张法业;郑美松;刘思峰;曹玉强;隋青美;姜明顺
【摘 要】对电力变压器的绕组温度在线监测进行了研究与探讨,利用光纤光栅设计了温度传感器,基于体积相光栅和嵌入式微控制器STM32构建了变压器绕组温度在线监测系统.该系统具有测温精度高、易于组成传感器网路等特点.在试验中,引入二等标准水银温度计与构建的温度监测系统进行对比.试验结果表明,温度监测系统的温度测量具有良好的准确性和稳定性.传感器温度响应灵敏度为10.2 pm/C,系统稳定性优于0.1℃,为电力变压器的温度实时监测提供了一种新的可靠手段.%This paper studied and investigated on the online monitoring of transformer winding temperature .designed a temperature sensor using fiber brig grating,and built a transformer winding online monitoring system on the volume phase grating and embedded microcontroller STM32. The system has features of high precision and easy composition of the sensor network. In the experiment, a second-class standard mercury thermometer was used to compare with the temperature monitoring system. The results show that the temperature monitoring system has good accuracy and stability. The s
ensitivity of the fiber temperature is 10. 2 pm/℃ ,the stability of the transformer winding online monitoring system is better than 0. 11, which provides a new and reliable means of realtime temperature monitoring of power transformers.
【期刊名称】fgf《仪表技术与传感器》生物博客
【年(卷),期】结构主义2012(000)010
【总页数】3页(P88-90)
【关键词】变压器绕组;光纤光栅;温度
【作 者】张法业;郑美松;刘思峰;曹玉强;隋青美;姜明顺
2010中秋晚会【作者单位】山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061
【正文语种】中 文
【中图分类】TP277
0 引言
电力变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，其是否安全稳定运行直接影响到供电可靠性和系统的正常运行。研究表明，变压器绕组温度，尤其是绕组热点温升问题是变压器安全、经济运行以及使用寿命的决定性因素，已经成为变压器状态监测中健康隐患和故障发展的重要表现形式［1］。因此，通过对变压器绕组热点温度进行实时监测，依据热点温度的变化实时调整变压器的负荷，避免因绕组过热导致的变压器故障，可以提高变压器安全、经济运行水平，为电网安全运行带来重要保证。
光纤Bragg光栅作为传感元件，通过检测由光纤Bragg光栅反射或透射光的中心波长的变化量实现对温度、压力、电流、磁场、振动等物理量的测量。由于光纤光栅传感具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、电绝缘性好、耐腐蚀等诸多优点［2］，将其应用在变压器绕组温度监测上，克服了传统变压器绕组温度监测易腐蚀、强磁场干扰等缺点，提高了变压器监测的实时性和准确性［3］，保证了变压器安全运行。
阿里木事迹1 变压器绕组温度检测方法中国海洋大学王萍
目前，变压器绕组温度在线监测的方法主要有传统的电类传感器测温、无线测温、红外测温以及光纤测温4种［4－5］。
传统的电类传感器测温可分为电阻式传感器测温和压力式传感器测温。其中，热电阻或者热电偶等电阻式传感器在电磁干扰和强磁环境下，其信号传输导线存在信号受干扰严重、涡流发热以及无法保证长期绝缘性等缺点，使之在变压器温度监测中存在先天不足;压力式温度传感器在测温过程中，温包中的工作介质(如气体或者液体)可能发生泄漏，从而温度测量的精度和灵敏度。
无线测温方式在实际使用过程中，前端传感器需每隔一定时间更换电池，同时，在变压器周边的强电磁环境中，其传输距离和传输数据的准确性也受到很大限制。
红外测温属于非接触式测温，这种方式的优点是温度测量的灵敏度和精度都很高，但是在温度测量过程中，该方式容易受到被测物体反射率、红外光入射角度等因素的影响，同时需要人工操作，不符合当前智能变电站的发展需求。
光纤测温具有抗干扰能力强、测温精度高、响应速度快和易于组成传感器网络的优点。因此，在变压器绕组上直接粘贴光纤温度传感器来测量绕组温度，不仅解决了传统的电类传感器、无线测温和红外测温的缺陷，而且能更加稳定可靠地检测出变压器绕组的实际温度。
2 光纤光栅变压器绕组测温系统设计
2.1 光纤光栅温度检测原理
光纤光栅是近年来应用最广泛的新型光无源器件，它是利用了光纤材料的光敏性，通过紫外光直接写入到光纤纤芯中形成反射或者透射滤波器。光纤布拉格光栅工作原理［2－5］如图1所示。
图1 光纤布拉格光栅工作原理
光纤光栅的中心波长满足如下条件:
式中:λo为光纤布拉格光栅的反射光中心波长;neff为纤芯的有效折射率;Λ为光栅的栅格周期。
由式(1)可知，当外部环境引起neff或者Λ变化时，均能引起反射光中心波长的变化。当光纤布拉格光栅感受的外部压力变化Δl并且温度变化ΔT时，引起的光纤布拉格光栅中心波长变化量为:
式中:pe为光纤的光弹系数;ξ为光纤轴向应变量;α为光纤的热膨胀系数;ξ为光纤的热光系数;ΔT为光纤温度变化量。
2.2 变压器绕组温度监测系统设计
光纤光栅变压器绕组温度监测系统［6－7］的系统结构图如图2所示。
图2 变压器绕组温度监测系统结构图
该系统主要由宽带光源、耦合器、体积相光栅(VPG)模块、InGaAs阵列探测器、驱动电路、液晶显示电路、微控制器模块以及数据传输模块组成。
系统光源选用带宽为1520～1560 nm的宽带光源，光源发出的光经3DB耦合器后，进入光纤光栅温度传感器，传感器反射光的中心波长与其所处环境温度相关。反射光经过耦合器
后，进入体积相光栅模块，将包含不同位置温度信息的波长的分散开，然后，通过一个InGaAs阵列探测器将光信号转换成模拟电压信号，该模拟电压与传感器的中心波长构成数据对。根据光线光栅波长与温度的对应关系，STM32微控制器计算出当前各点光纤光栅温度传感器的温度，将其显示到液晶显示屏上并通过数据传输电路传输给上位机，实现变压器绕组温度的实时监测。
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