本申请涉及电气设备在线监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统。
背景技术：
电力变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，它的安全、稳定运行直接影响着电源的可靠性和系统的正常运行。研究表明，变压器热点温升时变压器安全、经济运行和使用寿命的决定性因素，已成为变压器状态监测中健康危害和故障发展的重要体现。因此，通过对变压器热点温度的实时监控，根据热点温度的变化，可以实时调整变压器的负载，避免因过热而引起的变压器故障，从而可以提高变压器的工作效率。变压器的安全经济运行水平，为电网的安全运行带来重要保证。
目前变压器温度在线监测的方法主要有：1)传统的电传感器温度测量，传统的电传感器温度测量可分为电阻传感器温度测量和压力传感器温度测量。但是，在电磁干扰和强磁环境下，热敏电阻或热电偶等电阻传感器的信号传输线存在严重的信号干扰、涡流加热，不能保证长期绝缘凳缺点；在压力式温度传感器的温度测量过程中，温度袋中的工作介质(例如气体或液体)会发生泄漏，因此难以保证温度测量的准确性和敏感性。
2)无线温度测量，在无线温度测量的实际使用中，前端传感器需要每隔一定时间更换一次电池，同时，在变压器周围强烈的电磁环境下，其传输距离和传输数据的准确性也受到限制。
3)红外温度测量，红外测温属于非接触式测温，这种方法的优点是温度测量的灵敏度和准确性很高，但是，在温度测量过程中，该方法容易受到被测物体的反射率、红外光的入射角等因素的影响，同时，它需要人工操作，不能满足当前智能变电站的发展需求。
技术实现要素：
本申请提供了一种基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，以解决目前传统变压器绕组温度监测易腐蚀、强磁场干扰、易损坏等的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请实施例公开了一种基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，包括脉冲激光器、光纤耦合器、光纤光栅温度传感模块与解调显示装置，其中，
所述脉冲激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的第一输出端与所述光纤光栅温度传感模块连接；
所述解调显示装置包括体积相光栅模块、阵列探测器、控制器与显示模块，所述光纤耦合器的第二输出端与所述体积相光栅模块的输入端连接，所述体积相光栅模块的多个输出端分别与阵列探测器的输入端连接，所述阵列探测器的输出端与所述控制器输入端连接，所述控制器的输出端与所述显示模块连接。
可选的，所述光纤光栅温度传感模块包括多个光纤光栅温度传感器，多个所述光纤光栅温度传感器分别置于变压器油中不同位置处。
可选的，所述解调显示装置还包括驱动电路，所述驱动电路的输入端与所述控制器连接，所述驱动电路的输出端与所述阵列探测器连接。
可选的，所述解调显示装置还包括数据传输模块与上位机，所述数据传输模块的输入端与所述控制器连接，所述数据传输模块的输出端与所述上位机连接。
可选的，所述脉冲激光器为带宽为1550nm的宽带光源。
可选的，所述光纤耦合器为3db的光纤耦合器。
可选的，所述光纤光栅温度传感器为砷化镓光纤光栅温度传感器。
可选的，所述阵列探测器为ingaas阵列探测器，其响应波段为900-1700nm。
可选的，所述阵列探测器采用lcc或kovar气密封装。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请实施例提供的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统包括脉冲激光器、光纤耦合器、光纤光栅温度传感模块与解调显示装置，其中，脉冲激光器的输出端与光纤耦合器的输入端连接，光纤耦合器的第一输出端与光纤光栅温度传感模块连接；解调显示装置包括体积相光栅模块、阵列探测器、控制器与显示模块，光纤耦合器的第二输出端与体积相光栅模块的输入端连接，体积相光栅模块的多个输出端分别与阵列探测器的输入端连接，阵列探测器的输出端与控制器输入端连接，控制器的输出端与显示模块连接。本申请充分利用光纤光栅的耐腐蚀、测量速度快、抗电磁干扰、反应灵敏等特点，能够实现对变压器绕组温度的精确测量，满足变压器油等温度参数的在线检测的要求，提高变压器监测的实时性和准确性，确保变压器的安全运行。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统的结构图；
图2为光纤光栅温度检测原理图；
图3为本申请实施例提供的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统的实例示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，该系统利用光纤光栅传感器作为一类依托光信号传输的无源器件，是一种可以提高变压器稳定运行的非电量系统。
如图1所示，本申请实施例提供的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统包括脉冲激光器100、光纤耦合器200、光纤光栅温度传感模块300与解调显示装置400，其中，
脉冲激光器100的输出端与光纤耦合器200的输入端连接，光纤耦合器200的第一输出端与光纤光栅温度传感模块300连接，光纤光栅温度传感模块300包括多个光纤光栅温度传感器，各个光纤光栅温度传感器分别置于变压器油的不同位置处。即脉冲激光器100发射的光经由光纤耦合器200进入各个光纤光栅温度传感器中，通过光纤光栅温度传感器获取变压器油不同位置处的温度情况。
可选的，脉冲激光器100选用带宽为1550nm的宽带光源，频率为50khz，脉宽为9ns。光纤耦合器200为3db的光线耦合器。光纤光栅温度传感器采用砷化镓光纤光栅温度传感器，不受emi(electromagneticinterference，电磁干扰)干扰，采用特种62.5微米石英光纤，测温范围为-40℃～200℃，完全覆盖变压器工作及故障时变压器油温的波动范围。
如图2所示，光纤光栅是近年来应用最广泛的新型光无源器件，它是利用率光纤材料的光敏性，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。
光纤光栅的中心波长满足如下条件：
λ0＝2neffλ(1)
式(1)中，λ0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λ变化时，均能引起反射光中心波长λ0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(2)中，pe为光纤的光弹系数；ε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。
由式(2)可知，光纤光栅温度传感器中反射光的中心波长与其所处的变压器中特定位置处的温度相关。
解调显示装置400包括体积相光栅模块401、阵列探测器402、控制器403与显示模块404，光纤耦合器200的第二输出端与体积相光栅模块401的输入端连接，体积相光栅模块401的多个输出端分别与阵列探测器的输入端连接，阵列探测器的输出端与控制器403的输入端连接，控制器403的输出端与显示模块404连接。可选的，阵列探测器402为ingaas阵列探测器，响应波段为900-1700nm，640×512分辨率，lcc或kovar气密封装。
光纤光栅温度传感模块300的反射光经光纤耦合器200后，进入体积相光栅模块(vpg)401，体积相光栅模块401将包含不同变压器位置温度信息的波长分散开，以分别对变压器不同位置处的温度信息的波长进行计算处理。体积相光栅模块401输出变压器不同位置处的温度信息的波长后，通过一个阵列探测器402将光信号转换成电压信号，该模拟电压与光纤光栅温度传感器中反射光的中心波长构成数据对；将模拟电压与中心波长构成的数据对输出至控制器403，控制器根据光纤光栅波长与温度的对应关系计算出当前各点光纤光栅温度传感器的温度(即变压器中各个特定位置处的油温)；控制器403计算得到各点光纤光栅温度传感器的温度后，将各个温度输出至显示模块404上，实现变压器油温的实时显示。可选的，控制器403选用stm32f103控制器，arm32位cortex-m3cpu，最高工作频率为72mhz。
本示例中，解调显示装置400还包括驱动电路405，驱动电路405的输入端与控制器403连接，驱动电路405的输出端与阵列探测器402连接。也就是说，控制器403控制驱动电路405工作，驱动电路405驱动阵列探测器402将光信号转换成电压信号。
本示例中，解调显示装置400还包括数据传输模块406与上位机407，数据传输模块406的输入端与控制器403连接，数据传输模块406的输出端与上位机407连接。控制器403计算得到各点光纤光栅温度传感器的温度后，将其显示到显示模块404上，同时通过数据传输模块406将其传输给上位机407，实现变压器温度的实时监测。
如图3所示，以实际监测变压器油温度进行说明：
带宽为1550nm的脉冲激光器发出的光经3db的光纤耦合器后，进入置于变压器油中的砷化镓光纤光栅温度传感器，传感器反射光的中心波长与其所处的变压器油的温度相关；反射光经过光纤耦合器后，进入体积相光栅模块，体积相光栅模块将包含不同位置温度信息的波长分散开，然后通过ingaas阵列探测器将光信号转换成模拟电压信号，该模拟电压与光纤光栅温度传感器中反射光的中心波长构成数据对；根据光纤光栅波长与温度的对应关系，stm32f103控制器计算出当前各点光纤光栅温度传感器的温度(即变压器中各个特定位置处的油温)，将其显示到显示模块上，同时通过数据传输模块将其传输给上位机，实现变压器温度的实时监测。
本申请实施例提供的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统充分利用了光纤光栅的特点，实现了对变压器绕组温度的精确测量，光纤光栅可以通过检测反射或透射光的中心波长的变化来测量温度、压力、电流、磁场、振动和其他物理量，且由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、电绝缘性好、耐腐蚀等优点，因此在变压器温度监测中的应用克服了传统变压器绕组温度监测易腐蚀、强磁场干扰、易损坏等缺点，可以用于复杂多变的环境中，测量精度高、可连续测量，解决了传统的电类传感器、无线测温和红外测温的缺陷，提高了变压器温度监测的实时性和准确性，确保了变压器的安全运行。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
1.一种基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，包括脉冲激光器、光纤耦合器、光纤光栅温度传感模块与解调显示装置，其中，
所述脉冲激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的第一输出端与所述光纤光栅温度传感模块连接；
所述解调显示装置包括体积相光栅模块、阵列探测器、控制器与显示模块，所述光纤耦合器的第二输出端与所述体积相光栅模块的输入端连接，所述体积相光栅模块的多个输出端分别与阵列探测器的输入端连接，所述阵列探测器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述显示模块连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述光纤光栅温度传感模块包括多个光纤光栅温度传感器，多个所述光纤光栅温度传感器分别置于变压器油中不同位置处。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述解调显示装置还包括驱动电路，所述驱动电路的输入端与所述控制器连接，所述驱动电路的输出端与所述阵列探测器连接。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述解调显示装置还包括数据传输模块与上位机，所述数据传输模块的输入端与所述控制器连接，所述数据传输模块的输出端与所述上位机连接。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述脉冲激光器为带宽为1550nm的宽带光源。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述光纤耦合器为3db的光纤耦合器。
7.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器为砷化镓光纤光栅温度传感器。
8.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述阵列探测器为ingaas阵列探测器，其响应波段为900-1700nm。
9.根据权利要求8所述的基于光纤光栅的电力变压器油温度监测系统，其特征在于，所述阵列探测器采用lcc或kovar气密封装。
技术总结