[实用新型]一种变压器光纤光栅振动波谱在线监测系统

说明书

技术领域

本方案涉及电力设备在线监测系统，特别是一种变压器光纤光栅振动波谱在线监测系统。

背景技术

变电站主变压器是智能变电站中非常重要的设备，它的可靠运行对于变电系统的稳定运行至关重要。变压器存在直流偏磁的风险，可能出现振动和噪音指标骤然升高现象。正常运行的变压器振动信号, 能量主要集中在100Hz -600Hz之间, 且包含丰富的谐振倍频信息, 大于1000Hz 逐渐衰减为零。振动主要来源于绕组振动和铁心振动。绕组振动主要是由于电流通过绕组时在绕组间、线柄间、线匝间产生动态电磁吸引力而引起。随着负载容量的大量增加，变压器出口短路形成的冲击力对绕组造成很大危害，会导致绕组变形，由于绕组的形变有累积效应，当达到一定程度时会导致绕组绝缘损坏，破坏绕组的机械稳定性，给变压器的运行造成潜在隐患。铁心的振动主要是由于硅钢片的磁致伸缩所致。当变压器中铁芯的压紧力不够大时，硅钢片的自重将使铁芯产生弯曲变形，致使磁致伸缩增大，即铁芯的振动加剧。

已有的方法都是通过压电加速度传感器监测振动信号，本文提出一种抗干扰性强、绝缘性高、无电荷性的光纤光栅振动在线监测法，对实时获取变压器振动波谱，监视其在直流偏磁下的运行情况进行有效的状态分析及获得长期运行振动数据具有非常重要的意义。

发明内容

本实用新型提出了一种变压器光纤光栅振动波谱在线监测系统，可以实时、长期的对变压器的运行情况进行监测，提供振动波谱、同时对振动的状态进行分析判断，维护变压器稳定安全的工作。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种变压器光纤光栅振动波谱在线监测系统，其特征是它包括安装在变压器器身上或者变压器内部的至少一组光纤光栅振动加速度传感器组，由光纤光栅振动加速度传感器组形成的光纤光栅振动加速度传感器阵列通过波分复用器与宽带光源连接，波分复用器通过光隔离器与光信号解调装置连接。

本方案的具体特点还有，所述光信号解调装置包括与光隔离器连接的非平衡迈克尔逊干涉仪；非平衡迈克尔逊干涉仪经波分复用器与光电转换滤波单元连接；光电转换滤波单元输出的电信号经数据采集单元送至数据处理器。

宽带光源发出入射光信号，通过波分复用器后进入光纤光栅振动加速度传感器阵列，然后从振动加速度传感器阵列出来的反射光信号再通过波分复用器和隔离器后进入非平衡迈克尔逊干涉仪；数据载波单元、数据采集单元与非平衡迈克尔逊干涉仪组成带反馈自调节载波调制器，将反射光信号波长变化转换成相位变化；经过非平衡迈克尔逊干涉仪后携带相位变化的反射光信号连接至波分复用器，从而将各个波段的反射光信号按波长划分，分别进入光电转换滤波单元各通道；光电转换滤波单元将分离后的各波段光信号转换成对应的电信号并由数据采集单元高速采集送至数据处理器。

所述光纤光栅振动加速度传感器包括外壳，外壳中设置有双臂支架，双臂支架包括左臂和右臂，左臂端部固定设置有弹簧片，弹簧片的另一端上固定设置有小质量块和大质量块；右臂端部设置光纤固定孔；光纤光栅从带尾端保护头光纤入口进入外壳，光纤固定在光纤固定孔和小质量块上，在外壳内部缠绕后从带尾端保护头光纤出口穿出。

所述光纤光栅振动加速度传感器的外壳由铝合金或特氟龙材料制作而成，大质量块和小质量块由铜、铝、陶瓷或特氟龙材料制作。

光纤光栅通过耐高温腐蚀电工胶固定在光纤固定孔和小质量块上。

所述光纤光栅振动加速度传感器组由光纤光栅振动加速度传感器串联而成，即一根光纤上串联6个光纤光栅振动加速度传感器，并按组进行扩展，其波长在1530nm-1545nm之间，分成间隔2.4nm的6个波段，且传感器谐振频率设计在800Hz以上。

所述宽带光源是C波段ASE平坦宽带光源，波长1525nm-1565nm。

所述光电转换滤波单元采用高精密、低失真运算放大器AD8067，且单元本底噪声低于1mV，用于对微弱光信号进行光电转换及进行带通滤波处理。

所述数据处理器为工控主板（带CPU及显示系统）或具备数据处理功能的嵌入式控制系统。