一种变压器油流速在线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种变压器油流速在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括光照系统、光纤传感器、光电转换器、信号处理单元和计算机，变压器的上对流口或下对流口处均设置一光纤传感器；光照系统用于照射光纤传感器；每一光纤传感器均包括一支架，每一支架用于与上对流口入口或下对流口入口进行固定，每一支架内垂向固定设置一弹性钢片，每一弹性钢片的内侧固定设置一光纤光栅，每一光纤光栅的出射光均通过一光纤发送到光电转换器，光电转换器将接收的信号经信号处理单元处理后发送到计算机，计算机根据光纤光栅中心波长偏移与绝缘油对流速度的关系得到绝缘油流速。本发明专利技术可以广泛应用在油浸式变压器的流速监测中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种基于光纤传感器的变压器油流速在线监测系统，涉及变压器在线监测

技术介绍
工业生产过程中自动化流体流量和调节的确测，是确保生产过程安全和经济运行、降低物质消耗、提高产品质量和经济效益以及科学管理的基础。随着科学技术的发展，流量测量精度也越来越高，越来越多的流体物种需要检测。由于在变压器行业测量的流体成分和物理化学性质的复杂性及各种流量状态，加上变压器内部的温度特别高，因此需要新方式来测量和监测变压器内部绝缘油的流速和流量问题，保证变压器可靠安全运行。在油浸式电力变压器中，绝缘油的主要作用为绝缘和散热的功能，而变压器油的油流速度与温度有关，在油浸式电力变压器中，温度越高，绝缘油的对流速度越快，但是对于油浸式电力变压器，油流速度有一个正常的流速，一般正常的流速0.5m/s<ν<1.2m/s，变压器绝缘油的流速不宜过快，油速快了容易使变压器油产生气体影响变压器自身的安全。因此对变压器的绝缘油流速的在线监测成为了解变压器安全的必要，对优化变压器的散热功能起了很大的作用，同时能够监测到变压器是否发生堵塞的情况，意义重大。现有技术变压器是通过电磁方法测量变压器的油流速。首先，这种方法测量变压器绝缘油的流速精度不高，而且由于采用机械方法进行测试，容易造成变压器的堵塞，对变压器造成不利的影响；其次，这种传统的测量变压器的方法只能在变压器安装的位置去读数，对于运检人员来说，这种方法既不安全，也不方便。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够保证流速测量精度的基于光纤传感器的变压器油流速在线监测系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种变压器油流速在线监测系统，包括光照系统、光纤传感器、光电转换器、信号处理单元和计算机，所述变压器的上对流口或下对流口处均设置一所述光纤传感器；所述光照系统用于照射所述光纤传感器；每一所述光纤传感器均包括一支架，每一所述支架用于与所述上对流口入口或下对流口入口进行固定，每一所述支架内垂向固定设置一弹性钢片，每一所述弹性钢片的内侧固定设置一光纤光栅，每一所述光纤光栅的出射光均通过一光纤发送到所述光电转换器，所述光电转换器将接收的信号经所述信号处理单元处理后发送到所述计算机，所述计算机根据所述光纤光栅中心波长偏移与绝缘油对流速度的关系得到绝缘油流速。进一步地，所述光照系统包括可调谐激光和光纤耦合器，所述可调谐激光发出的激光依次通过所述光纤耦合器和光纤发送到所述光纤光栅，当所述光纤光栅发生应变时，经所述光纤光栅出射的激光中心波长发生偏移，发生偏移的激光按原路返回经依次经所述光纤和光纤耦合器发射到所述光电转换器。为实现上述目的，本专利技术采取另一种技术方案：一种变压器油流速在线监测系统，包括光照系统、光纤传感器、光电转换器、M-Z干涉仪、分波器、信号处理单元和计算机，所述变压器的上对流口或下对流口均设置一所述光纤传感器；所述光照系统用于照射所述光纤传感器，每一所述光纤传感器均包括一支架，每一所述支架用于与上对流口入口或下对流口入口进行固定，每一所述支架内垂向固定设置一弹性钢片，每一所述弹性钢片的内侧固定设置一光纤光栅，所有所述光纤光栅的出光口通过一光纤依次进行串联，所有的所述光纤光栅的出射光经所述光纤发送到所述M-Z干涉仪，所述M-Z干涉仪将每个所述光纤光栅中心波长的偏移转换为相应的光强信号发送到所述分波器进行分光，所述分波器将分光后的若干不同中心波长的光依次发送到相应所述光电转换器，每一所述光电转换器将接收的信号经所述信号处理单元发送到所述计算机，所述计算机根据所述光纤光栅中心波长偏移与绝缘油对流速度的关系得到绝缘油流速。进一步地，所述光照系统包括宽带光源和光纤耦合器，所述宽带光源发出的宽带光依次经所述光纤耦合器和光纤依次发送到每一所述光纤光栅，当所述光纤光栅发生应变时，经所述光纤光栅出射的宽带光的中心波长发生偏移，发生偏移的光按原路返回依次经所述光纤和光纤耦合器发射到所述M-Z干涉仪。进一步地，所述光纤光栅采用光纤布拉格光栅，所有所述光纤布拉格光栅的中心波长均不相同，且需要保证第一光纤布拉格光栅的波长偏移量不能超过第二光纤布拉格光栅的中心波长，依次类推。进一步地，所述光纤耦合器采用光环形器。进一步地，所述支架包括一环形支撑板，所述环形支撑板的内侧延伸设置一圆筒状插件，所述圆筒状插件的外径与上对流口或下对流口的管径大小匹配，保证所述光纤传感器能够刚好插入上对流口或下对流口中，所述圆筒状插件的内臂垂向固定设置所述弹性钢片，位于所述光纤光栅顶部上方的圆筒状插件和环形支撑板上均设置有用于穿设所述光纤的通孔。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术在变压器的上对流口或下对流口处均设置一光纤传感器，根据光纤传感器的光纤光栅中心波长偏移与绝缘油对流速度的关系得到绝缘油流速，因此本专利技术通过光纤传感器实现变压器内部对绝缘油流速的在线监测系统，由于光纤传感器具有损耗低、频带宽、可挠性好、线径细、重量轻、无感应等特点，因此本专利技术具有准确、快速、抗燃抗暴的特点。2、对于油浸式变压器，内部环境要求较高，因此本专利技术通过光纤传感器来测量变压器绝缘油对流的速度，简单地将变压器内部绝缘油对流的信息转化成光信号快速发送到计算机实现对变压器内部绝缘油流速的实时监测，对于运检人员来说，此种测量方式安全且方便。综上所述，本专利技术可以广泛应用在油浸式变压器的流速监测中。附图说明图1是现有变压器其中一相两侧的对流示意图；图2是本专利技术实施例1的在线监测系统结构示意图；图3是本专利技术变压器的一个上对流口对应安装光纤传感器结构示意图；图4(a)是本专利技术实施例1的光纤传感器结构示意图；图4(b)是图4(a)的左视示意图；图5是本专利技术的光强信号和波长信号成线性关系示意图，横坐标为波长，纵坐标为相对光强；图6是本专利技术的光纤耦合器的传光示意图；图7是本专利技术实施例2的变压器六个上流口对应安装光纤传感器的示意图；图8是本专利技术实施例2的在线监测系统结构示意图。具体实施方式以下结合附图来对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。如图1所示，在油浸式电力变压器中，变压器运行时产生的热量主要靠变压器油上下对流，变压器的绝缘油从上对流口流出变压器，经过散热片进行散热，从下对流口流回变压器内部。变压器三相绕组中，每一相的每一侧都有对流，因此三相油浸式变压器两侧总共有6个上对流口流出变压器油，6个下对流口流入变压器绝缘油。考虑到变压器绝缘油对流的时候，从上对流口流进去，从下对流口流出来，所以上对流口绝缘油流速等于下对流口绝缘油的流速，所以测量变压器的绝缘油对流速度只要测量6个上对流口或6个下对流口的流速即可，本专利技术的实施例均以6个上对流口进行说明。实施例1：如图2～4所示，本实施例的变压器油流速在线监测系统，包括光照系统1、光纤传感器2、光电转换器3、信号处理单元4和计算机5，变压器的三相六个上对流口均设置一光纤传感器2，光照系统1用于照射光纤传感器2。本实施例的每一光纤传感器均包括支架21、光纤22、弹性钢片23和光纤光栅24，支架21用于与上对流口入口进行固定，包括一环形支撑板211，环形支撑板211的内侧延伸设置一圆筒状插件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器油流速在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括光照系统、光纤传感器、光电转换器、信号处理单元和计算机，所述变压器的上对流口或下对流口处均设置一所述光纤传感器；所述光照系统用于照射所述光纤传感器；每一所述光纤传感器均包括一支架，每一所述支架用于与所述上对流口入口或下对流口入口进行固定，每一所述支架内垂向固定设置一弹性钢片，每一所述弹性钢片的内侧固定设置一光纤光栅，每一所述光纤光栅的出射光均通过一光纤发送到所述光电转换器，所述光电转换器将接收的信号经所述信号处理单元处理后发送到所述计算机，所述计算机根据所述光纤光栅中心波长偏移与绝缘油对流速度的关系得到绝缘油流速。

【技术特征摘要】
1.一种变压器油流速在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括光照系统、光纤传感器、光电转换器、信号处理单元和计算机，所述变压器的上对流口或下对流口处均设置一所述光纤传感器；所述光照系统用于照射所述光纤传感器；每一所述光纤传感器均包括一支架，每一所述支架用于与所述上对流口入口或下对流口入口进行固定，每一所述支架内垂向固定设置一弹性钢片，每一所述弹性钢片的内侧固定设置一光纤光栅，每一所述光纤光栅的出射光均通过一光纤发送到所述光电转换器，所述光电转换器将接收的信号经所述信号处理单元处理后发送到所述计算机，所述计算机根据所述光纤光栅中心波长偏移与绝缘油对流速度的关系得到绝缘油流速。2.如权利要求1所述的一种变压器油流速在线监测系统，其特征在于，所述光照系统包括可调谐激光和光纤耦合器，所述可调谐激光发出的激光依次通过所述光纤耦合器和光纤发送到所述光纤光栅，当所述光纤光栅发生应变时，经所述光纤光栅出射的激光中心波长发生偏移，发生偏移的激光按原路返回经依次经所述光纤和光纤耦合器发射到所述光电转换器。3.一种变压器油流速在线监测系统，其特征在于，该监测系统包括光照系统、光纤传感器、光电转换器、M-Z干涉仪、分波器、信号处理单元和计算机，所述变压器的上对流口或下对流口均设置一所述光纤传感器；所述光照系统用于照射所述光纤传感器，每一所述光纤传感器均包括一支架，每一所述支架用于与上对流口入口或下对流口入口进行固定，每一所述支架内垂向固定设置一弹性钢片，每一所述弹性钢片的内侧固定设置一光纤光栅，所有所述光纤光栅的出光口通过一光纤依次进行串联，所有的所述光纤光栅的出射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，余广译，高超飞，宋树，王杨超，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11