一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器及其使用方法，屬于光電子測量【技術領域】。本發明包括聚四氟乙烯套管、陶瓷套管、光纖、光纖Bragg光柵；其中光纖的一端穿過聚四氟乙烯套管并通過環氧樹脂將聚四氟乙烯套管封裝在陶瓷套管內，光纖另一端的引出部分與傳感網絡分析儀相連接；負責傳感測溫的光纖Bragg光柵一端與光纖相連，而另一端自由懸空；將光纖Bragg光柵溫度傳感器通過變壓器鐵芯上的預留線槽插入到鐵芯中柱的上軛中；再根據光纖Bragg光柵溫度傳感器波長的移位與溫度的變化關系，計算出變壓器鐵芯中柱的上軛處的溫度。本發明結構簡單，便于操作；可以實時檢測變壓器鐵芯中柱上軛處溫度。
【專利說明】—種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器及其使用方法，屬于光電子測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]由于變壓器容量的不斷提高，變壓器鐵芯過熱問題也越來越顯著，其造成的后果是加速了變壓器內部絕緣物質的老化，從而威脅了變壓器的安全運行和縮短了變壓器的壽命。長期研究表明，大型變壓器的運行可靠性在很大程度上取決于其絕緣狀態。大部分變壓器的壽命終結是因為其喪失了應有的絕緣能力，而影響絕緣能力的主要因素之一就是變壓器運行時的鐵芯溫度。根據變壓器國家標準GB1094.2—1996《變壓器第2部分溫升》規定，對于采用A級絕緣材料的變壓器，鐵心與油的接觸表面對周圍環境溫度的溫升不應該超過80 K，我國變壓器的溫升標準均以環境溫度40°C為準，而鐵心最高溫度是鐵芯中柱的上軛部分。監測變壓器鐵芯中柱上軛處的溫度，可以了解變壓器的運行情況，對實現電力系統的安全運行，進而對經濟發展、社會穩定都有重要的現實意義。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器及其使用方法，以用于解決變壓器鐵芯溫度的實時在線監測的問題。
[0004]本發明的技術方案是:一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器，包括聚四氟乙烯套管1、陶瓷套管2、光纖3、光纖Bragg光柵4 ;其中光纖3的一端穿過聚四氟乙烯套管I并通過環氧樹脂將聚四氟乙烯套管I封裝在陶瓷套管2內，光纖3另一端的引出部分與傳感網絡分析儀相連接；負責傳感測溫的光纖Bragg光柵4 一端與光纖3相連，而另一端自由懸空。
[0005]所述與光纖Bragg光柵4連接的光纖3封裝在陶瓷套管2內后不從陶瓷套管2內弓I出或從陶瓷套管2內引出并通過聚四氟乙烯套管I進行封裝，與陶瓷套管2連接處使用環氧樹脂進行封裝。
[0006]所述光纖Bragg光柵4不進行封裝或使用聚四氟乙烯薄板11進行封裝。
[0007]—種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器的使用方法，其所述用于監測變壓器鐵芯溫度方法的具體步驟如下:
A、把一支和傳感網絡分析儀8連接的光纖Bragg光柵溫度傳感器10，通過變壓器鐵芯9上的預留線槽5插入到鐵芯中柱7的上軛中；
B、根據傳感網絡分析儀8分析光纖Bragg光柵4反射的波長值的變化，再通過光纖Bragg光柵溫度傳感器10波長的移位與溫度的變化關系
ΔΤ=,計算出變壓器鐵芯中柱7的上軛處的溫度；其中:3為光纖Bragg光柵的反射峰值波長,Δ4為波長的移位，St為傳感器的溫度系數；
C把所測量的溫度和變壓器的溫升標準進行比較，用于判斷變壓器是否處于正常工作狀態:
當Λ 1-大于120°C時，判斷該變壓器處于非正常工作狀態；
當Λ1-< 120°C時，判斷該變壓器處于正常工作狀態。
[0008]所述光纖Bragg光柵溫度傳感器10通過變壓器鐵芯9上的預留線槽5插入到鐵芯中柱7上軛的深度為20mm。
[0009]本發明的工作原理是:所述測溫位置的選擇:電磁場在鐵芯中的分布是不均勻的，鐵芯中間區域以及高壓線圈處的磁流密度相對較大，鐵芯中溫度最高的地方在鐵芯中柱的鐵軛處，這是因為鐵芯中柱磁流密度相對較大，導致高頻情況下的損耗大。
[0010]所以通過監測變壓器鐵芯中柱上軛處的溫度，可以更加全面地掌握變壓器的運行狀況，避免了因鐵芯過熱引發的故障，而最終導致電纜火災、局部電網癱瘓。
[0011]光纖Bragg光柵溫度傳感器10通過變壓器鐵芯9上的預留線槽5插入到鐵芯中柱7的上軛中，插入到變壓器的鐵芯上處，確保傳感器能檢測變壓器的鐵芯溫度的最高點；當變壓器因接點接觸不良、磁路故障、導體故障等原因產生大量的熱量，會導致光纖Bragg光柵反射波長的移位，最終達到對變壓器鐵芯的溫度進行實時監測的目的。
[0012]本發明的數學模型分析如下: 變壓器鐵心中柱7上軛處 的溫度變化會引起光纖Bragg光柵溫度的改變，由于光纖的熱膨脹效應和光纖熱光效應，引起反射峰值波長的變化。
[0013]反射回來的峰值波長滿足:
【權利要求】
1.一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器，其特征在于:包括聚四氟乙烯套管(I)、陶瓷套管(2)、光纖(3)、光纖Bragg光柵(4);其中光纖(3)的一端穿過聚四氟乙烯套管(I)并通過環氧樹脂將聚四氟乙烯套管(I)封裝在陶瓷套管(2)內，光纖(3)另一端的引出部分與傳感網絡分析儀相連接；負責傳感測溫的光纖Bragg光柵(4)一端與光纖(3)相連,而另一端自由懸空。
2.根據權利要求1所述的用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器，其特征在于:所述與光纖Bragg光柵(4)連接的光纖(3)封裝在陶瓷套管(2)內后不從陶瓷套管(2 )內引出或從陶瓷套管(2 )內引出并通過聚四氟乙烯套管(I)進行封裝，與陶瓷套管(2)連接處使用環氧樹脂進行封裝。
3.根據權利要求1或2所述的用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器，其特征在于:所述光纖Bragg光柵(4)不進行封裝或使用聚四氟乙烯薄板(11)進行封裝。
4.一種用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器的使用方法，其特征在于:所述用于監測變壓器鐵芯溫度方法的具體步驟如下: A、把一支和傳感網絡分析儀(8)連接的光纖Bragg光柵溫度傳感器(10)，通過變壓器鐵芯(9)上的預留線槽(5)插入到鐵芯中柱(7)的上軛中； B、根據傳感網絡分析儀(8)分析光纖Bragg光柵(4)反射的波長值的變化，再通過光纖Bragg光柵溫度傳感器(10)波長的移位與溫度的變化關系
5.根據權利要求4所述的用于監測變壓器鐵芯溫度的光纖Bragg光柵溫度傳感器的使用方法，其特征在于:所述光纖Bragg光柵溫度傳感器(10)通過變壓器鐵芯(9)上的預留線槽(5)插入到鐵芯中柱(7)上軛的深度為20mm。
【文檔編號】G01K11/32GK103487164SQ201310420402
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】李川, 閆思安, 劉江, 李國民, 謝濤, 趙振剛, 李英娜 申請人:昆明理工大學