用于电力变压器的分布式测温系统及方法技术方案

本申请公开了一种用于电力变压器的分布式测温系统及方法，该系统包括脉冲激光器、波分复用器、分布式光纤、光电转换器、数据采集卡与工控机，其中，波分复用器包括光纤耦合器与分光器，脉冲激光器的输出端与光纤耦合器的输入端连接，光纤耦合器的第一输出端与分布式光纤连接；光纤耦合器的第二输出端与分光器的输入端连接，分光器的多个输出端分别与光电转换器的输入端连接；光电转换器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机的输入端连接。本申请充分利用了分布式光纤和拉曼散射的特点，根据拉曼散射光强随介质分子所处的温度变化而相应变化的结论测量光纤不同位置处的温度，提高了光纤测温的效率。

Distributed temperature measurement system and method for power transformer

【技术实现步骤摘要】
用于电力变压器的分布式测温系统及方法
本申请涉及电气设备在线监测
，尤其涉及一种用于电力变压器的分布式测温系统及方法。
技术介绍
变压器内部局部过热会影响电网的稳定性和可靠性，也会对电网公司造成一定的损失。变压器发生过热性故障时，其油纸绝缘性能将减弱，当油纸绝缘效果减弱到一定程度时，会影响变压器的寿命，严重时将直接导致变压器故障。目前，常规的变压器温度测量主要依靠两种方法：一种是电信号测量法，如热电阻、热电偶等，该类传感器是目前应用最多最广泛的一种，但极易受到变压器内部高电压、强磁场的影响且使用寿命有限，测量精度不高。另一种是红外测温法，该方法为非接触式测温，便于人工操作，但易受到背景噪声和电磁环境的干扰且测量误差较大。但是，电信号测量变压器温度或红外测量变压器温度时只能单点测量，导致变压器温度测量效率较低。
技术实现思路
本申请提供了一种用于电力变压器的分布式测温系统及方法，以解决目前变压器温度测量只能单点测量，导致测量效率较低问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：第一方面，本申请实施例公开了一种用于电力变压器的分布式测温系统，包括脉冲激光器、波分复用器、分布式光纤、光电转换器、数据采集卡与工控机，其中，所述波分复用器包括光纤耦合器与分光器，所述脉冲激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的第一输出端与所述分布式光纤连接；所述光纤耦合器的第二输出端与所述分光器的输入端连接，所述分光器的多个输出端分别与所述光电转换器的输入端连接；所述光电转换器的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述工控机的输入端连接。可选的，所述分布式光纤包括测温组件及与所述测温组件连接的信号传输组件，其中，所述信号传输组件与所述光纤耦合器连接，所述信号传输组件包括石英光纤与套设在所述石英光纤外部的光纤保护器件；所述测温组件包括石英玻璃管及位于所述石英玻璃管内的测温件，所述石英玻璃管朝向信号传输组件的一侧设有开口，所述石英光纤通过所述开口插入所述石英玻璃管内；所述测温件设置于所述石英光纤上。可选的，所述石英光纤螺旋缠绕在变压器绕组上。可选的，所述光电转换器的输入端与所述分光器的输出端一一对应。可选的，所述脉冲激光器的中心波长为1550nm，频率为50kHz。可选的，所述光电转换器的光谱响应范围为900-1700nm。可选的，所述石英光纤为耦合效率高的62.5/125μm多模光纤。第二方面，本申请实施例还提供了一种用于电力变压器的分布式测温方法，应用于第一方面所述的用于电力变压器的分布式测温系统，所述方法包括：脉冲激光器射出的光脉冲进入光纤；接收所述光脉冲在所述光纤内部发生的拉曼散射光信号；将接收的光信号进行分离，并将分离后的光信号转换为电信号；将所述电信号转化为数字信号后传输给工控机进行信号处理，解调得到变压器待测温度。可选的，将接收的光信号进行分离，并将分离后的光信号转换为电信号，包括：通过分光器将接收的拉曼散射光信号分离为斯托克斯光信号与反斯托克斯光信号；通过双路光电转换器将所述斯托克斯光信号与所述反斯托克斯光信号分别转换为电信号。可选的，将所述电信号转化为数字信号后传输给工控机进行信号处理，解调得到变压器待测温度，包括：所述工控机根据所述数字信号分别计算得到斯托克斯光强与反斯托克斯光强；计算所述斯托克斯光强与所述反斯托克斯光强的光强比；根据所述光强比解调得到所述变压器待测温度。与现有技术相比，本申请的有益效果为：本申请提供的用于电力变压器的分布式测温系统包括脉冲激光器、波分复用器、分布式光纤、光电转换器、数据采集卡与工控机，其中，波分复用器包括光纤耦合器与分光器，脉冲激光器的输出端与光纤耦合器的输入端连接，光纤耦合器的第一输出端与分布式光纤连接，即脉冲激光器发射的光脉冲通过光纤耦合器进入分布式光纤，光脉冲在分布式光纤的光线内发生拉曼散射光；光纤耦合器的第二输出端与分光器的输入端连接，分光器的多个输出端分别与光电转换器的输入端连接，光电转换器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与工控机的输入端连接，即通过采集和分析在光纤内产生的拉曼散射光强度和传输时间得到光纤不同位置处的温度情况。本申请充分利用分布式光纤和拉曼散射的特点，根据拉曼散射光强随介质分子所处的温度变化而相应变化的结论测量光纤不同位置处的温度变化，从而测量出变压器不同位置的温度，不需要在变压器密集的多点位置上都采用单点光纤测温，能够极大提高光纤测温的效率。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种用于电力变压器的分布式测温系统的结构图；图2为本申请实施例提供的用于电力变压器的分布式测温系统中分布式光纤的结构图；图3为本申请实施例提供的一种用于电力变压器的分布式测温方法的流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。参见图1，为本申请实施例提供的一种用于电力变压器的分布式测温系统的结构图。如图1所示，本申请实施例提供的用于电力变压器分布式测温系统包括脉冲激光器100、波分复用器200、分布式光纤300、光电转换器400、数据采集卡500与工控机600，其中，波分复用器200包括光纤耦合器201与分光器202，脉冲激光器100的输出端与光纤耦合器201的输入端连接，光纤耦合器201的第一输出端与分布式光纤300连接。也就是说，脉冲激光器100发射光脉冲，射出的光脉冲通过光纤耦合器201从分布式光纤300的一端进入，光脉冲在光纤300内部发生拉曼散射。拉曼散射指光与被穿越的透明介质发生一种相互作用，并散射出一低频率、弱光强的光波，拉曼散射技术可以提供快速、简单、可重复、无损伤的物质性定量分析。本示例中，波分复用器200每通道的插入损耗在1dB以内，隔离度大于25dB。脉冲激光器100发射的光脉冲通过光纤耦合器201进入分布式光纤300后，经过τ/2(τ为激光脉宽)的时间到达脉冲后沿，光脉冲和脉冲后沿发生的散射光一起返回光纤始端，可以知道这一散射发生的位置在处，其中，c为光在真空中传播的速度，单位为m/s，n为光纤折射率。脉冲激光器100频率的选定需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力变压器的分布式测温系统，其特征在于，包括脉冲激光器、波分复用器、分布式光纤、光电转换器、数据采集卡与工控机，其中，/n所述波分复用器包括光纤耦合器与分光器，所述脉冲激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的第一输出端与所述分布式光纤连接；/n所述光纤耦合器的第二输出端与所述分光器的输入端连接，所述分光器的多个输出端分别与所述光电转换器的输入端连接；所述光电转换器的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述工控机的输入端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电力变压器的分布式测温系统，其特征在于，包括脉冲激光器、波分复用器、分布式光纤、光电转换器、数据采集卡与工控机，其中，
所述波分复用器包括光纤耦合器与分光器，所述脉冲激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的第一输出端与所述分布式光纤连接；
所述光纤耦合器的第二输出端与所述分光器的输入端连接，所述分光器的多个输出端分别与所述光电转换器的输入端连接；所述光电转换器的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述工控机的输入端连接。


2.根据权利要求1所述的用于电力变压器的分布式测温系统，其特征在于，所述分布式光纤包括测温组件及与所述测温组件连接的信号传输组件，其中，
所述信号传输组件与所述光纤耦合器连接，所述信号传输组件包括石英光纤与套设在所述石英光纤外部的光纤保护器件；
所述测温组件包括石英玻璃管及位于所述石英玻璃管内的测温件，所述石英玻璃管朝向信号传输组件的一侧设有开口，所述石英光纤通过所述开口插入所述石英玻璃管内；所述测温件设置于所述石英光纤上。


3.根据权利要求2所述的用于电力变压器的分布式测温系统，其特征在于，所述石英光纤螺旋缠绕在变压器绕组上。


4.根据权利要求1所述的用于电力变压器的分布式测温系统，其特征在于，所述光电转换器的输入端与所述分光器的输出端一一对应。


5.根据权利要求1所述的用于电力变压器的分布式测温系统，其特征在于，所述脉冲激光器的中心波长为1550nm，频率为50kHz...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱国超，彭庆军，项施叶子，陈伟根，万福，马仪，周仿荣，邹德旭，王山，洪志湖，张知先，颜冰，代维菊，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53