一種基于傳像導(dǎo)引的飛秒全光纖拉曼電力變壓器測(cè)溫方法
【專利摘要】一種基于傳像導(dǎo)引的飛秒全光纖拉曼電力變壓器測(cè)溫方法，本發(fā)明采用的探測(cè)系統(tǒng)由光纖子系統(tǒng)及伺服子系統(tǒng)組成。光纖子系統(tǒng)由飛秒全光纖拉曼激光器、紅外光纖傳像束、CARS光纖束組成。紅外光纖傳像束負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像，根據(jù)紅外圖像分析確定重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由伺服子系統(tǒng)帶動(dòng)CARS光纖束轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，使激光聚焦點(diǎn)與重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)重合。由CARS信號(hào)采集光纖采集重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)CARS光強(qiáng)信號(hào)。然后根據(jù)CARS光強(qiáng)與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到該高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)。本發(fā)明采用了全光纖傳像、光譜分析與聚焦伺服掃描的綜合，可實(shí)現(xiàn)靈活準(zhǔn)確的變壓器內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)。
【專利說明】一種基于傳像導(dǎo)引的飛秒全光纖拉曼電力變壓器測(cè)溫方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)變壓器內(nèi)部的測(cè)溫方法。具體來說，屬于激光光譜溫度傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]

【背景技術(shù)】
隨著電網(wǎng)的規(guī)模增大，電力系統(tǒng)的變壓器單機(jī)容量也不斷增大。其運(yùn)行情況對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)影響很大，因此需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)以確保工作穩(wěn)定安全。在監(jiān)測(cè)變壓器工作情況時(shí)，變壓器內(nèi)部溫度，尤其是繞組熱點(diǎn)溫度是反映變壓器正常運(yùn)行及決定其使用壽命的一個(gè)重要參數(shù)，很多故障可通過這個(gè)參數(shù)反映出來，因此對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要的意義。
[0003]目前，常用的變壓器繞組測(cè)溫方法有復(fù)合式測(cè)溫、半導(dǎo)體測(cè)溫及分布式光纖測(cè)溫方法。復(fù)合式測(cè)溫采用壓力式溫度計(jì)或熱敏電阻檢測(cè)變壓器油箱不同層的不同點(diǎn)溫，由于油溫的變化滯后于繞組溫度的變化，因此實(shí)時(shí)性及精度都較差。半導(dǎo)體測(cè)溫采用砷化鎵等半導(dǎo)體材料作為感溫器件，其光譜吸收特性隨溫度而改變，該技術(shù)受光源波動(dòng)影響很大，精度較低。分布式光纖溫度傳感成本較高，鋪設(shè)安裝調(diào)試較為復(fù)雜，受實(shí)際安裝條件所限。由于實(shí)際的變壓器內(nèi)部空間及情況各異，該技術(shù)較難大規(guī)模推廣。
[0004]為解決常用變壓器多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)的問題，本發(fā)明提出一種基于全光纖傳像、光譜分析與聚焦伺服掃描綜合的變壓器內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于全光纖傳像、光譜分析與聚焦伺服掃描的綜合的變壓器內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實(shí)現(xiàn)的:
一種測(cè)量變壓器溫度的激光探測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括:
飛秒全光纖拉曼激光器，用于發(fā)出脈沖CARS激光，所述激光中包含時(shí)域重合且同軸的飛秒級(jí)泵浦光與斯托克斯光；
紅外光纖傳像束，用于實(shí)時(shí)采集重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像；
CARS光纖束，CARS光纖束包括CARS激光傳輸光纖及CARS信號(hào)采集光纖；所述CARS激光傳輸光纖用于傳輸脈沖CARS激光；所述CARS信號(hào)米集光纖用于米集重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)CARS光強(qiáng)信號(hào)；
計(jì)算機(jī)，用于控制飛秒全光纖拉曼激光器發(fā)出脈沖CARS激光；分析圖像采集卡實(shí)時(shí)采集的監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像，確定重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)；根據(jù)CARS光強(qiáng)與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到該高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)；
伺服子系統(tǒng)，用于帶動(dòng)CARS光纖束轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，使激光聚焦點(diǎn)與重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)重合。
[0007]所述CARS激光傳輸光纖的激光輸出頭中設(shè)有第一聚焦小透鏡，使脈沖CARS激光聚焦至變壓器繞組上；所述CARS信號(hào)采集光纖的采集探頭中設(shè)有第二聚焦小透鏡。
[0008]所述伺服子系統(tǒng)包括伺服供電及控制盒、雙軸伺服電機(jī)及供電及控制電纜；雙軸伺服電機(jī)安裝在變壓器內(nèi)；CARS光纖束裝配在電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；計(jì)算機(jī)通過伺服供電及控制盒發(fā)出控制指令，經(jīng)供電及控制電纜對(duì)雙軸伺服電機(jī)進(jìn)行供電及控制。
[0009]所述系統(tǒng)的所述飛秒全光纖拉曼激光器發(fā)出脈沖CARS激光，所述激光中包含時(shí)域重合且同軸的飛秒級(jí)泵浦光與斯托克斯光；所述脈沖CARS激光經(jīng)過所述CARS激光傳輸光纖傳輸，再通過所述CARS光纖束中激光輸出頭，使脈沖CARS激光聚焦至變壓器繞組上；變壓器繞組通過廣角紅外成像耦合透鏡所成的實(shí)時(shí)紅外圖像經(jīng)過紅外光纖傳像束傳送至紅外面陣圖像傳感器，經(jīng)圖像采集卡實(shí)時(shí)采集，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析；計(jì)算機(jī)通過伺服供電及控制盒發(fā)出控制指令，經(jīng)供電及控制電纜對(duì)雙軸伺服電機(jī)進(jìn)行供電及控制，使電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)CARS光纖束做兩維掃描；脈沖CARS激光打到高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)激發(fā)出來的反斯托克斯拉曼信號(hào)包含有高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度信息，所述反斯托克斯拉曼信號(hào)通過采集探頭耦合至CARS信號(hào)采集光纖，并送至拉曼光譜儀得到反斯托克斯拉曼譜線。
[0010]所述廣角紅外成像耦合透鏡的成像視場(chǎng)能覆蓋所需監(jiān)測(cè)的變壓器繞組。
[0011]一種基于傳像導(dǎo)引的飛秒全光纖拉曼電力系統(tǒng)測(cè)溫方法，方法在變壓器內(nèi)外部安裝探測(cè)系統(tǒng)，然后進(jìn)行激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)在紅外光纖傳像束生成圖像中的初始坐標(biāo)定位，即通過掃描控制，使激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)在紅外光纖傳像束生成圖像的中心位置；紅外光纖傳像束負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像，根據(jù)紅外圖像分析確定重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)；由伺服子系統(tǒng)帶動(dòng)CARS光纖束轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，使激光聚焦點(diǎn)與重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)重合；由CARS信號(hào)采集光纖采集重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)CARS光強(qiáng)信號(hào)；然后根據(jù)CARS光強(qiáng)與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到該高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用全光纖技術(shù)，體積小重量輕，安裝方便，采用全光纖傳像、光譜分析與聚焦伺服的結(jié)合，基于圖像處理掃描監(jiān)測(cè)高溫點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)重點(diǎn)測(cè)溫。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明的不意圖；
圖2為紅外光纖傳像束生成圖像示意圖；
在圖中，I是計(jì)算機(jī)；2是圖像采集卡；3是紅外面陣圖像傳感器；4是紅外光纖傳像束；5是孔A ；6是廣角紅外成像耦合透鏡；7是視場(chǎng)；8是變壓器，9是電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；10是CARS光纖束；11是激光輸出頭；12是采集探頭；13是高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)；14是變壓器繞組；15是雙軸伺服電機(jī)；16是光纖電纜束；17是孔B ; 18是供電及控制電纜；19是CARS信號(hào)采集光纖；20是CARS激光傳輸光纖；21是伺服供電及控制盒；22是拉曼光譜儀；23是飛秒全光纖拉曼激光器；24是高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)成像點(diǎn)；25是激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)；26是紅外光纖傳像束生成圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，探測(cè)系統(tǒng)由光纖子系統(tǒng)及伺服子系統(tǒng)組成。光纖子系統(tǒng)主要由飛秒全光纖拉曼激光器23、紅外光纖傳像束4、CARS光纖束10組成；其中CARS光纖束10包括CARS激光傳輸光纖20及CARS信號(hào)采集光纖19。伺服子系統(tǒng)包括伺服供電及控制盒21、雙軸伺服電機(jī)15及供電及控制電纜18組成。
[0015]首先在變壓器8內(nèi)部固定安裝廣角紅外成像耦合透鏡6，使其成像視場(chǎng)7能覆蓋所需監(jiān)測(cè)的變壓器繞組14。變壓器繞組14通過廣角紅外成像耦合透鏡6所成的實(shí)時(shí)紅外圖像經(jīng)過紅外光纖傳像束4傳送至紅外面陣圖像傳感器3，經(jīng)圖像采集卡2實(shí)時(shí)采集，送到計(jì)算機(jī)I進(jìn)行分析。變壓器8外殼開孔A5，以便紅外光纖傳像束4從內(nèi)部穿出至外部。同時(shí)，在變壓器8內(nèi)部合適位置固定安裝雙軸伺服電機(jī)15，CARS光纖束10裝配在電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9上。計(jì)算機(jī)I通過伺服供電及控制盒21發(fā)出控制指令，經(jīng)供電及控制電纜18對(duì)雙軸伺服電機(jī)15進(jìn)行供電及控制，使電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)CARS光纖束10做兩維掃描。
[0016]由計(jì)算機(jī)I控制飛秒全光纖拉曼激光器23發(fā)出脈沖CARS激光，該激光中包含時(shí)域重合且同軸的飛秒級(jí)泵浦光與斯托克斯光，脈沖CARS激光經(jīng)過CARS激光傳輸光纖20傳輸，再通過CARS光纖束10中激光輸出頭11，激光輸出頭11中有第一聚焦小透鏡，使脈沖CARS激光聚焦至變壓器繞組14上。激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)25在紅外光纖傳像束生成圖像26中的坐標(biāo)位置可隨掃描而移動(dòng)。
[0017]然后進(jìn)行激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)25在紅外光纖傳像束生成圖像26中的初始坐標(biāo)定位，即通過掃描控制，使激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)25在紅外光纖傳像束生成圖像26的中心位置。
[0018]對(duì)變壓器繞組14進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，計(jì)算機(jī)I通過紅外光纖傳像束4實(shí)時(shí)采集變壓器繞組14重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像?？筛鶕?jù)紅外圖像灰度分析確定高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)13，即紅外灰度最大值的位置坐標(biāo)即為高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)成像點(diǎn)24。根據(jù)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)成像點(diǎn)24與激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)25的坐標(biāo)差值，確定雙軸伺服電機(jī)15所需控制量，計(jì)算機(jī)I通過伺服供電及控制盒21發(fā)出對(duì)應(yīng)該控制量的控制指令，使雙軸伺服電機(jī)15通過電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)CARS光纖束10掃描移動(dòng)，讓激光輸出頭11的激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)25與監(jiān)測(cè)高溫點(diǎn)成像點(diǎn)24重合。此時(shí)的脈沖CARS激光聚焦點(diǎn)即為變壓器繞組14的高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)13。由脈沖CARS激光打到高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)13激發(fā)出來的反斯托克斯拉曼信號(hào)當(dāng)時(shí)包含有高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)13的溫度信息，CARS光纖束10中的采集探頭12中含有第二聚焦小透鏡，該反斯托克斯拉曼信號(hào)可通過采集探頭12耦合至CARS信號(hào)采集光纖19，并送至拉曼光譜儀22得到反斯托克斯拉曼譜線，通過計(jì)算機(jī)I進(jìn)行分析，由反斯托克斯拉曼光譜波長(zhǎng)及強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)13的溫度，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)。
[0019]為了布線簡(jiǎn)潔，在變壓器8內(nèi)部，供電及控制電纜18、CARS信號(hào)采集光纖與CARS激光傳輸光纖集合成一光纖電纜束16,并通過開孔B17穿出變壓器8。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量變壓器溫度的激光探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述系統(tǒng)包括: 飛秒全光纖拉曼激光器，用于發(fā)出脈沖CARS激光，所述激光中包含時(shí)域重合且同軸的飛秒級(jí)泵浦光與斯托克斯光； 紅外光纖傳像束，用于實(shí)時(shí)采集重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像； CARS光纖束，CARS光纖束包括CARS激光傳輸光纖及CARS信號(hào)采集光纖；所述CARS激光傳輸光纖用于傳輸脈沖CARS激光；所述CARS信號(hào)米集光纖用于米集重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)CARS光強(qiáng)信號(hào)； 計(jì)算機(jī)，用于控制飛秒全光纖拉曼激光器發(fā)出脈沖CARS激光；分析圖像采集卡實(shí)時(shí)采集的監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像，確定重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)；根據(jù)CARS光強(qiáng)與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到該高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)； 伺服子系統(tǒng)，用于帶動(dòng)CARS光纖束轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，使激光聚焦點(diǎn)與重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測(cè)量變壓器溫度的激光探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述CARS激光傳輸光纖的激光輸出頭中設(shè)有第一聚焦小透鏡，使脈沖CARS激光聚焦至變壓器繞組上；所述CARS信號(hào)采集光纖的采集探頭中設(shè)有第二聚焦小透鏡，反斯托克斯拉曼信號(hào)可通過采集探頭耦合至CARS信號(hào)采集光纖，并送至拉曼光譜儀得到反斯托克斯拉曼譜線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測(cè)量變壓器溫度的激光探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服子系統(tǒng)包括伺服供電及控制盒、雙軸伺服電機(jī)及供電及控制電纜；雙軸伺服電機(jī)安裝在變壓器內(nèi)；CARS光纖束裝配在電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；計(jì)算機(jī)通過伺服供電及控制盒發(fā)出控制指令，經(jīng)供電及控制電纜對(duì)雙軸伺服電機(jī)進(jìn)行供電及控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測(cè)量變壓器溫度的激光探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的所述飛秒全光纖拉曼激光器發(fā)出脈沖CARS激光，所述激光中包含時(shí)域重合且同軸的飛秒級(jí)泵浦光與斯托克斯光；所述脈沖CARS激光經(jīng)過所述CARS激光傳輸光纖傳輸，再通過所述CARS光纖束中激光輸出頭，使脈沖CARS激光聚焦至變壓器繞組上；變壓器繞組通過廣角紅外成像耦合透鏡所成的實(shí)時(shí)紅外圖像經(jīng)過紅外光纖傳像束傳送至紅外面陣圖像傳感器，經(jīng)圖像采集卡實(shí)時(shí)采集，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析；計(jì)算機(jī)通過伺服供電及控制盒發(fā)出控制指令，經(jīng)供電及控制電纜對(duì)雙軸伺服電機(jī)進(jìn)行供電及控制，使電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)CARS光纖束做兩維掃描；脈沖CARS激光打到高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)激發(fā)出來的反斯托克斯拉曼信號(hào)包含有高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度信息，所述反斯托克斯拉曼信號(hào)通過采集探頭耦合至CARS信號(hào)采集光纖，并送至拉曼光譜儀得到反斯托克斯拉曼譜線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種測(cè)量變壓器溫度的激光探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述廣角紅外成像耦合透鏡的成像視場(chǎng)能覆蓋所需監(jiān)測(cè)的變壓器繞組。
6.一種基于傳像導(dǎo)引的飛秒全光纖拉曼電力系統(tǒng)測(cè)溫方法，其特征在于，所述方法在變壓器內(nèi)外部安裝探測(cè)系統(tǒng)，然后進(jìn)行激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)在紅外光纖傳像束生成圖像中的初始坐標(biāo)定位，即通過掃描控制，使激光聚焦點(diǎn)的成像點(diǎn)在紅外光纖傳像束生成圖像的中心位置；紅外光纖傳像束負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域紅外圖像，根據(jù)紅外圖像分析確定重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)；由伺服子系統(tǒng)帶動(dòng)CARS光纖束轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置，使激光聚焦點(diǎn)與重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)重合；由CARS信號(hào)采集光纖采集重點(diǎn)高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)CARS光強(qiáng)信號(hào)；然后根據(jù)CARS光強(qiáng)與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到該高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域的溫度監(jiān)測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK104165707SQ201410410604
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】萬雄 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院