專利名稱：基于光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
基于光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)技術領域
本發(fā)明屬于一種在線監(jiān)測系統(tǒng)技術領域，尤其是涉及一種基于光纖布拉格光柵傳 感器變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)。
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(jiān)測并分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)變壓器內部存在的潛伏性故障，并 隨時掌握故障的發(fā)展變化情況。但是傳統(tǒng)的監(jiān)測方法每次監(jiān)測都需通過采樣、油氣分離、組 分監(jiān)測、數(shù)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(jiān)測結果不準確。這 項監(jiān)測技術屬于一種離線監(jiān)測方法，整個監(jiān)測過程繁瑣復雜，實驗時間長，運行人員難以及 時掌握變壓器的運行狀況?？紤]到離線監(jiān)測技術的缺點，陸續(xù)出現(xiàn)了一系列的油色譜在線 監(jiān)測系統(tǒng)。
目前現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)只能監(jiān)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(shù)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 于早期預警；對于采用半導體或是熱導監(jiān)測方法的監(jiān)測系統(tǒng)，其對氣體的選擇性和監(jiān)測靈 敏度不高；而利用色譜分離方法的監(jiān)測系統(tǒng)，由于色譜柱的穩(wěn)定性不高，監(jiān)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，使得采用色譜分離方 法進行監(jiān)測的維護費用增加。據研究發(fā)現(xiàn)，目前在航空領域中已有采用基于布拉格光纖布 拉格光柵監(jiān)測氫氣濃度的傳感器，但是其最低監(jiān)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(xiàn)有系統(tǒng)還具有下列共有缺點(1)現(xiàn)有在線監(jiān)測方法都需要通 過油氣分離單元將故障氣體分離出來，然后再進行監(jiān)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(tǒng)的維修成本提高并且增加了系統(tǒng)運行 的不安全性，一般膜的壽命大概為1 2年左右；( 現(xiàn)有系統(tǒng)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(qū)域內極易受到電磁干擾的影響。發(fā)明內容
針對上述技術背景中現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)只能用于早期預警、氣體選擇性和監(jiān)測靈 敏度不高、需要載氣或色譜柱易耗物品等缺點，本發(fā)明提出了一種基于光纖布拉格光柵傳 感器變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術方案是，基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征是所述系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)測 中心連接；所述氣體傳感器陣列由多根用于吸收氣體的光纖布拉格光柵組成；所述光纖布 拉格光柵涂覆了第一金屬(1)，且在第一金屬(1)上涂覆了第二金屬O)。
所述第一金屬(1)為金。
所述第二金屬( 為吸收氣體后體積發(fā)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于變壓器油、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(jiān)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(jiān)測中心包括裝有專家系統(tǒng)的監(jiān)控電腦，當發(fā)現(xiàn)氣體濃度超出設 定值時，監(jiān)控電腦發(fā)出警報并按照設定規(guī)則診斷出變壓器故障類型。
采取上述技術方案，所開發(fā)的光纖布拉格光柵變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)有以下優(yōu) 點(1)能夠直接置于油中、置于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，抗電磁干擾，利于長期監(jiān)測；(2)測量得到的應變通過波長編碼實現(xiàn)，光纖 布拉格光柵氣體監(jiān)測系統(tǒng)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(tài)的 變化等因素的影響；C3)測量靈敏度好、分辨率高；(4)采用多方位測量技術，可以使用一套 解調系統(tǒng)對變壓器各個部位的產氣情況同時進行監(jiān)測，大大降低了系統(tǒng)成本。(5)由于光纖 布拉格光柵傳感器是按照分別對每種特征氣體敏感進行制作的，解決了氣體間的交叉敏感 問題，氣體的選擇性高；(6)由于傳感器可以直接置于變壓器中進行監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)。
具體實施方式
下面結合附圖，對優(yōu)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(fā)明的范圍及其應用。
1.光纖布拉格光柵表面金屬鍍膜
圖1中，由于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(qū)段包裹起來，本 實例采用金屬金。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后的柵區(qū)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
由于目前對變壓器故障時產生氣體的發(fā)展過程尚不明確，應將傳感器安裝于變壓 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(jiān)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(tǒng)的監(jiān)測用計算機相連。
5.實時監(jiān)測變壓器中故障氣體
系統(tǒng)正常運行，將監(jiān)測到的氣體濃度變化情況通過專家系統(tǒng)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后發(fā)生形變， 使得光纖布拉格光柵中光的波長發(fā)生變化，光纖解調儀收到波長變化信號后，將信息傳入 故障監(jiān)測中心，當故障監(jiān)測中心發(fā)現(xiàn)氣體濃度超出設定值時，監(jiān)控電腦發(fā)出警報并按照設 定規(guī)則診斷出變壓器的故障類型。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍 為準。
權利要求
1.基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)測中心連接；所述氣體傳感器陣列由多根用于吸收氣體的光纖布拉格光柵組成；所述光纖布拉格光柵涂覆了第一金屬(1)，且在第一金屬(1)上涂覆了第二金屬O)。
2.根據權利要求1所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征是所述第一金屬(1)為金。
3.根據權利要求1所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征是所述第二金屬( 為吸收氣體后體積發(fā)生膨脹的金屬。
4.根據權利要求3所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征是所述第二金屬( 為五鎳化鑭。
5.根據權利要求1所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征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所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征是所述氣體傳感器陣列應置于變壓器油、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所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征是所述光纖布拉格光柵解調器用以實時監(jiān)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所述基于光纖布拉格光柵傳感器的變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征是所述變壓器故障監(jiān)測中心包括裝有專家系統(tǒng)的監(jiān)控電腦，當發(fā)現(xiàn)氣體濃度超出設定值 時，監(jiān)控電腦發(fā)出警報并按照設定規(guī)則診斷出變壓器故障類型。
全文摘要
本發(fā)明公開了在線監(jiān)測系統(tǒng)技術領域中的一種基于光纖布拉格光柵傳感器變壓器故障氣體監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(jiān)測中心等組成部分。該系統(tǒng)采用光纖布拉格光柵傳感器，其抗電磁干擾強，利于長期應用于電磁環(huán)境極其惡劣的環(huán)境中；測量靈敏度高、分辨率高可對變壓器各個部位同時進行在線監(jiān)測，大大降低了系統(tǒng)維護成本；解決了傳統(tǒng)故障監(jiān)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(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者李成榕, 羅穎婷, 馬國明 申請人:華北電力大學