基于光纖光柵傳感的變壓器繞組溫度檢測系統

摘 要： 傳統溫度傳感器受到周圍環境因素的影響很大，系統采用抗干擾能力強并且對溫度極其靈敏的光纖光柵傳感器。利用光信號的測量和傳輸，再解調成溫度信號。分析了光纖光柵傳感器的原理和系統構成，介紹了軟件和硬件的實現。最后的實驗結果證明了系統具有較高的測量精度，可滿足變壓器繞組高精度溫度測量要求。

關鍵詞： 變壓器； 光纖光柵； 溫度監測； 繞組測溫

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）03?0168?03

0 引 言

在電力系統中，溫度過高是導致火災產生的重要原因。電力變壓器作為現代電力系統中的重要設備，其繞組溫度的高低直接影響變壓器的絕緣性和老化率，進而影響電力系統的運行安全。正常情況下，熱點溫度的常用基準值為98 ℃，老化率與溫度之間的關系是在基準溫度上，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行安全。因此，對變壓器繞組溫度進行實時監測，通過監測溫度進行預警并采取有效措施，則可以減少相應的事故發生。

目前，傳統的變壓器繞組溫度的監測方法是電信號測量和紅外測量[1]。基于電信號的測溫系統如熱電偶、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。紅外測溫實際上屬于非接觸測溫，雖然此方法靈敏度和準確度都很高，但是卻很容易受到周圍環境和電磁場的干擾，而且需要人工操作，無法實現無人在線監測。另外，紅外測溫儀無法安裝到變壓器內部，只能測量變壓器表面的溫度，誤差較大。光纖測溫系統是最近幾年應用在電力系統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、質量輕、體積小，具有良好的可操作性和埋入性；時域變換性好，易于多點分布測量，并可單線多路復用，構成傳感網絡和陣列，便于波分時分復用[2?5]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折射率呈周期性調制的一種無源器件。其反射或透射峰的波長與光柵的折射率調制周期以及纖芯折射率有關。而外界溫度或應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[6?7]。光纖布拉格光柵是一種最簡單、最普通的光纖光柵，其折射率調制深度和光柵周期一般都是常數。當入射光譜經過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。