[发明专利]一种基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域和变压器状态监控领域，具体涉及一种基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统。

背景技术

电力变压器作为现代电力系统中的重要设备，其绕组温度的高低直接关系到电力变压器的使用寿命以及输变电系统的运行安全，因此每个变电所都需要对变压器进行温度监测。变压器的绝缘性与老化率与绕组热点温度有关，超过温度的允许限值不但会降低变压器的运行寿命，还会对变压器的安全运行造成威胁。若绕组热点的温度过低，则变压器的能力就没有得到充分利用，降低了经济效益。变压器的温升限值以变压器的使用寿命(主要是绝缘材料的寿命)为基础。在相关的国家标准中对变压器在不同的负载运行情况下的温升限值或热点温度做了相应的规定。电力变压器国家标GB1094.2-1996《电力变压器第2部分温升》规定的电力变压器温升限值是根据不同的负载情况而定的。因此基于光纤光栅的变压器内部温度检测方法在电力系统智能电网改造中显得尤为关键，利用该系统准确地测量和在线监测绕组的热点温度具有重要的现实意义。

目前国内外，对变压器绕组热点温度的测量方法主要有：

(1)电信号传感器测量。目前大部分电厂和变电站还是采用基于电信号传感器的测温系统，如电阻温度计、热电偶，但这类电信号的传感器易受电磁干扰，测量效果不很理想。

(2)光纤测温仪测量。在绕组靠近导线部分埋设光纤传感器来测温，常见的是荧光光纤测温仪。这种方法维护技术复杂，绝缘处理比较困难，价格也十分昂贵，而且光纤测温系统的扫描时间比较长。

(3)红外温度传感器测量。该方法测温灵敏度和准确度很高，但红外测温为非接触测量，易受环境及周围的电磁场干扰，且需人工操作，无法实现在线测量。

(4)分布式光纤温度传感器。通常是将光纤沿温度场分布，借助于光在传输时光时域后向散射技术，根据散射光所携带的温度信息来测量温度。由目前的研究成果来看，分布式光纤测温系统的测温误差一般为几个摄氏度，定位误差为一米左右，对于变压器内部温度的监测其定位误差显然较大。

相比以上几种方法，光纤光栅测温对于光纤光栅传感系统，其具有以下明显的优点：①抗干扰能力强。②传感探头结构简单，尺寸小。③测量结果具有良好的重复性。④便于构成各种形式的光纤传感网络。⑤可用于对外界参量的绝对测量。⑥光栅的写入工艺已较成熟，便于形成规模生产。

发明内容

本发明的目的是：利用一种可以对油浸式变压器、电抗器内部温度进行直接测量的光纤光栅传感技术，对变压器的内部绕组温度监测，得到变压器各种运行方式下的内部温度分布，并对变压器内应力、局部放电等重要参量进行测量监控。

本发明所采用的技术方案是：一种基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统，其特征在于，包括：光源，采用输出功率较大、带宽较大的光源；光纤光栅传感器，设置在变压器的绕组和撑条及变压器内部其它位置的各个探测点上，用于变压器温度、应力、局部放电参数的传感测定；光栅信号解调系统，接收光纤光栅传感器的测定数据，并准确解调出温度、应力、局部放电等参数相应的光信号；信号处理显示仪表，对测得的信号进行温度补偿、应力去敏等校正处理，并将实时数据显示在仪表盘上，实现实时在线监测；及数据分析软件，对处理后数据进行编程软件分析，得到实时变压器内部温度场及温度变化，以及在此基础上的变压器内部温度监测及全寿命评估。由此带来的技术效果至少是：本发明通过光电传感器实现变压器内部多点温度的实时测量，作为变压器设计的验证参照手段和运行中变压器工况的一种状态检测系统，能提高变压器本体的智能化水平，对变压器经济运行提供良好的基础。

如上所述的基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统，其特征在于，光纤光栅传感器布置的点数和位置需根据变压器绕组温度场监控和还原的要求进行严格控制，在变压器电磁线、撑条及铁芯上布置的传感器须满足光纤光栅的机械强度和应力去敏要求，相邻中心波长光栅的波长间隔和测温范围要求，以及不影响变压器原有正常工作性能的要求。

如上所述的基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统，其特征在于，信号处理显示仪表中包括有可调F-P滤波器、光电转换模块、信号接受及校正模块、软件编程处理模块和显示模块、在线监测和全寿命评估模块，该部分安装与变压器现场或主控室内，实现远程变压器状态实时监控。

如上所述的基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统，其特征在于，光纤光栅传感器的封装方法包括电磁线，撑条和铁芯三种封装方法。