专利名称：光纤在油中的耐高温和相容性试验方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤在变压器油中耐高温和相容性试验方法及系统，属于电力行 业变压器运行测量与保护技术领域。
背景技术：
光纤传感技术在变压器中应用越来越广泛，光纤传感需要将光纤放置在变压器内 部，长期浸渍在变压器内部高温条件下的变压器油中。变压器油中光纤在运行时，因高温和 油侵蚀等因素作用会逐渐变质，影响光纤传感和光导特性；或是光纤与变压器油产生化学 反应，劣化变压器油的绝缘性能。因此，需要有专门的方法和装置测量光纤在变压器中的耐 高温性能以及与油的相互影响问题，这样才能保证光纤在变压器中安全可靠地工作。近年 新的研究结果表明，目前光纤可在200°C 300°C甚至更高的温度下稳定工作，尽管已经验 证光纤在高温空气环境下工作的光导和传感性能，但对浸入变压器油中的光纤耐高温性能 仍需要进一步验证；同时，需要验证光纤与变压器油的相容性问题，也就是光纤与变压器油 的相互影响问题。目前，国内没这方面相关的文献资料，而美国标准ASTM D3455-89《结构 材料和由石油提炼的电气绝缘油的相容性试验方法》仅规定了变压器的固态结构材料(如 电磁线、绝缘材料、铁心、密封材料等)与变压器油的相容性试验方法，并没有规定光纤与 变压器油的相容性试验方法，如中国实用新型专利《一种用于光纤类传感器的高温高压釜 实验装置》(申请号=200520141911. 2)所公开的是一种用于光纤类传感器的高温高压釜实 验装置，光纤传感器设于高压釜中，其效果是能对光纤类温度、压力传感器进行单独温度、 压力单参数测试，对光纤类温度、压力传感器进行温度压力双参数测量。

发明内容
本发明为解决背景技术所提出的问题，在综合和改进现有的光纤耐高温试验和油 相容性试验的基础上，提出一种光纤在油中的耐高温和相容性试验方法及系统，可同时测 量光纤在变压器油中耐高温和相容性的试验方法和系统，能快速有效地测量光纤在变压器 油中耐高温和相容性性能，为光纤传感技术在变压器中应用的推广提供基础。本发明的技术方案是光纤在油中的耐高温和相容性试验方法，其特征在于保 持105°C恒温状态，通过比较光纤传感和光导特性的变化，以及变压器油色谱和油特性的变 化，分析变压器油中光纤的耐高温和相容性，具体试验步骤如下(1)搭建试验系统，标定分布式光纤的测量范围、测量精度以及测量参数，且测量 范围应覆盖恒温箱中无油光纤段及变压器油中光纤段区域；(2)在常温环境下做恒温箱中变压器油油色谱和油特性分析，同时光纤信号分析 装置对标定的光纤测量范围内按测量精度进行信号采样、处理，作为初始试验样本；(3)调节恒温箱至105°C，稳定164小时，高温恒温期间对恒温箱中的变压器油进 行油色谱和油特性分析，即对浸入光纤的变压器油及没有浸入光纤的变压器油分别采样分 析，作为对比试验样本；同时光纤信号分析装置对标定的光纤测量范围按测量精度进行信号采样、处理，并将恒温箱中无油光纤段与变压器油中光纤段的试验结果进行比较、分析；(4)高温恒温试验结束，待恒温箱温度降至常温，在常温环境下做恒温箱中变压器 油油色谱和油特性分析，同时光纤信号分析装置对标定的光纤测量范围内按测量精度进行 信号采样、处理，作为试验结束样本，对比分析实验初始样本和试验结束样本，比较光纤传 感和光导的特性的变化及变压器油色谱和油特性的变化。如上所述的光纤在油中的耐高温和相容性试验方法，其特征在于采用光纤信号 处理与油色谱和油特性分析试验相结合的试验方法，其有益效果是能同时测量变压器油 和光纤的相互影响情况之相容性问题。如上所述的光纤在油中的耐高温和相容性试验方法，其特征在于在105°C恒温 状态下对变压器油及光纤信号进行采样分析，其有益效果是能同时测得光纤在变压器油 中的耐高温和相容性性能。光纤在油中的耐高温和相容性试验系统，包括光纤信号分析装置，单模或多模传 感光纤，恒温箱，封闭容器，变压器油，温度测量仪，油色谱和油特性分析仪，其特征在于光 纤信号分析装置的光源从单模或多模光纤一端传入，光纤经恒温箱和封闭容器浸入变压器 油，光纤传感信号从光纤另一端返回至光纤信号分析装置，其有益效果是光纤信号分析装 置能分布式测量恒温箱中无油和有油段光纤的传感和光导性能。如上所述的光纤在油中的耐高温和相容性试验系统，其特征在于恒温箱中通过 密闭容器放置有两种变压器油样本，一种浸有光纤，另一种无光纤浸入，密闭容器与外部油 色谱和油特性分析仪连接，其有益效果是在恒温箱保持高温恒温时，油色谱和油特性分析 仪能连续对密闭容器中变压器油取样分析。本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明的试验温度可控，外界环境影响 小，操作简便。利用现有的光纤信号分析装置及油色谱和油特性分析仪相结合的方式进行 检测，同时测量光纤在变压器油中的耐高温和相容性性能。本发明中光纤信号分析装置原理是光纤信号分析装置自带激发器发出波长为 1550nm的光源，经光信号处理后注入单模或多模传感光纤一端，检测单模或多模传感光纤 另一端耦合出来的散射信号，确定光纤各小段区域上散射信号特性，光纤信号分析装置通 过分析处理散射信号频移或光强特性及延时特性，得出整个光纤各小段区域上传感和传导 特性的变化。油色谱和油特性分析装置原理是提取不同密闭容器中的变压器油试验样本，通 过对油色谱进行变压器油中溶解气体成分、成分含量分析，通过油特性分析得出酸值、击穿 电压、tan 6、含水量等变压器油特性数据。通过油色谱和油特性数据的变化得出变压器油 的变化结果。


附图1为本发明实施例试验系统原理结构及接线示意图。
具体实施例方式附图中的标记附图中，1-光纤信号分析装置，2-单模或多模传感光纤，3-恒温箱，4-封闭容器，
45-变压器油，6-温度测量仪，7-油色谱和油特性分析仪。以下结合附图对本发明实施例进一步说明如附图所示，一种光纤在油中的耐高温和相容性试验方法及系统，包括光纤信号 分析装置1，单模或多模传感光纤2，恒温箱3，封闭容器4，变压器油5，温度测量仪6，油色 谱和油特性分析仪7。本试验系统由光纤信号分析装置1和单模或多模传感光纤2实现激 光光信号的发送、光信号传感、光信号分析功能；由油色谱和特性分析仪7完成变压器油5 取样、分析功能；由恒温箱3、封闭容器4、变压器油5、温度测量仪6组成变压器油中光纤耐 高温和相容性的基础试验平台。其连接关系是光纤信号分析装置1经光纤端子接入单模或多模传感光纤2—端， 单模或多模传感光纤2经恒温箱3和封闭容器4浸入变压器油5，再从单模传感光纤2另一 端经光纤端子接入至光纤信号分析装置1，温度测量仪内置于恒温箱中；油色谱和油特性 分析仪7通过自带进样器接入封闭容器中对变压器油5取样、分析。如图1所述，光纤信号分析装置原理是光纤信号分析装置自带激发器发出波长 为1550nm的光源，经光信号处理后注入单模或多模传感光纤一端，检测单模或多模传感光 纤另一端耦合出来的散射信号，确定光纤各小段区域上散射信号特性，光纤信号分析装置 通过分析处理散射信号频移或光强特性及延时特性，得出整个光纤各小段区域上传感和传 导特性的变化。如图1所述，油色谱和油特性分析装置原理是提取不同密闭容器中的变压器油 试验样本，通过对油色谱进行变压器油中溶解气体成分、成分含量分析，通过油特性分析得 出酸值、击穿电压、tan 8、含水量等变压器油特性数据。通过油色谱和油特性数据的变化 得出变压器油的变化结果。如图1所述，一种光纤在油中的耐高温和相容性试验方法及系统，保持105°C (变 压器允许最高温度)恒温状态，通过比较光纤传感和光导特性变化及变压器油色谱和油特 性变化，试验分析变压器油中光纤的耐高温和相容性，具体试验步骤是(1)按图1搭建试验系统，标定分布式光纤的测量范围、测量精度以及测量参数， 且测量范围应覆盖恒温箱中无油光纤段及变压器油中光纤段区域。由于测量精度与测试时 间具有时间和空间的矛盾性，因此必须根据具体的试验要求进行测量精度的最优选择，又 由于在相同温度、相同环境条件下进行测试的试验结果才具有可比性，所以试验必须对恒 温箱中不同状态下的光纤段进行测试比较。(2)在常温环境下做恒温箱中变压器油油色谱和油特性分析，同时光纤信号分析 装置对标定的光纤测量范围内按测量精度进行信号采样、处理，作为初始试验样本；(3)调节恒温箱至105°C，稳定164小时。高温恒温期间对恒温箱中的变压器油进 行油色谱和油特性分析，即对浸入光纤的变压器油及没有浸入光纤的变压器油分别采样分 析，作为对比试验样本。通过比较、分析高温条件下变压器油在光纤浸入和不浸入时油色谱 及油特性的变化情况得到高温条件下光纤对变压器的影响。同时光纤信号分析装置对标定 的光纤测量范围按测量精度进行信号采样、处理，并将恒温箱中无油光纤段与变压器油中 光纤段的试验结果进行比较、分析。通过比较分析高温条件下光纤有油段和无油段光纤传 感和光导特性变化情况得到高温条件下变压器油对光纤的影响。从而得到光纤在变压器油 中的耐高温性能和相容性性能。
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(4)高温恒温试验结束，待恒温箱温度降至常温，在常温环境下做恒温箱中变压器 油油色谱和油特性分析，同时光纤信号分析装置对标定的光纤测量范围内按测量精度进行 信号采样、处理，作为试验结束样本。对比分析实验初始样本和试验结束样本，比较光纤传 感和光导的特性的变化及变压器油色谱和油特性的变化。进一步验证光纤在变压器油中耐 高温和相容性性能。本发明的试验温度可控调节，外界环境影响小，操作简便，可为为光纤传感技术在 变压器中应用提供试验基础。本领域中一般技术人员即可依本发明方法及系统进行实现。
权利要求
光纤在油中的耐高温和相容性试验方法，其特征在于保持105℃恒温状态，通过比较光纤传感和光导特性的变化，以及变压器油色谱和油特性的变化，分析变压器油中光纤的耐高温和相容性，具体试验步骤如下(1)搭建试验系统，标定分布式光纤的测量范围、测量精度以及测量参数，且测量范围应覆盖恒温箱中无油光纤段及变压器油中光纤段区域；(2)在常温环境下做恒温箱中变压器油油色谱和油特性分析，同时光纤信号分析装置对标定的光纤测量范围内按测量精度进行信号采样、处理，作为初始试验样本；(3)调节恒温箱至105℃，稳定164小时，高温恒温期间对恒温箱中的变压器油进行油色谱和油特性分析，即对浸入光纤的变压器油及没有浸入光纤的变压器油分别采样分析，作为对比试验样本；同时光纤信号分析装置对标定的光纤测量范围按测量精度进行信号采样、处理，并将恒温箱中无油光纤段与变压器油中光纤段的试验结果进行比较、分析；(4)高温恒温试验结束，待恒温箱温度降至常温，在常温环境下做恒温箱中变压器油油色谱和油特性分析，同时光纤信号分析装置对标定的光纤测量范围内按测量精度进行信号采样、处理，作为试验结束样本，对比分析实验初始样本和试验结束样本，比较光纤传感和光导的特性的变化及变压器油色谱和油特性的变化。
2.如权利要求1所述的光纤在油中的耐高温和相容性试验方法，其特征在于采用光 纤信号处理与油色谱和油特性分析试验相结合的试验方法。
3.如权利要求1所述的光纤在油中的耐高温和相容性试验方法，其特征在于在105°C 恒温状态下对变压器油及光纤信号进行采样分析。
4.光纤在油中的耐高温和相容性试验系统，包括光纤信号分析装置，单模或多模传感 光纤，恒温箱，封闭容器，变压器油，温度测量仪，油色谱和油特性分析仪，其特征在于光 纤信号分析装置的光源从单模或多模光纤一端传入，光纤经恒温箱和封闭容器浸入变压器 油，光纤传感信号从光纤另一端返回至光纤信号分析装置。
5.如权利要求4所述的光纤在油中的耐高温和相容性试验系统，其特征在于恒温箱 中通过密闭容器放置有两种变压器油样本，一种浸有光纤，另一种无光纤浸入，密闭容器与 外部油色谱和油特性分析仪连接。
全文摘要
本发明涉及一种光纤在变压器油中耐高温和相容性试验方法及系统，在综合和改进现有的光纤耐高温试验和油相容性试验的基础上，提出一种光纤在油中的耐高温和相容性试验方法及系统，保持105℃恒温状态，稳定164小时，通过比较光纤传感和光导特性的变化，以及变压器油色谱和油特性的变化，分析变压器油中光纤的耐高温和相容性，与现有技术相比，本发明的试验温度可控，外界环境影响小，操作简便。
文档编号G01N30/00GK101949714SQ20101027041
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者关庆华, 卢文华, 张海龙, 杜思思, 石延辉, 聂德鑫 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司