CN205593885U

CN205593885U - 一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器

Info

Publication number: CN205593885U
Application number: CN201521089199.6U
Authority: CN
Inventors: 刘影; 张有润; 黄琦; 腾云龙; 王均
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2025-12-23

Abstract

一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，属于电气工程应用技术领域，目的是针对现有技术的不足而提供一种变压器内部油中颗粒杂质的在线检测器，其特点是解决目前大型电力变压器内部油中颗粒杂质状态的在线检测问题，预警颗粒杂质引发油中局部放电故障，确保大型电力变压器的安全运行。其方案为包括顺序连接的发光源、入射多芯光纤、光纤耦合探头、折射多芯光纤、光电转换单元和颗粒杂质状态显示单元。

Description

一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器

技术领域

本发明涉及一种变压器油中颗粒杂质状态检测器，属于电气工程应用。

背景技术

电力变压器在电力输配电过程中起到十分重要的作用，而变压器中的变压器油起到了绝缘、散热和消弧作用。良好的变压器油应该是清洁而透明的矿物绝缘油，不得含有颗粒杂质、沉淀物、水分及气体物质。然而，在实际运行过程中，浸泡在变压器油中的变压器线圈、铁芯和分接开关部件都会在电磁力的作用下产生振动和发热，或者当变压器内部分接开关触头间出现电弧，都会加重变压器油中颗粒杂质含量的增加，最终影响电力变压器的安全运行。特别对于超高压电力变压器和特高压电力变压器，油中颗粒杂质对其绝缘强度的影响越显突出。由于颗粒杂质悬浮在油中并会随着油的循环流动，尤其是在高压电场作用下不断运动，聚集在电场强度较高的部位，很容易形成油绝缘的薄弱环节，引起油中局部放电，使变压器油的电气绝缘性能发生劣变，甚至造成超高压电力变压器和特高压电力变压器内部绝缘击穿事故。因此，变压器油中颗粒杂质对油绝缘强度的降低有很大的影响，变压器油的电气绝缘特性劣变或老化会直接影响大型电力变压器的安全运行。

目前对变压器油的颗粒杂质状态检测通常在变压器安装及检修过程中，对变压器设备中的绝缘油取油样送检，但是采用这种方法取油样由于存在二次污染问题以及油样保管放置时间过长等因素，经常会影响油样采集标本不合格，重复多次取样过程，不仅造成人力物力浪费，而且无法解决运行中的电力变压器油中的颗粒杂质状态检测问题。对于运行中的电力变压器，可以从变压器底部阀门（含密封取样阀）取油样，油样进入采油管线和相关辅助装置组成的油液测试***，实现变压器油中颗粒杂质的在线油样采集和分析测试，这种方法虽然在某种程度上解决了运行中的电力变压器油中的颗粒杂质状态检测问题，但是仍然不可避免地存在油样采集取样的二次污染问题和采集过程繁杂问题，而且通过变压器底部阀门（含密封取样阀）取油样方式，不能实时在线检测电力变压器内部故障位置处的油中颗粒杂质状态。由于电力变压器是一种封闭的高压电力设备，结构复杂，油中颗粒杂质在高压电场作用下会聚集在电场强度较高的部位，譬如在变压器线圈首端的附近电场强度偏高会时常引发局部放电，因此在线实时检测大型电力变压器内部油中颗粒杂质状态，对确保大型电力变压器安全运行就显得十分必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种变压器内部油中颗粒杂质的在线检测器，其特点是解决目前大型电力变压器内部油中颗粒杂质状态的在线检测问题，预警颗粒杂质引发油中局部放电故障，确保大型电力变压器的安全运行。

本发明为了实现上述目的采用以下技术方案：

一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其包括顺序连接的发光源、入射多芯光纤、光纤耦合探头、折射多芯光纤、光电转换单元和颗粒杂质状态显示单元。

上述技术方案中，光纤耦合探头设置在变压器内部油中电场强度较高的部位。

上述技术方案中，光纤耦合探头由光透镜、多芯光纤和聚四氟乙烯空心圆柱体耦合构成。光纤耦合探头通过多芯光纤分别连接构成，入射多芯光纤和折射多芯光纤的前端分别粘接光透镜处理后，被对称地埋设在内半径较小的聚四氟乙烯空心圆柱体中构成光纤耦合探头。

上述技术方案中，纤耦合探头的空心圆柱体轴线与电场强度方向重合。

上述技术方案中，发光源采用二极管LED。

上述技术方案中，光电转换单元由光敏三极管和多芯光纤耦合构成或者由光敏电阻和多芯光纤耦合构成。

上述技术方案中，颗粒杂质状态显示单元由发光二极管、非门芯片和工作电源连接构成。

光纤耦合探头1是经过对两路多芯光纤的前端处理后构成，被埋设在油中电场强度较高的部位，与光纤耦合探头1耦合的入射多芯光纤的另一端与发光光源2连接，发光光源2连接工作电源5，与光纤耦合探头1耦合的折射多芯光纤的另一端与光电转换单元3连接，光电转换单元3连接颗粒杂质状态显示单元4，颗粒杂质状态显示单元4连接工作电源5。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明利用光纤的高绝缘和良好的导光特性，设计一种专门采集油中颗粒杂质状态的光纤耦合探头，将这种光纤耦合探头埋设在大型电力变压器内部油中电场强度较高的部位，聚集在光纤耦合探头内的油中颗粒杂质会改变光纤耦合探头的透光率，使连接光纤耦合探头的入射多芯光纤和折射多芯光纤的通光强度发生变化，通光强度的偏差大小表征油中颗粒杂质含量程度的多少，从而达到检测变压器油中颗粒杂质状态，实现对大型电力变压器油中颗粒杂质引发局部放电故障的预警。变压器油中颗粒杂质的在线检测器含有光纤耦合探头、发光光源、光电转换单元、颗粒杂质状态显示单元和工作电源，通过多芯光纤分别连接构成，入射多芯光纤和折射多芯光纤的前端分别粘接光透镜处理后，被对称地埋设在内半径较小的聚四氟乙烯空心圆柱体中构成光纤耦合探头。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是变压器油中颗粒杂质的在线检测器框图；

图2是光纤耦合探头结构图；

图3 变压器油中颗粒杂质的在线检测器电路原理图；

1.光纤耦合探头, 2.发光光源，3.光电转换单元,4.颗粒杂质状态显示单元,5.工作电源,6.发光二极管（LED）,7.限流电阻R₁,8.光敏三极管，9.发光二极管，10.限流电阻R₂，11.非门，12.非门，13.限流电阻R₃，14.发光二极管，15入射多芯光纤，16折射多芯光纤。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例

变压器油中颗粒杂质的在线检测器如图1、图2、图3所示，该检测器含有光纤耦合探头1、光发光光源2、光电转换单元3、颗粒杂质状态显示单元4和工作电源5，通过多芯光纤分别连接构成，入射多芯光纤15和折射多芯光纤16的前端分别粘接光透镜处理后，被对称地埋设在内半径较小的聚四氟乙烯空心圆柱体中构成光纤耦合探头1，入射多芯光纤的另一端连接发光二极管（LED）6，发光二极管（LED）6分别连接限流电阻R₁7和工作电源5，折射多芯光纤的另一端连接光敏三极管8的基极，光敏三极管8分别连接发光二极管9、限流电阻R₂10和工作电源5，光敏三极管8的发射极连接非门11，非门11连接非门12，非门12连接限流电阻R₃13和工作电源5，发光二极管14分别连接限流电阻R₃13和工作电源5。

光纤耦合探头1由光透镜、入射多芯光纤、折射多芯光纤和聚四氟乙烯空心圆柱体耦合构成。发光光源由发光二极管（LED）6作为发光光源，并与入射多芯光纤耦合构成。光电转换单元由光敏三极管8和折射多芯光纤耦合构成。

颗粒杂质状态显示单元由发光二极管9、发光二极管14、限流电阻R₂10和R₃13、非门11和非门12以及工作电源5连接构成。

本发明是这样实现的：由于电力变压器油中颗粒杂质在高压电场作用下会聚集在电场强度较高的部位，譬如在变压器线圈首端的附近，这些区域电场强度偏高时常引发局部放电故障，是事故防范的重点部位。把光纤耦合探头1埋设在变压器A相线圈首端附近的油中，并且把光纤耦合探头的空心圆柱体轴线尽量与电场强度方向重合。同理，光纤耦合探头1也可以埋设在变压器B相或C相线圈首端附近的油中。

接通5~12V直流开关电源。发光二极管（LED）6发出的光通过入射多芯光纤传到与光纤耦合探头1耦合的入射多芯光纤前端透镜上，并通过透镜射入光纤耦合探头内的变压器油中，再从变压器油中穿透射入与光纤耦合探头1耦合的折射多芯光纤的前端透镜上，然后进入折射多芯光纤内，最后通过折射多芯光纤传输到光敏三极管8的基极上，使光敏三极管8处于导通状态，控制流过发光二极管9的电流大小，控制发光二极管9的发出绿色亮光，由此指示变压器A相线圈首端附近的油中颗粒杂质含量未超标，与此同时光敏三极管8的发射极输出高电平，高电平通过非门11和非门12后输出仍为高电平，导致发光二极管14关闭，不发出亮光。当光纤耦合探头1内的油中颗粒杂质含量增加，使折射多芯光纤的通光强度减弱，同时通过折射多芯光纤传输到光敏三极管8的基极上的光强减弱，最后会导致光敏三极管8处于截止状态，光敏三极管8集电极电流为零，导致发光二极管9关闭，不发出亮光，与此同时光敏三极管8的发射极输出低电平，低电平通过非门11和非门12后输出仍为低电平，在工作电压5的作用下，发光二极管14导通，发出红色亮光，指示变压器A相线圈首端附近的油中颗粒杂质含量超标。同理，B相、C相线圈首端附近的油中颗粒杂质状态检测可以按A相技术方案实现，最终实现对大型电力变压器油中颗粒杂质引发局部放电故障的预警。

Claims

1.一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：包括顺序连接的发光源、入射多芯光纤、光纤耦合探头、折射多芯光纤、光电转换单元和颗粒杂质状态显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：光纤耦合探头设置在变压器内部油中电场强度较高的部位。

3.根据权利要求1所述的一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：光纤耦合探头包括光透镜、多芯光纤和聚四氟乙烯空心圆柱；

光透镜分别粘接在入射多芯光纤和折射多芯光纤的前端，并被对称地埋设在聚四氟乙烯空心圆柱体中。

4.根据权利要求2所述的一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：光纤耦合探头的空心圆柱体轴线与电场强度方向重合。

5.根据权利要求1所述的一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：发光源采用二极管LED。

6.根据权利要求1所述的一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：光电转换单元包括光敏电阻或者光敏三极管。

7.根据权利要求1所述的一种变压器油中颗粒杂质的在线检测器，其特征在于：颗粒杂质状态显示单元由发光二极管、非门芯片和工作电源连接构成。