基於光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監測系統的製作方法

2023-06-03 13:51:26 4

專利名稱：基於光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監測系統的製作方法
基於光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監測系統技術領域
本發明屬於一種在線監測系統技術領域，尤其是涉及一種基於光纖布拉格光柵傳 感器變壓器故障氣體監測系統。
背景技術：
電力變壓器作為電網運行中的關鍵設備，其可靠性在電網運行中尤為重要。
監測並分析溶解於油中的氣體，就能儘早發現變壓器內部存在的潛伏性故障，並 隨時掌握故障的發展變化情況。但是傳統的監測方法每次監測都需通過採樣、油氣分離、組 分監測、數據處理這樣的步驟，在油氣分離過程中受人為影響比較大，監測結果不準確。這 項監測技術屬於一種離線監測方法，整個監測過程繁瑣複雜，實驗時間長，運行人員難以及 時掌握變壓器的運行狀況。考慮到離線監測技術的缺點，陸續出現了一系列的油色譜在線 監測系統。
目前現有的監測系統只能監測油中小分子氣體氫氣及少量一氧化碳、乙炔、微量 乙烯等氣體的綜合體積分數及其時、日變化趨勢，不能分析變壓器具體的故障形式，只能用 於早期預警；對於採用半導體或是熱導監測方法的監測系統，其對氣體的選擇性和監測靈 敏度不高；而利用色譜分離方法的監測系統，由於色譜柱的穩定性不高，監測的同時要消耗 載氣、色譜柱等易耗物品，在運行中色譜柱需要投入較高的維護費用，使得採用色譜分離方 法進行監測的維護費用增加。據研究發現，目前在航空領域中已有採用基於布拉格光纖布 拉格光柵監測氫氣濃度的傳感器，但是其最低監測靈敏度不能滿足變壓器中的故障氣體濃 度要求。
更為重要的是，現有系統還具有下列共有缺點(1)現有在線監測方法都需要通 過油氣分離單元將故障氣體分離出來，然後再進行監測。油氣分離單元主要可以分為真空 抽氣法和滲透膜法。其中真空抽氣法的脫氣量不高，氣室的氣體濃度和變壓器中氣體濃度 相差較大；而利用滲透膜法，膜的老化問題使得系統的維修成本提高並且增加了系統運行 的不安全性，一般膜的壽命大概為1 2年左右；( 現有系統中的測量設備和解調設備都 為電氣測量，在輸電線路的強電磁場區域內極易受到電磁幹擾的影響。發明內容
針對上述技術背景中現有在線監測系統只能用於早期預警、氣體選擇性和監測靈 敏度不高、需要載氣或色譜柱易耗物品等缺點，本發明提出了一種基於光纖布拉格光柵傳 感器變壓器故障氣體監測系統。
本發明的技術方案是，基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統， 其特徵是所述系統包括氣體傳感器陣列、光纖布拉格光柵解調器和變壓器故障監測中心； 氣體傳感器陣列與光纖布拉格光柵解調器連接，光纖布拉格光柵解調器和變壓器故障監測 中心連接；所述氣體傳感器陣列由多根用於吸收氣體的光纖布拉格光柵組成；所述光纖布 拉格光柵塗覆了第一金屬(1)，且在第一金屬(1)上塗覆了第二金屬O)。
所述第一金屬(1)為金。
所述第二金屬( 為吸收氣體後體積發生膨脹的金屬。
所述第二金屬(2)為五鎳化鑭。
所述光纖布拉格光柵吸收的氣體包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙烯、乙炔、甲烷 或乙烷。
所述氣體傳感器陣列應置於變壓器油、變壓器瓦斯繼電器或油氣分離的氣室中。
所述光纖布拉格光柵解調器用以實時監測光纖布拉格光柵中心光的波長，包括寬 帶光源、濾波器、探測器。
所述變壓器故障監測中心包括裝有專家系統的監控電腦，當發現氣體濃度超出設 定值時，監控電腦發出警報並按照設定規則診斷出變壓器故障類型。
採取上述技術方案，所開發的光纖布拉格光柵變壓器故障氣體監測系統有以下優 點(1)能夠直接置於油中、置於變壓器上方的瓦斯繼電器中或是油氣分離的氣室中三個 部位進行測量，抗電磁幹擾，利於長期監測；(2)測量得到的應變通過波長編碼實現，光纖 布拉格光柵氣體監測系統不受光源的光強波動、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態的 變化等因素的影響；C3)測量靈敏度好、解析度高；(4)採用多方位測量技術，可以使用一套 解調系統對變壓器各個部位的產氣情況同時進行監測，大大降低了系統成本。(5)由於光纖 布拉格光柵傳感器是按照分別對每種特徵氣體敏感進行製作的，解決了氣體間的交叉敏感 問題，氣體的選擇性高；(6)由於傳感器可以直接置於變壓器中進行監測，不用進行油氣分 離，則解決了油氣分離平衡慢、透氣膜壽命短的一系列問題。


圖1是光纖布拉格光柵氣體傳感器。
圖2是變壓器故障氣體監測系統。
具體實施方式
下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。
1.光纖布拉格光柵表面金屬鍍膜
圖1中，由於能夠附著在光纖布拉格光柵表面的金屬種類有限，因此先在光纖布 拉格光柵表面鍍上一層非常薄的能夠附著在上面的金屬，利用金屬將柵區段包裹起來，本 實例採用金屬金。圖2中FBG是光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating) ； λ為返回的中 心波長光譜圖。
2.傳感器金屬沉積
在被第一金屬金包裹後的柵區段沉積一層具有一定厚度的，對特種氣體敏感的第 二金屬如五鎳化鑭(LaNi5)，五鎳化鑭吸收的氣體為氫氣。
3.傳感器的安裝
由於目前對變壓器故障時產生氣體的發展過程尚不明確，應將傳感器安裝於變壓 器中，分別在變壓器油和瓦斯繼電器中同時安裝傳感器進行監測。
4.安裝光纖解調設備
傳感器經傳輸光纖接到光纖布拉格光柵解調儀上，解調儀通過變電站內220V電 源供電，使用網線將解調儀與安裝有專家系統的監測用計算機相連。
5.實時監測變壓器中故障氣體
系統正常運行，將監測到的氣體濃度變化情況通過專家系統診斷變壓器是否運行 正常，當氣體濃度超出一定值時，光纖布拉格光柵上的金屬五鎳化鑭吸收氫氣後發生形變， 使得光纖布拉格光柵中光的波長發生變化，光纖解調儀收到波長變化信號後，將信息傳入 故障監測中心，當故障監測中心發現氣體濃度超出設定值時，監控電腦發出警報並按照設 定規則診斷出變壓器的故障類型。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍 為準。
權利要求
1.基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特徵是所述系統包括氣 體傳感器陣列、光纖布拉格光柵解調器和變壓器故障監測中心；氣體傳感器陣列與光纖布 拉格光柵解調器連接，光纖布拉格光柵解調器和變壓器故障監測中心連接；所述氣體傳感器陣列由多根用於吸收氣體的光纖布拉格光柵組成；所述光纖布拉格光柵塗覆了第一金屬(1)，且在第一金屬(1)上塗覆了第二金屬O)。
2.根據權利要求1所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述第一金屬(1)為金。
3.根據權利要求1所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述第二金屬( 為吸收氣體後體積發生膨脹的金屬。
4.根據權利要求3所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述第二金屬( 為五鎳化鑭。
5.根據權利要求1所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述光纖布拉格光柵吸收的氣體包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙烯、乙炔、甲烷或乙 焼。
6.根據權利要求1所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述氣體傳感器陣列應置於變壓器油、變壓器瓦斯繼電器或油氣分離的氣室中。
7.根據權利要求1所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述光纖布拉格光柵解調器用以實時監測光纖布拉格光柵中心光的波長，包括寬帶光 源、濾波器、探測器。
8.根據權利要求1所述基於光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監測系統，其特 徵是所述變壓器故障監測中心包括裝有專家系統的監控電腦，當發現氣體濃度超出設定值 時，監控電腦發出警報並按照設定規則診斷出變壓器故障類型。
全文摘要
本發明公開了在線監測系統技術領域中的一種基於光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監測系統。該系統包括氣體傳感器陣列、光纖布拉格光柵解調設備和變壓器故障監測中心等組成部分。該系統採用光纖布拉格光柵傳感器，其抗電磁幹擾強，利於長期應用於電磁環境極其惡劣的環境中；測量靈敏度高、解析度高可對變壓器各個部位同時進行在線監測，大大降低了系統維護成本；解決了傳統故障監測方法中氣體間的交叉敏感、油氣分離平衡慢、透氣膜壽命短等一系列問題。
文檔編號G01R31/00GK102033041SQ20101062115
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者李成榕, 羅穎婷, 馬國明 申請人:華北電力大學