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基于光纖光柵傳感的變壓器繞組溫度檢測系統(tǒng)

作者: 時間:2013-04-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:傳統(tǒng)溫度傳感器受到周圍環(huán)境因素的影響很大,系統(tǒng)采用抗干擾能力強(qiáng)并且對溫度極其靈敏的傳感器。利用光信號的測量和傳輸,再解調(diào)成溫度信號。分析了傳感器的原理和系統(tǒng)構(gòu)成,介紹了軟件和硬件的實(shí)現(xiàn)。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了系統(tǒng)具有較高的測量精度,可滿足繞組高精度溫度測量要求。
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0 引言
在電力系統(tǒng)中,溫度過高是導(dǎo)致火災(zāi)產(chǎn)生的重要原因。電力作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備,其繞組溫度的高低直接影響變壓器的絕緣性和老化率,進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。正常情況下,熱點(diǎn)溫度的常用基準(zhǔn)值為98℃,老化率與溫度之間的關(guān)系是在基準(zhǔn)溫度上,每上升6℃老化率增加一倍,每下降6℃壽命可延長一倍。熱點(diǎn)溫度如果超過允許值,不僅會影響變壓器的使用壽命,還會影響變壓器的運(yùn)行安全。因此,對變壓器繞組溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,通過監(jiān)測溫度進(jìn)行預(yù)警并采取有效措施,則可以減少相應(yīng)的事故發(fā)生。
目前,傳統(tǒng)的變壓器繞組溫度的監(jiān)測方法是電信號測量和紅外測量?;陔娦盘柕臏y溫系統(tǒng)如熱電偶、電阻溫度計等,這類電信號的傳感器容易受到電磁場的干擾,測量效果不好。紅外測溫實(shí)際上屬于非接觸測溫,雖然此方法靈敏度和準(zhǔn)確度都很高,但是卻很容易受到周圍環(huán)境和電磁場的干擾,而且需要人工操作,無法實(shí)現(xiàn)無人在線監(jiān)測。另外,紅外測溫儀無法安裝到變壓器內(nèi)部,只能測量變壓器表面的溫度,誤差較大。光纖測溫系統(tǒng)是最近幾年應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的令人滿意的測溫方法,由于光纖傳感器本身防爆、絕緣、抗電磁干擾、質(zhì)量輕、體積小,具有良好的可操作性和埋人性;時域變換性好,易于多點(diǎn)分布測量,并可單線多路復(fù)用,構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)和陣列,便于波分時分復(fù)用及分布式傳感。

1 光纖光柵傳感器的工作原理
光纖光柵是在光纖纖芯內(nèi)折射率呈周期性調(diào)制的一種無源器件。其反射或透射峰的波長與光柵的折射率調(diào)制周期以及纖芯折射率有關(guān)。而外界溫度或應(yīng)變的變化會影響光纖光柵的折射率和纖芯折射率,從而引起光纖光柵的反射或透射峰波長的變化。光纖布拉格光柵是一種最簡單、最普通的光纖光柵,其折射率調(diào)制深度和光柵周期一般都是常數(shù)。當(dāng)入射光譜經(jīng)過FBG時,滿足Bragg條件的波長λB的單色光被反射回入射端,其余光透射。原理圖如圖1所示。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/159392.htm

a.JPG


由耦合模理論分析可知,F(xiàn)BG反射光中心波長λB可表示為:
λB=2neffΛ (1)
式中:Λ為光柵的周期;neff為有效折射率。由式(1)可以看出,光纖Bragg光柵的中心波長λB由光柵的周期Λ和有效折射率neft決定,而Λ和neff又受溫度和應(yīng)變的影響,因此,溫度和應(yīng)變的變化可以通過Bragg波長λB間接地反映出來。將式(1)微分可得Bragg中心波長的位移量:
f.JPG
式中KT為溫度靈敏度。由式(3)可知光纖光柵的波長的偏移量與溫度變化呈線性關(guān)系,因此只要測出布拉格光柵波長的偏移量就可以測得溫度的改變量。

2 光纖光柵測溫系統(tǒng)的建立
光纖光柵調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)原理圖如圖2所示。使用ASE光源(Amplification of Spontaneous Emission),經(jīng)過FFP(Fiber Fabry-Perot)可調(diào)諧光濾波器后,成為窄帶掃描光,經(jīng)光纖光柵傳感器反射后,由光電管PD(Photo Detector)探測出一系列光功率信號,通過軟件處理和與標(biāo)準(zhǔn)波長的比較,解調(diào)出不同光柵傳感器的中心波長,從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)物理量的測量。本解調(diào)器有8個光學(xué)信道(Optic Channels),ASE光源將光功率平均分給8個信道,每個信道可以接入一串不重復(fù)波長的光纖光柵傳感串;信道與信道之間波長可以重復(fù),測量時傳感器不會相互影響。

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光纖測溫系統(tǒng)可分為三個部分,即傳感器部分、調(diào)制解調(diào)部分、數(shù)據(jù)的處理部分。

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