[發明專利]基于分布式光纖傳感的干式電抗器溫度檢測方法

在審

• 申請號: 202010024205.9
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111157142A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 崔孟陽;甘紅慶;高明晨;阮鑫磊;袁森;石博;閻顯偉;池銳敏;李靜;呂勝男;李曉東;焦澎;楊娟
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司檢修公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 鄭州知己知識產權代理有限公司 41132
• 代理人: 楊小燕

1.一種基于分布式光纖傳感的干式電抗器溫度檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在干式電抗器上布設分布式光纖傳感器；

S2：構建干式電抗器磁場-電路耦合模型，獲得干式電抗器在正常運行過程中溫度分布情況和發熱點分布情況；

S3：構建干式電抗器與周圍空氣流體溫度場數學模型，獲得光纖測量溫度與干式電抗器包封溫度之間的誤差，構建溫度補償算法；

S4：所述分布式光纖傳感器通過波分復用器與基于拉曼散射的電抗器溫度檢測系統連接，使用所述基于拉曼散射的電抗器溫度檢測系統采集、處理所述分布式光纖傳感器的信號，并顯示處理后的干式電抗器溫度信息。

2.如權利要求1所述的基于分布式光纖傳感的干式電抗器溫度檢測方法，其特征在于：所述分布式光纖傳感器包括光脈沖激光器、光電轉換器、信號放大器和計算機，所述脈沖激光器與所述計算機串口通信，所述計算機控制所述脈沖激光器發出光脈沖進入傳感光纖。

3.如權利要求2所述的基于分布式光纖傳感的干式電抗器溫度檢測方法，其特征在于：所述基于拉曼散射的電抗器溫度檢測系統包括信號采集單元、去噪處理單元、存儲單元、溫度解調單元和顯示單元，所述波分復用器將采集到的光分為反斯托克斯光和斯托克斯光，分別經光電轉化、放大，分別依次傳輸至信號采集單元、去噪處理單元、第一存儲單元、溫度解調單元、第二存儲單元和顯示單元。

4.如權利要求1所述的基于分布式光纖傳感的干式電抗器溫度檢測方法，其特征在于：S2中，構建干式電抗器磁場-電路耦合模型，使用柱坐標系進行建模：在柱坐標系下，磁場的控制方程為

式中：r為柱坐標系下徑向距離；z為軸向距離；A為磁矢量位；μ0為磁導率；J為源電流密度。

第i層線圈受外電路的約束方程為：

式中，U為外部約束電壓，R_i、ψ_i、N_i、I_i、S_i分別為第i層線圈的電阻、磁鏈、匝數、電流、截面積。

有上述四個方程進行聯立，建立場路耦合有限元方程，可得每層包封的電流值和矢量磁位，磁感應強度可由矢量磁位求得

B＝▽×A

繞組第i層損耗Pi主要包括電阻性損耗Pri和渦流損耗Pei，其中第i層繞組的損耗為

式中：γ為導線的電阻率；ω為施加激勵的角頻率；D_i為第i匝導線的線徑；I_i為每匝導線的半徑；B_i為第i匝導線中心處磁感應強度。

5.如權利要求1所述的基于分布式光纖傳感的干式電抗器溫度檢測方法，其特征在于：S3中，構建干式電抗器與周圍空氣流體溫度場數學模型，根據傳熱學理論建立如下穩態溫度控制方程：

式中：k為包封材料導熱系數；q為單位體積生熱率；T_s為固體表面溫度；T_f為流體溫度；h為散熱系數；ε為熱輻射率；σ為玻爾茲曼常數，其值為5.67*10-8W(m2·K4)；Γ₃為電抗器固體與空氣交界面；Γ₂為周期性對稱面；

包封的熱源由包封內電流的產熱率所決定：

P為電抗器包封的損耗，V為包封的體積；

流體的控制方程包括質量連續性方程、動量守恒方程和質量守恒方程。在分析中，將周圍空氣流體視為不可壓縮粘性流體，流體處于穩定流動狀態，質量守恒方程可表示為：

▽·(ρu)＝0

動量守恒方程可表示為：

能量守恒方程為：

式中，ρ為空氣密度；u為流體速度矢量；u、v、w為速度矢量在坐標軸x,y,z方向上的坐標分量、μ為空氣運動粘性系數；p為空氣壓強；c_p為空氣的比熱容；λ為空氣的導熱系數；S_u、S_v、S_w為流體動力方程的廣義源項，當重力方向沿z軸豎直向下時，S_u＝S_v＝0，S_w＝ρg；S_T為流體粘性耗散項。