[实用新型]一种监测变压器铁芯温度的光纤Bragg光栅温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种监测变压器铁芯温度的光纤Bragg光栅温度传感器，属于光纤Bragg光栅测温装置技术领域。

背景技术

由于变压器容量的不断提高，变压器铁芯过热问题也越来越显著，其造成的后果是加速了变压器内部绝缘物质的老化，从而威胁了变压器的安全运行和缩短了变压器的寿命。长期研究表明，大型变压器的运行可靠性在很大程度上取决于其绝缘状态。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的主要因素之一就是变压器运行时的铁芯温度。根据变压器国家标准GB1094.2—1996《变压器 第2部分温升》规定，对于采用A级绝缘材料的变压器，铁心与油的接触表面对周围环境温度的温升不应该超过80 K，我国变压器的温升标准均以环境温度40℃为准，而铁心最高温度是铁芯中柱的上轭部分。监测变压器铁芯中柱上轭处的温度，可以了解变压器的运行情况，对实现电力系统的安全运行，进而对经济发展、社会稳定都有重要的现实意义。

通过采用光纤Bragg光栅温度传感器对变压器铁芯温度进行测量时，需要考虑光纤Bragg光栅温度传感器的构成，及如何安装来实现在测量时对光纤的保护问题。

发明内容

本实用新型提供了一种监测变压器铁芯温度的光纤Bragg光栅温度传感器，以用于解决监测变压器铁芯温度时光纤Bragg光栅温度传感器的结构、安装问题。

本实用新型的技术方案是：一种监测变压器铁芯温度的光纤Bragg光栅温度传感器，包括聚四氟乙烯套管1、陶瓷套管2、光纤3、光纤Bragg光栅4；其中光纤3的一端穿过聚四氟乙烯套管1并通过环氧树脂将聚四氟乙烯套管1封装在陶瓷套管2内，光纤3另一端的引出部分与传感网络分析仪相连接；负责传感测温的光纤Bragg光栅4一端与光纤3相连，而另一端自由悬空。

所述与光纤Bragg光栅4连接的光纤3封装在陶瓷套管2内后不从陶瓷套管2内引出或从陶瓷套管2内引出并通过聚四氟乙烯套管1进行封装，与陶瓷套管2连接处使用环氧树脂进行封装。

所述光纤Bragg光栅4不进行封装或使用聚四氟乙烯薄板5进行封装。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型的数学模型分析如下：使用时，将光纤3另一端的引出部分与传感网络分析仪相连接，再把一支和传感网络分析仪连接的光纤Bragg光栅温度传感器，插入到铁芯中柱的上轭中。

变压器铁心中柱上轭处的温度变化会引起光纤Bragg光栅温度的改变，由于光纤的热膨胀效应和光纤热光效应，引起反射峰值波长的变化。

反射回来的峰值波长满足：

                                                       （1）

式中：是光栅周期；是有效折射率。

对（1）式进行温度T求导可得：

                                          （2）

式中：是光纤本身在应力作用下的弹性形变；是光纤的弹光效应。

对（2）式两边除以（1）式，可以得到：

                                        （3）

式中：为光纤光栅的热光系数，表达式为；为光纤光栅的热膨胀系数，表达式为；S_T为传感器的温度系数；为波长的变化；△T为温度的变化。

所以光纤光栅温度传感器Bragg波长的移位与温度的变化成线性关系，则变压器铁芯中柱（7）上轭处温度的变化：

                                                      （4）

式中：为光纤Bragg光栅的反射峰值波长；为波长的移位；S_T为传感器的温度系数。

所述的油浸式变压器国家标准GB1094.2—1996《变压器 第2部分温升》规定：对于采用A级绝缘材料的变压器，铁心与油的接触表面对周围环境温度的温升不应该超过80K，我国变压器的温升标准均以环境温度40℃为准，而铁心最高温升是铁芯中柱的上轭部分。根据这个规定，如果铁心中柱上轭处的温度为120℃以上，可以判断该变压器处于非正常工作状态。

本实用新型的有益效果是：

1、通过采用光纤Bragg光栅，具有较强的抗电磁干扰能力和耐腐蚀能力；