang)(guang)纖光(guang)(guang)柵進行封(feng)裝(zhuang)，以(yi)期(qi)滿足其(qi)壽(shou)命要求(qiu)，封(feng)裝(zhuang)結構如(ru)圖(tu)3所示(shi)，可(ke)根(gen)據具體位置(zhi)將丁腈(jing)橡膠(jiao)(jiao)加工成(cheng)不同形(xing)狀(zhuang)大(da)小，使其(qi)滿足空(kong)間要求(qiu)，裝(zhuang)入(ru)變壓(ya)器(qi)繞(rao)組壓(ya)靴和線(xian)餅中(zhong)。

實施例2

圖(tu)2是變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)單相(xiang)的(de)結構(gou)圖(tu)，圖(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)a為變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)單相(xiang)的(de)結構(gou)，壓(ya)(ya)(ya)靴10位(wei)(wei)于(yu)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)底部(bu)，隔(ge)離(li)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)使其不直接接地；撐(cheng)條(tiao)9位(wei)(wei)于(yu)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)之(zhi)間(jian)和內繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)鐵芯之(zhi)間(jian)，是隔(ge)離(li)內外繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)、內繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)鐵芯的(de)，作(zuo)為繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)層(ceng)間(jian)支撐(cheng)和絕緣(yuan)(yuan)，并形(xing)成散熱(re)油(you)道或風道；墊塊(kuai)11是單個繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)線圈(quan)與(yu)線圈(quan)之(zhi)間(jian)的(de)絕緣(yuan)(yuan)物，作(zuo)為支撐(cheng)和絕緣(yuan)(yuan)用(如圖(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)b為繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)局部(bu)AA放大(da)示意圖(tu)所示)；在內繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)與(yu)鐵芯間(jian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)撐(cheng)條(tiao)9上(shang)縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)開條(tiao)槽，這條(tiao)槽在變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)效果圖(tu)上(shang)來說是由(you)上(shang)至下(xia)的(de)，在分別對應(ying)上(shang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)下(xia)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)位(wei)(wei)置(zhi)的(de)安裝傳感器(qi)(qi)。每相(xiang)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)上(shang)有3個撐(cheng)條(tiao)，即每相(xiang)9個傳感器(qi)(qi)，總共(gong)27個；經常在變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)變形(xing)時發生于(yu)短(duan)(duan)路(lu)，即變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)經受短(duan)(duan)路(lu)電(dian)(dian)動(dong)力(li)發生變行。短(duan)(duan)路(lu)電(dian)(dian)動(dong)力(li)是由(you)漏磁場和短(duan)(duan)路(lu)電(dian)(dian)流相(xiang)互作(zuo)用產(chan)生的(de)，短(duan)(duan)路(lu)電(dian)(dian)動(dong)力(li)被分為輻向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)動(dong)力(li)和軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)動(dong)力(li)。軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)動(dong)力(li)在變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)端(duan)部(bu)最大(da)，輻向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)電(dian)(dian)動(dong)力(li)在變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)最大(da)，因此變壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)繞(rao)(rao)(rao)組(zu)(zu)(zu)(zu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)兩個端(duan)部(bu)和中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)三個位(wei)(wei)置(zhi)是監測(ce)重點(dian)。

為了有效(xiao)測量整體變壓(ya)(ya)器繞組軸向形(xing)變，將裸(luo)光柵封裝(zhuang)入丁腈橡膠中，并將橡膠制成薄(bo)片狀(zhuang)(如圖3所示)，并在壓(ya)(ya)靴10上(shang)開(kai)槽，每相繞組的兩個端部和(he)中部三個位置對(dui)稱嵌入3個應變傳感器。

為了有效測量線圈之間軸向(xiang)形變，將丁腈橡膠加工(gong)成墊塊(kuai)大小，并向(xiang)其中封入裸光柵，每(mei)相(xiang)每(mei)繞組分別選(xuan)取(qu)上中下(xia)3個位(wei)置，每(mei)個位(wei)置對稱打入3個傳感器(此(ci)時不需(xu)打入墊塊(kuai))。

為了有效測量(liang)繞(rao)組(zu)輻向形變，將(jiang)丁腈(jing)橡膠加(jia)工成片狀，并在內繞(rao)組(zu)撐條上(shang)開槽，將(jiang)其嵌入在撐條中對(dui)應上(shang)中下3個位置(zhi)。

實施例3

對于繞組(zu)在線監(jian)測系統，實施如下(xia)：

本發明(ming)所(suo)使用繞組在線監(jian)測(ce)系統如圖1所(suo)示，包括(kuo)：M-Z干涉儀、耦合器、分波器、光電(dian)探(tan)測(ce)器、信號處(chu)理單元、工控機。

所述寬帶光源(yuan)發出(chu)具(ju)有穩定帶寬的光波，射(she)入光纖(xian)中，在準分布(bu)式光纖(xian)光柵(zha)傳感器周圍應變(bian)(bian)發生變(bian)(bian)化，使反(fan)射(she)光波的波長(chang)發生變(bian)(bian)化。

所(suo)述耦(ou)合器將不同波(bo)長(chang)的反(fan)射波(bo)耦(ou)合在(zai)一起(qi)傳入M-Z干(gan)涉(she)儀；M-Z干(gan)涉(she)儀通過將光分為(wei)兩束經過不同光程的兩臂后完成干(gan)涉(she)，得到干(gan)涉(she)光。

所述分波(bo)器(qi)將完(wan)成干涉后的(de)光按波(bo)長分為不同光分別(bie)傳入光電探(tan)測(ce)(ce)器(qi)，光電探(tan)測(ce)(ce)器(qi)將反射的(de)光信(xin)號轉換為電信(xin)號。

所述信號(hao)處理單元(yuan)對電(dian)信號(hao)進行算法處理，得(de)到光波長(chang)，繼(ji)而得(de)知每個傳(chuan)感器的壓力值，并傳(chuan)入工控(kong)機(ji)。工控(kong)機(ji)通過(guo)軟件匯編呈現結果。