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基于光纤光栅温度传感器的高压开闭触头温度丈

  高压开闭柜阻隔触头的温度监测连续是电力工业和平运转的宏大课题之一,不过因为触头处正在强电磁场、高电压境遇中,是以目前的监测设施都是盘绕何实行体系的抗强电磁场作对和高电压的阻隔题目,紧要设施有感温纸测温、红外温度衡量、F-P 光学式衡量、感想窃电体例衡量、光纤传输体例和红外无线传输等。而光纤光栅传感器集衡量和传输于一体,采用光波的局势实行衡量和传输,具有体积小、重量轻、传输损耗小、不受电磁场作对和精良的绝缘机能等好处,因而卓殊适合高压开闭柜的触头温度衡量境遇。基于以上好处,本文提出了一种采用光纤光栅温度传感器

  高压开闭柜阻隔触头的温度监测连续是电力工业和平运转的宏大课题之一,不过因为触头处正在强电磁场、高电压境遇中,是以目前的监测设施都是盘绕何实行体系的抗强电磁场作对和高电压的阻隔题目,紧要设施有感温纸测温、红外温度衡量、F-P 光学式衡量、感想窃电体例衡量、光纤传输体例和红外无线传输等。而光纤光栅传感器集衡量和传输于一体,采用光波的局势实行衡量和传输,具有体积小、重量轻、传输损耗小、不受电磁场作对和精良的绝缘机能等好处,因而卓殊适合高压开闭柜的触头温度衡量境遇。基于以上好处,本文提出了一种采用光纤光栅温度传感器的触头温度衡量计划,同时采用合理的装置手艺处理了应变交叉敏锐的影响。

  光纤光栅传感器既能实行温度的衡量,又能实行应变的衡量,这两个物理量都能惹起光纤光栅布拉格波长的蜕化。

  光纤光栅的温度传感特点是由光纤光栅的热光效应和热膨胀效应惹起的,热光效应惹起光纤光栅的有用折射率的蜕化,而热膨胀效应惹起光栅的栅格周期蜕化。当光纤光栅传感器所处的温度场蜕化时,可推导出温度对布拉格波长蜕化的影响为

  式中 a 为光纤的热膨胀系数,紧要惹起栅格周期的蜕化,取5.510-7;x 为光纤的热光系数,紧要惹起光纤的折射率蜕化,取5.510-6。光纤光栅传感器的应变特点是弹光效应和弹性效应协同功用的结果,弹性效应会改观光栅的栅格周期,弹光效应会改观光纤的有用折射率,其传感特点可能外现为[13]。

  式中 Pe为光纤的有用弹性系数,Pe =0.22。正由于光纤光栅传感器既能衡量温度又能衡量应变,是以正在对高压开闭柜阻隔触头实行温度衡量时,就要思要领障蔽因为开闭柜振动惹起的应变对温度衡量精度的影响,这便是光纤光栅传感器的应变交叉敏锐。

  高压开闭柜的断途器分为挪动小车和开闭柜两片面,高压开闭柜的触头共有六个,差别漫衍正在上侧和下侧的A、B、C 三相上,那么为了包管体系的牢靠性,务必对六个触头的温度同时实行监测。如式(1)、(2)所示,因为光纤光栅传感器对温度、应变同时敏锐,为了包管温度衡量精度,务必障蔽应变的交叉敏锐影响,即断途器的分、合经过中发生的任何应变都不应通报给光纤光栅传感器。本体系是通过把光纤光栅温度传感器单端固定正在静触头上,来障蔽触头正在碰撞经过中发生的应变。此外,为了包管光纤光栅温度传感器对触头各点温度衡量的匀称性,体系富裕诈骗静触头的中央空隙,把温度传感器固定正在静触头的中央名望,图1是传感器正在单个静触头的装置示妄思。当动触头与静触头正在分、应时,正在静触头的圆周名望发生应变,而正在其核心不存正在应变,那么应变也就通报不到光纤光栅传感器了。这种装置计划既包管了温度的衡量精度又障蔽了因为振动惹起的应变交叉敏锐影响。

  六个光纤光栅温度传感器的同时衡量就涉及到光途的复用题目,光纤光栅传感器的复用可能采用波分复用(WDM)、空分复用(SDM)或时分复用(TDM)体例,本体系是采用空分复用和波分复用设施。如图2 所示,用18 耦合器实行对传感器的空分复用,云云可能避免采用简单波分复用的短处,即众个传感器串通正在一根光纤上,正在个中一个传感器损坏时会影响其它传感器信号的传输;同时正在传感器职责波长的选取上又采用了波分复用体例,用来进步体系的衡量速率,即正在波长解调时采用一个扫描周期可能实行六个传感器的同时衡量。

  正在图2 中,A、B、C三相的六个光纤光栅温度传感器处于高电压侧,差别装置正在静触头孔径内,而耦合器、波长解调器、掌握器以及数据收拾电途都处于地电位侧,装置正在掌握室内,采用长隔断的光纤传输来实行高电压侧绝缘阻隔。图中的A1、B1、C1,A2、B2、C2是本文安排的光纤光栅温度传感器,差别漫衍正在阻隔触头的上侧和下侧A、B、C 三相上,正在常温下传感器的波长差别为1548.5nm、1550.1nm、1551.6nm、1553.5nm、1555.5nm、1557.1nm,机敏度为0.011nm/℃、0.013nm/℃、0.011nm/℃、0.010nm/℃、0.011nm/℃、0.012nm/℃,衡量周围为0110℃;耦合器为由7 个3dB耦合器组合而成的18耦合器;波长解调器为采用压电陶瓷驱动圭臬具实行波长扫描,其职责波长周围为15481558nm,遮盖6 个传感器正在0110℃温度蜕化时的悉数波长带;掌握器正在数据收拾器的掌握下实行波长解调器的扫描。

  高压开闭柜正在运转时,触头、母线、电流互感器、柜体等组成了众个热源,高压开闭柜及内部各部件又组成了纷乱的热阻汇集[14]。正在此体系中,要通过外面推导出触头温升与光纤光栅传感器温升间的数学相干是较量清贫的,因而本文通过试验设施创造了它们之间的数学模子。

  温升实习是正在10kV 高压开闭柜进步行的,实习时三相触头接触寻常,职责额定电流为1kA,室温为25℃。图3 是上阻隔触头B 相的温升经过弧线,可能看出光纤光栅传感器衡量的温升蜕化要比触头的实践温升蜕化慢,但它们的蜕化趋向是相通的,大约正在3h 自此温度场蜕化趋于宁静。衡量温度与实践温度间的差值是因为传感器采用非接触体例衡量温度,它依赖静触头的辐射来通报热量。外1 是其温升衡量数据。

  可能看出正在开闭柜触头接触寻常、温度蜕化宁静后各个触头的实践温升值DTC 与对应的传感器温升值DTS之间的比例相干都正在1.43 左近,取其均匀值举动试验结果,可创造触头的实践温度与传感器的衡量温度间的数学相干式为

  式中 K=1.43;TS为光纤光栅温度传感器衡量的温度值;T为高压开闭柜境遇温度。

  为了检修光纤光栅传感体系的抗电磁作对材干,正在高压开闭柜满负荷职责,而且传感器衡量趋于宁静的景况下,通过对开闭柜采用蓦然掉电的体例来检测温度衡量结果与电磁场的相干[15-16],实行抗电磁作对材干的实习。图4 是正在触头温升趋于宁静后,正在试验经过中布置了两次停电并正在一次侧的B 相触头上衡量的温度数据,图4(a)是电流的蜕化经过图,图4(b)是电流蜕化惹起的触头温度蜕化弧线。可睹正在母线失落电流的景况下,惹起了触头温度的消浸,但正在克复送电后又很速劈头上升。从弧线可能看出衡量的触头温度对蓦然的停电与送电做出了反响,但这种温度的起落是渐变的而不是突变的,评释电磁场的存正在对传输光纤以及光纤光栅温度传感器没有影响。即使电磁场的存正在使测温体系显示的温度较实践温度偏高或偏低,那么当开闭柜母线中一朝失落电流,电磁场消散时,温度显示会立刻跳变到“实践值”,但这种跳变形势正在实践试验中并未爆发。因而评释光纤光栅触头测温体系具有很强的抗电磁作对材干。

  本光纤光栅触头温度衡量体系正在变电站10kV高压开闭柜进步行了获胜试用,图5 是正在高压开闭柜职责正在70%的额定负荷周围时对一次侧B相触头正在24 小时的温度监测记实,它反响了全天触头温度的蜕化经过。从图中可能看出,从午夜0点到朝晨6 点之间触头的温度最低,这一方面是因为用电负荷较小,另一方面与气温较低相闭;从朝晨6 点劈头跟着用电负荷的增大,触头的温度也劈头升高,到9点用电负荷趋于宁静,但因为气温的逐步升高触头温度也劈头上升,到14 点时温度抵达最高;从14点到18点之间因为气温的低浸,触头的温度也逐步变小;同时从18 点后,因为用电负荷的增大,触头温度又劈头上升,到22 点时抵达最高;从此跟着用电负荷的减小,触头温度也逐步低浸。通过对24小时触头温度的记实阐述可能看出,光纤光栅触头温度衡量体系不妨寻常职责,其记实数据精确反响了触头温度与开闭柜的职责负荷和周遭氛围温度之间的蜕化相干,评释了光纤光栅触头温度衡量体系的计划是可行的。

  ,此计划不须要纷乱的绝缘安排,因而具有简陋、牢靠的好处。此计划中,处理了的应变交叉敏锐影响,正在光途的复用上采用了空分复用加波分复用的计划,进步了体系的牢靠性和及时性。此体系正在10kV 高压开闭柜进步行了测试,体系不妨寻常运转,评释本计划是可行的。

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