包括傳感器系統(tǒng)的高壓變壓器、用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的方法以及用于監(jiān) ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種包括用于監(jiān)測(cè)物理特征參數(shù)的傳感器系統(tǒng)的高壓變壓器。尤其 是，該傳感器系統(tǒng)具有至少一個(gè)傳感器，所述傳感器包括具有傳感器頭的玻璃纖維。所述傳 感器頭載有多個(gè)布拉格光柵。該傳感器系統(tǒng)配有評(píng)估單元，該評(píng)估單元通過(guò)所述玻璃纖維 與所述至少一個(gè)傳感器頭連接。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的方法。
[0003] 本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 此外，由Helmig，C ;Peier，D的出版物：用于測(cè)量電網(wǎng)中的重要運(yùn)行特征參數(shù)的替 代技術(shù)（Alternative Technologien zur Messung wichtigerBetriebskenngroBen in Energienetzen)(電子學(xué)（Elektrie)，柏林 53 (1999) A，特別版 9/99,第 342 頁(yè)以后） 已知，將光纖布拉格光柵用于溫度測(cè)量。在此以光纖布拉格光柵表示在單模光導(dǎo)纖維的芯 結(jié)構(gòu)中的周期性布置的折射率不同的層的區(qū)域。該區(qū)域在制造時(shí)通過(guò)以波長(zhǎng)足夠短的UV 光經(jīng)由曝光蒙片來(lái)曝光纖維形成。由摻雜Ge0 2的石英玻璃制成的纖芯的光敏性允許光學(xué) 介質(zhì)的有效折射率neff在嚴(yán)格周期性布置的、以距離X B(；間隔開(kāi)的曝光點(diǎn)上變化。這詳 細(xì)描述在Bludau，W的出版物：傳感技術(shù)和光通信技術(shù)中的光導(dǎo)纖維（Lichtwellenleiter in Sensorik und optischer Nachrichtentechnik)(Springer 出版社，柏林、海德堡、紐約 (VDI - Buch)，1998)中。通過(guò)改變玻璃纖維的芯結(jié)構(gòu)影響在纖芯中的光傳播。入射的、寬 帶的光譜由于所產(chǎn)生的有效折射率的調(diào)制而在光纖布拉格光柵上經(jīng)受散射。對(duì)于在單模光 導(dǎo)纖維中被引導(dǎo)的光的特定波長(zhǎng)而言，被反射的光源再次同相并且疊加。因此光纖布拉格 光柵的作用類似于選擇波長(zhǎng)的反射鏡。
[0005] 因此，光纖布拉格光柵由于其特征幾何形狀而具有波長(zhǎng)選擇特性。僅相應(yīng)的布拉 格波長(zhǎng)被窄帶地反射。由于此特性相對(duì)于外部影響參數(shù)（如溫度或光柵的膨脹）敏感，因 此光纖布拉格光柵可用于傳感應(yīng)用、尤其是也用于溫度檢測(cè)。信號(hào)評(píng)估在此局限為非常精 確的、納米范圍內(nèi)的波長(zhǎng)探測(cè)。布拉格反射波長(zhǎng)在此直接與玻璃纖維的溫度并因此與玻璃 纖維周圍環(huán)境中的溫度、如電氣設(shè)備中的溫度有關(guān)。
[0006] 也已經(jīng)提出，在一個(gè)玻璃纖維中設(shè)置多個(gè)彼此獨(dú)立作用的光纖布拉格光柵。這之 所以可行是因?yàn)榛诓祭穹瓷洳ㄩL(zhǎng)在溫度變化時(shí)在所關(guān)注的測(cè)量范圍內(nèi)的小位移而可 以在使用寬帶光源的情況下辨別不同的布拉格光柵。因此布拉格光柵可在不同的位置上被 寫入玻璃纖維中并且因此安置于電氣設(shè)備中的不同位置上。各個(gè)布拉格光柵在此分別具有 不同的特定的布拉格反射波長(zhǎng)，由此確保將得出的溫度與電氣設(shè)備中的相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)按 規(guī)定關(guān)聯(lián)。
[0007] 可通過(guò)借助市售的光譜分析儀（如廠商惠普的HP 71450B、7125B、71452B和 86140A型號(hào)或"Burleigh"的"WA"系列的一個(gè)儀器）在溫度變化時(shí)探測(cè)相應(yīng)存在的波長(zhǎng)來(lái) 按照測(cè)量技術(shù)檢測(cè)反射波長(zhǎng)與玻璃纖維溫度的線性關(guān)系。在光纖溫度測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用的 缺點(diǎn)在于與波長(zhǎng)探測(cè)方法和相應(yīng)儀器有關(guān)的、用于測(cè)量?jī)x器的高投資成本以及儀器的與此 密切有關(guān)的超尺寸裝備，這對(duì)于在此所描述的波長(zhǎng)探測(cè)是不必要的。
[0008] DE19821616 A1也已經(jīng)公開(kāi)一種用于確定溫度和光纖的膨脹的裝置，該裝置包括 寬帶光源、用于將光源的光耦入到具有一個(gè)或多個(gè)光纖布拉格光柵的光纖中的且用于將反 射到光纖布拉格光柵上的光耦出到另一玻璃纖維中的光纖耦合器以及用于評(píng)估耦入到第 二玻璃纖維中的光信號(hào)的評(píng)估裝置。在此與第二玻璃纖維連接的評(píng)估裝置本身包括干涉儀 裝置，該干涉儀裝置包括一個(gè)光學(xué)輸入端、兩個(gè)用于將光分成兩個(gè)光路的光分路器、用于產(chǎn) 生兩個(gè)具有不同光程長(zhǎng)度的干涉儀臂的器件以及在干涉儀臂之一上的至少一個(gè)相位調(diào)制 器。因此，該干涉儀裝置提供兩個(gè)光學(xué)輸出端，其在下游的光譜分析儀中作為在那里入射的 光束分別經(jīng)受光譜分解并且隨后被引導(dǎo)到兩個(gè)分開(kāi)的接收器裝置。這種已知的、同樣需要 專門的光譜分析儀的裝置也很昂貴、復(fù)雜并且對(duì)于在借助布拉格光柵檢測(cè)溫度時(shí)的純波長(zhǎng) 探測(cè)而言實(shí)際上尺寸過(guò)大。
[0009] 另外，EP 1178295 A1公開(kāi)了一種用于在借助玻璃纖維檢測(cè)溫度時(shí)探測(cè)波長(zhǎng)的方 法和裝置。該裝置在此包括第一玻璃纖維，其具有一個(gè)寫入的布拉格光柵。傳感器（尤其 是具有布拉格光柵的測(cè)量點(diǎn)）設(shè)置在運(yùn)行設(shè)備上，該運(yùn)行設(shè)備的溫度應(yīng)被確定。另外，該裝 置包括第二玻璃纖維，在該第二玻璃纖維中也寫入一個(gè)布拉格光柵。該第二玻璃纖維連接 光源與光探測(cè)器。兩個(gè)玻璃纖維通過(guò)光耦合器彼此連接。在測(cè)量溫度時(shí)，兩個(gè)布拉格光柵 的特定波長(zhǎng)在光耦合器中相互干涉。由于第一布拉格光柵的波長(zhǎng)基于溫度變化而變化，在 共同干涉時(shí)一部分波長(zhǎng)被反射。未反射的部分通過(guò)第二玻璃纖維傳遞到光探測(cè)器上。于是 借助反射的部分得到溫度變化。
[0010] 由現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置的特別大的缺點(diǎn)在于測(cè)量的不準(zhǔn)確性。由于傳感器僅具有 一個(gè)測(cè)量點(diǎn)并且用于確定高壓變壓器的繞組溫度，所以需要將傳感器盡可能準(zhǔn)確地固定在 一個(gè)繞組上。這之所以不容易是因?yàn)樽儔浩鞯你~導(dǎo)線大多包有浸油的紙并被絕緣油包圍。 傳感器的定位在制造變壓器時(shí)、即在卷繞線圈時(shí)進(jìn)行。在此常常出現(xiàn)傳感器滑動(dòng)并且因此 失去與繞組的接觸的情況，從而測(cè)量的是絕緣油的溫度而不是繞組的溫度。繞組的實(shí)際溫 度可比周圍絕緣油的溫度高直至15開(kāi)爾文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種包括用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的傳感器 系統(tǒng)的高壓變壓器，該高壓變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠可靠且準(zhǔn)確地測(cè)量物理特征參數(shù)。
[0012] 該任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求1特征的、包括傳感器系統(tǒng)的高壓變壓器來(lái)解決。 相應(yīng)的從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明其它有利的擴(kuò)展方案。
[0013] 本發(fā)明的另一任務(wù)在于提供一種用于借助傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特 征參數(shù)的方法，借助該方法能夠簡(jiǎn)單、可靠且準(zhǔn)確地確定物理特征參數(shù)的測(cè)量值。
[0014] 該任務(wù)提供一種具有權(quán)利要求8特征的、用于借助傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)高壓變壓器的 物理特征參數(shù)的方法來(lái)解決。相應(yīng)的從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明其它有利的擴(kuò)展方案。
[0015] 本發(fā)明的附加任務(wù)在于提供一種用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的傳感器 系統(tǒng)，借助該傳感器系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單、可靠且準(zhǔn)確地確定高壓變壓器的物理特征參數(shù)的測(cè)量 值。
[0016] 該任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求10特征的、用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù) 的傳感器系統(tǒng)來(lái)解決。
[0017] 本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，傳感器系統(tǒng)的傳感器借助間隔墊片設(shè)置在高壓變壓器的 相繼的繞組之間。另外，應(yīng)借助在傳感器頭中的多個(gè)布拉格光柵來(lái)確保至少一個(gè)所述布拉 格光柵得到實(shí)際的物理特征參數(shù)、如溫度或壓緊力。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的高壓變壓器裝有用于監(jiān)測(cè)物理特征參數(shù)的傳感器系統(tǒng)。所述傳感器 系統(tǒng)具有至少一個(gè)傳感器，所述傳感器包括具有傳感器頭的玻璃纖維。所述傳感器頭具有 多個(gè)布拉格光柵以便確定溫度和壓緊力。這些布拉格光柵借助公知方法引入玻璃纖維的傳 感器頭中。向玻璃纖維中并因此向傳感器頭中饋入預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)光譜。傳感器系統(tǒng)配有評(píng)估 單元，該評(píng)估單元通過(guò)玻璃纖維與所述至少一個(gè)傳感器頭連接并且接收及評(píng)估由布拉格光 柵返回的光。為了準(zhǔn)確和可再現(xiàn)的測(cè)量，所述至少一個(gè)傳感器與載體機(jī)械地固定連接。該 載體與傳感器一起設(shè)置在高壓變壓器的兩個(gè)相繼的繞組之間并且被夾緊在所述繞組之間。
[0019] 每個(gè)傳感器頭包括具有第一特征布拉格波長(zhǎng)X i的第一布拉格光柵、具有第二特 征布拉格波長(zhǎng)入2的第二布拉格光柵和具有第三特征布拉格波長(zhǎng)X 3的第三布拉格光柵。 在各個(gè)傳感器頭中，布拉格光柵以規(guī)定的距離彼此間隔開(kāi)地設(shè)置。優(yōu)選地，所述距離在大于 5mm并且小于100mm的范圍中。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的、用于監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的傳感器系統(tǒng)的特征在于， 所述傳感器系統(tǒng)包括四個(gè)分別具有傳感器頭的傳感器。每個(gè)傳感器頭具有多個(gè)布拉格光 柵。評(píng)估單元分別通過(guò)玻璃纖維與所述四個(gè)傳感器中的每個(gè)傳感器連接。每個(gè)傳感器與載 體機(jī)械連接，每個(gè)載體設(shè)置在高壓變壓器的不同的相繼的繞組之間。
[0021] 根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述傳感器系統(tǒng)包括四個(gè)傳感器，所述四個(gè)傳感器分別 通過(guò)自身的玻璃纖維與評(píng)估單元連接。所述四個(gè)傳感器在四個(gè)不同位置上設(shè)置在高壓變壓 器中的兩個(gè)相繼的繞組之間。
[0022] 待測(cè)量的物理特征參數(shù)是高壓變壓器的兩個(gè)相繼的繞組的溫度和/或兩個(gè)相繼 的繞組的壓緊力。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的、用于借助傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)高壓變壓器的物理特征參數(shù)的方法包括 下述步驟：
[0024] 一向與傳感器的傳感器頭連接的玻璃纖維中射入具有規(guī)定的波長(zhǎng)光譜的光；
[0025] 一確定在所述至少一個(gè)傳感器的傳感器頭中的每個(gè)布拉格光柵的波長(zhǎng)光譜的位 移并且為每個(gè)布拉格光柵分別分配一個(gè)測(cè)量值；
[0026] 一比較各測(cè)量值并且得到最大測(cè)量值；
[0027] 一借助最大測(cè)量值導(dǎo)出高壓變壓器的兩個(gè)相繼的繞組的溫度；
[0028] -借助最大測(cè)量值確定相應(yīng)布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)A
[0029] -將該布拉格波長(zhǎng)Xmax與用作標(biāo)準(zhǔn)值的、未受機(jī)械負(fù)荷的布拉格波長(zhǎng)X 進(jìn) 行比較；并且
[0030] 一借助該布拉格波長(zhǎng)人_與未受機(jī)械負(fù)荷的布拉格波長(zhǎng)A 之間的差導(dǎo)出壓 緊力（K)。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 下面參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)。附圖中的尺寸比例并不總是對(duì)應(yīng)于真實(shí) 的尺寸比例，因?yàn)橐恍┬螤畋缓?jiǎn)化并且另一些形狀為清楚起見(jiàn)相對(duì)于其它元件被放大地示 出。附圖如下：
[0032] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的、具有傳感器系統(tǒng)的高壓變壓器的局部圖；
[0033] 圖2為包括具有四個(gè)傳感器的傳感器系統(tǒng)的本發(fā)明的高壓變壓器；并且
[0034] 圖3為用于確定物理特征參數(shù)、如溫度和/或壓緊力的方法流程。
[0035] 本發(fā)明的相同或作用相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記。另外為清楚起見(jiàn)，僅在各 附圖中示出說(shuō)明相應(yīng)附圖所需