变压器绕组形变分布式在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变压器绕组形变分布式在线监测系统及方法，其中系统包括：传感光纤，布设于变压器绕组表面或者嵌入变压器绕组内，每个变压器绕组上均包括并行的两根不同类型的传感光纤；线性扫频激光器，用于发出线性扫频连续光；光频域散射干涉仪，通过多通道切换开关与传感光纤连接，线性扫频连续光通过多通道切换开关分别进入各传感光纤；传感光纤各处产生的瑞利散射光再通过多通道切换开关返回给光频域散射干涉仪，与参考光发生干涉后产生差频信号；采集卡，与光频域散射干涉仪连接，用于采集差频信号；计算机，与采集卡连接，用于根据差频信号解调各通道的传感光纤各处的温度与应变信号。

Transformer winding deformation distributed on-line monitoring system and method

The invention discloses a transformer winding deformation distributed on-line monitoring system and method, wherein the system comprises a sensing fiber, laid on the surface or embedded transformer winding in transformer winding, each transformer winding includes parallel two different types of optical fiber sensing; linear sweep frequency laser for emitting linear sweep continuous light; light scattering frequency interferometer, through multi-channel switch connected with the sensing fiber, linear sweep through continuous multi channel switch respectively into the sensing fiber; fiber Rayleigh scattering throughout the light generated by the multi channel switch back to the light scattering interferometer, and the reference light interference generated after the differential frequency signal; the acquisition card, and the light scattering interferometer connected for the acquisition of difference frequency signal; computer, connected with the acquisition card, for The temperature and strain signals of each optical fiber in each channel are demodulated according to the difference frequency signal.

【技术实现步骤摘要】
变压器绕组形变分布式在线监测系统及方法
本专利技术涉及变压器绕组形变测试领域，尤其涉及一种变压器绕组形变分布式在线监测系统及方法。
技术介绍
电力系统中，变压器是非常重要的设备，尤其是大型高等级变电站，一台变压器通常负责很大一片区域的供电，其稳定运行对于电网的安全具有十分重要的意义。从导致变压器故障的因素来看，绝大部分是由于绕组的变形引起，如绕组位移、扭曲，轴向与径向尺寸变化，鼓包等等。这些故障通常是变压器长期运行老化及过载导致，从而引起变压器故障甚至发生爆炸。因此实时监测变压器绕组的形变非常必要，具有重要的现实意义。目前常用变压器绕组形变检测方法有频率相应法、振动分析法、阻抗分析法等，但这些方法都需要断电后进行检测，不能在线实时监测，并且不能准确的定位绕组形变位置和形变量。而分布式光纤光栅技术(申请号：201410255155.X)虽然能够实时监测，但属于准分布式传感技术，并不能对整个绕组进行监测，存在大量监测盲区，并且光纤光栅比较脆弱，在布设的过程中极易损坏。由于变压器绕组周长通常4米左右，小型变压器绕组周长甚至只有1～2米，因此传统的分布式光纤应变传感技术空间分辨率(通常1米)和测量精度均不能满足变压器线圈形变监测要求(10cm一个测量点)。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种变压器绕组形变分布式在线监测方法利用专业的优化布纤技术，通过基于瑞利散射的光频域分布式光纤应变与温度解调技术测量变压器绕组的应变与温度。为达上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种变压器绕组形变分布式在线监测系统，包括：传感光纤，布设于变压器绕组表面或者嵌入变压器绕组内，每个变压器绕组上均包括并行的两根不同类型的传感光纤；线性扫频激光器，用于发出线性扫频连续光；光频域散射干涉仪，通过多通道切换开关与传感光纤连接，线性扫频连续光通过多通道切换开关分别进入各传感光纤；传感光纤各处产生的瑞利散射光再通过多通道切换开关返回给光频域散射干涉仪，与参考光发生干涉后产生差频信号；采集卡，与光频域散射干涉仪连接，用于采集差频信号；计算机，与采集卡连接，用于根据差频信号解调各通道的传感光纤各处的温度与应变信号。本专利技术所述的系统中，传感光纤布设于变压器绕组表面时，传感光纤沿着变压器绕组旋转方向布设于其表面，或者沿着变压器绕组圆柱面竖直方向均匀排布。本专利技术所述的系统中，传感光纤为护套光纤，且为松套光纤，松套上带有空气孔；或者该传感光纤为裸芯光纤。本专利技术所述的系统中，该系统还包括波长校准模块，与线性扫频激光器、采集卡均连接，用于校准线性扫频连续光的波长。本专利技术所述的系统中，该系统还包括触发信号生成模块，与采集卡连接，用于产生采集卡的触发采集信号，并补偿扫频激光器调谐的非线性。本专利技术所述的系统中，每根传感光纤均同步布设一根备用光纤。本专利技术所述的系统中，所述光频域散射干涉仪包括光纤耦合器、光纤环形器、偏振分束器和光电探测器，线性扫频连续光通过光纤耦合器产生信号光和参考光，信号光进入光纤环形器，再通过多通道切换开关进入传感光纤，在传感光纤各处产生的后向瑞利散射光经过多通道切换开关重新进入光纤环形器，再进入偏振分束器，与同样经过偏振分束器的参考光在光电探测器处发生干涉，产生的差频信号被采集卡采集。本专利技术所述的系统中，所述波长校准模块包括依次连接的光纤耦合器、氰化氢吸收池和光电探测器，通过氰化氢吸收谱线特征来校准激光器扫频速度。本专利技术所述的系统中，所述触发信号生成模块包括顺次连接的光纤耦合器、光纤延迟线、第一法拉第旋转镜和光电探测器，该触发信号生成模块还包括第二法拉第旋转镜，与光纤延时线和光电探测器连接，光电探测器与采集卡连接。本专利技术的变压器绕组形变分布式在线监测方法，包括以下步骤：(1)将两种不同类型的传感光纤沿着绕组旋转方向布设于变压器绕组表面，或者沿着绕组圆柱面一圈竖直方向均匀布纤，或者嵌入变压器绕组铜线内；(2)线性扫频激光器发出的线性扫频连续光进入光频域散射干涉仪；(3)进入光频域散射干涉仪的光，分成信号光和参考光：信号光进入光纤环形器第一端口，从第二端口出射并经过多通道切换开关进入变压器绕组中的传感光纤，并在传感光纤各处产生后向瑞利散射光，该后向瑞利散射光经过多通道切换开关重新进入光纤环形器第二端口，并从第三端口出射，进入光纤耦合器一分路端；参考光直接进入光纤耦合器另一分路端，经偏振分束器分成正交的两束线偏振光，并分别进入两个光电探测器，参考光与后向瑞利散射光在两个光电探测器表面发生干涉，产生差频信号，被采集卡采集，并送入计算机进行处理，解调出变压器绕组的温度与应变。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术首次将高空间分辨率高精度分布式光纤应变传感技术应用于变压器绕组形变分布式实时监测领域。布设两根不同类型光纤，以便从瑞利散射信号从分别测量出变压器绕组的温度与应变值；与传统的基于布里渊散射技术的监测方法相比，其空间分辨率高两个数量级，达到厘米级，非常适合变压器绕组的应变与温度等状态在线监测。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例变压器绕组形变分布式在线监测系统整体结构示意图；图2是本专利技术另一实施例变压器绕组形变分布式在线监测系统整体结构示意图；图3a是本专利技术实施例变压器绕组上传感光纤布设方案一；图3b是本专利技术实施例变压器绕组上传感光纤布设方案二；图4是本专利技术实施例中变压器绕组形变量实时监测曲线；图5是本专利技术实施例中变压器绕组温度变化趋势监测曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术采用高速线性扫频窄线宽激光器扫描传感光纤，利用差频检测技术实现了光纤中瑞利散射光的检测，通过互相关算法，计算瑞利散射光的频移，从而获得变压器绕组各处的温度与应变值。本专利技术解决了传统布里渊散射技术在变压器绕组检测技术上空间分辨率差而导致的信号点过少的问题，实现了变压器绕组状态的高空间分辨率实时检测测量。如图1所示，以单个变压器绕组为例，本专利技术实施例变压器绕组形变分布式在线监测系统，包括：传感光纤6，布设于变压器绕组表面或者嵌入变压器绕组内，每个变压器绕组上均包括并行的两根不同类型的传感光纤；线性扫频激光器1，用于发出线性扫频连续光；光频域散射干涉仪，通过多通道切换开关5与传感光纤6连接，线性扫频连续光通过多通道切换开关分别进入各传感光纤；传感光纤6各处产生的瑞利散射光再通过多通道切换开关返回给光频域散射干涉仪，与参考光发生干涉后产生差频信号；采集卡19，与光频域散射干涉仪连接，用于采集差频信号；计算机20，与采集卡19连接，用于根据差频信号解调各通道的传感光纤各处的温度与应变信号。传感光纤6布设于变压器绕组表面时，传感光纤沿着变压器绕组旋转方向布设于其表面，或者沿着变压器绕组圆柱面竖直方向均匀排布。其中，线性扫频激光器1可采用窄线宽激光器，频率可以高速的线性扫频。传感光纤6可以是裸光纤，可也以是护套光纤，既可以布设于绕组表面也可以嵌入绕组铜线中，其中护套光纤是松套光纤并带有空气孔，在变压器抽真空时，保证传感光纤中无空气。传感光纤6在布设时施加一初始的应变，通过布设两根不同类型光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器绕组形变分布式在线监测系统，其特征在于，包括：传感光纤，布设于变压器绕组表面或者嵌入变压器绕组内，每个变压器绕组上均包括并行的两根不同类型的传感光纤；线性扫频激光器，用于发出线性扫频连续光；光频域散射干涉仪，通过多通道切换开关与传感光纤连接，线性扫频连续光通过多通道切换开关分别进入各传感光纤；传感光纤各处产生的瑞利散射光再通过多通道切换开关返回给光频域散射干涉仪，与参考光发生干涉后产生差频信号；采集卡，与光频域散射干涉仪连接，用于采集差频信号；计算机，与采集卡连接，用于根据差频信号解调各通道的传感光纤各处的温度与应变信号。

【技术特征摘要】
1.一种变压器绕组形变分布式在线监测系统，其特征在于，包括：传感光纤，布设于变压器绕组表面或者嵌入变压器绕组内，每个变压器绕组上均包括并行的两根不同类型的传感光纤；线性扫频激光器，用于发出线性扫频连续光；光频域散射干涉仪，通过多通道切换开关与传感光纤连接，线性扫频连续光通过多通道切换开关分别进入各传感光纤；传感光纤各处产生的瑞利散射光再通过多通道切换开关返回给光频域散射干涉仪，与参考光发生干涉后产生差频信号；采集卡，与光频域散射干涉仪连接，用于采集差频信号；计算机，与采集卡连接，用于根据差频信号解调各通道的传感光纤各处的温度与应变信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，传感光纤布设于变压器绕组表面时，传感光纤沿着变压器绕组旋转方向布设于其表面，或者沿着变压器绕组圆柱面竖直方向均匀排布。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，传感光纤为护套光纤，且为松套光纤，松套上带有空气孔；或者该传感光纤为裸芯光纤。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括波长校准模块，与线性扫频激光器、采集卡均连接，用于校准线性扫频连续光的波长。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括触发信号生成模块，与采集卡连接，用于产生采集卡的触发采集信号，并补偿扫频激光器调谐的非线性。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每根传感光纤均同步布设一根备用光纤。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光频域散射干涉仪包括光纤耦合器、光纤环形器、偏振分束器和光电探测器，线性扫频连续光通过光纤耦合器产生信号光和参考光，信号光进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉文，肖娜，张晓磊，
申请(专利权)人：武汉隽龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42