基于光纤光栅温度传感的变压器内部温度监测原理及方法研究

论文摘要

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一,它的可靠性直接关系到电网是否安全、高效、经济的运行。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力,而影响绝缘能力的最主要因素是变压器运行时的绕组温度。变压器绕组最热区域内达到的温度,也是变压器负载值的最主要限制因素。因此通过监测得到变压器内部温度对变压器的允许过载及运行寿命评估具有重要意义。论文通过对变压器热量产生和发散而表现出的温升特性的研究,分析了变压器内部损耗产生的机理,以及变压器空载损耗和负载损耗对绕组热点温度影响。通过推导变压器主要组成部分即绕组、铁芯、变压器油的升温和降温特性方程,给出了变压器绕组、铁芯、变压器油的升温和降温特性曲线。结合目前光纤温度传感器的研究现状,以及变压器内部温度测量的具体要求,选择了光纤光栅温度传感器来测量变压器的内部温度。分析和比较目前应用的光纤光栅传感器波长解调方法,结合本课题的要求,选择了采用可调F-P滤波器法来对光纤光栅的中心波长进行解调。设计了一种光纤光栅温度测量平台的具体方案,选择了合适的硬件,搭建了测量平台,实现了数据信号的采集。应用LabVIEW软件编写了信号处理程序,实现了由采集到的光波长信号到温度信号的计算过程。对光纤光栅温度传感器进行了温度标定实验,完成了对传感器的性能测试试验。并对传感器的误差以及改进方法进行了讨论。搭建了基于油浸式温升用试验变压器的光纤光栅温度测量平台。应用光纤光栅温度传感器对变压器在恒定负载以及变化负载情况下的绕组发热情况进行了测量。测量实验证明光纤光栅温度传感器的测量结果准确稳定,对温度的变化反映迅速,能够有效的对变压器内部温度进行测量。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 变压器内部温度监测的目的和意义
• 1.2 变压器内部温度估算与监测方法的国内外研究现状
• 1.2.1 热模拟测量法
• 1.2.2 间接计算法
• 1.2.3 直接测量法
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 小结
• 2 油浸式电力变压器内部热行为分析
• 2.1 油浸式电力变压器整体温升特性分析
• 2.2 变压器空载损耗和负载损耗对绕组热点温度影响分析
• 2.3 变压器的绕组、铁芯和变压器油的热行为分析
• 2.4 国家标准中油浸式电力变压器绕组热点温度计算模型
• 2.5 小结
• 3 光纤传感技术的选择及原理
• 3.1 可用于变压器内部温度监测的光纤传感技术的发展现状
• 3.2 光纤传感方案的选择
• 3.2.1 光纤光栅传感原理
• 3.2.2 光纤光栅波分复用原理
• 3.2.3 光纤光栅波长解调方案的选择
• 3.3 可调F-P 滤波器对波长解调精度的影响分析
• 3.4 小结
• 4 光纤光栅温度监测技术方案的设计
• 4.1 光纤光栅温度监测方案的总体设计
• 4.2 器件的选择
• 4.2.1 可调F-P 滤波器参数的选择
• 4.2.2 光源的选择
• 4.2.3 光纤耦合器
• 4.2.4 光纤光栅传感器
• 4.2.5 光电接收模块
• 4.3 光纤光栅温度传感信号的解调
• 4.3.1 信号峰值位置测定
• 4.3.2 测量温度值的标定
• 4.4 光纤光栅温度监测系统的性能测试
• 4.4.1 基本误差试验
• 4.4.2 回差试验
• 4.4.3 重复性试验
• 4.4.4 稳定性试验
• 4.5 存在的问题以及改进措施
• 4.6 小结
• 5 变压器内部温度光纤光栅监测方法的性能分析
• 5.1 温升试验平台的搭建
• 5.1.1 试验装置
• 5.1.2 光纤光栅温度传感器的安放
• 5.1.3 热电偶的安放
• 5.2 温度监测试验
• 5.2.1 试验的方法和过程
• 5.2.2 试验测量结果
• 5.3 小结
• 6 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目