كيفية استخدام أجهزة استشعار شبكات الألياف الضوئية لمراقبة درجة الحرارة الأساسية للمحولات من النوع الجاف

In the smart grid, أصبحت محولات الطاقة معدات لا غنى عنها. The operation of transformers directly affects people’s production and life. من أجل اكتشاف أفضل لحالة المحولات, من الضروري إجراء كشف يمكن التحكم فيه على المحولات. يعتمد عمر المحول بشكل أساسي على قدرته العازلة. في التشغيل الفعلي للمحولات, تؤثر درجة حرارة المحول على قدرته العازلة, لذلك يتم الاستدلال على عمر المحول من خلال الكشف عن درجة حرارة المحول. أثناء تشغيل المحولات, درجة الحرارة الأساسية يمكن أن تعكس مباشرة درجة الحرارة الداخلية, لذلك هناك حاجة ملحة لطريقة كشف يمكنها الكشف بدقة عن درجة الحرارة الأساسية.

في الوقت الحالي, هناك ثلاث طرق رئيسية للكشف عن درجة حرارة نوى الحديد: طريقة قياس المحاكاة الحرارية, طريقة قياس الحساب غير المباشر, وطريقة القياس المباشر. The use of thermal simulation measurement method to measure winding temperature is widely used due to its simplicity, but the simulation process and temperature rise process have significant errors, resulting in inaccurate prediction results that cannot accurately reflect the winding temperature. The indirect calculation method for measuring winding temperature simplifies the thermal characteristic distribution of transformers, and the calculation is simple and has a certain degree of accuracy. لكن, the calculation results may be affected by the hot spots in the windings. The direct measurement method can accurately reflect the trend of temperature changes inside the transformer by directly measuring the winding temperature. Direct measurement methods mainly include electrical signal sensor testing, اختبار قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء, واختبار قياس درجة حرارة الألياف الضوئية.

يتم استخدام طريقة قياس مستشعر الإشارة الكهربائية لقياس درجة الحرارة الداخلية للمحولات بشكل مباشر, لكن مستشعر الإشارة الكهربائية له عمر افتراضي قصير ويتأثر بشكل كبير بالتداخل الكهرومغناطيسي, ولا يمكن أن تعكس نتائج الاختبار درجة الحرارة الداخلية بدقة. تستخدم طريقة قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء اختبار الأشعة تحت الحمراء, ولكنه عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي ولا يمكنه نقل نتائج الاختبار في الوقت المناسب, مما يجعل من المستحيل تحقيق وظيفة المراقبة في الوقت الحقيقي. تم استخدام طريقة قياس درجة حرارة الألياف الضوئية على نطاق واسع نظرًا لدقة القياس العالية. لكن, عندما يتم تطبيق هذه الطريقة لقياس درجة حرارة المحولات, لا يمكن وضع مستشعرات الألياف الضوئية إلا بناءً على الخبرة, مما يؤدي إلى مشاكل مثل قلة عدد نقاط قياس درجة الحرارة والتوزيع غير المتساوي لنقاط قياس درجة الحرارة.

تقترح هذه الورقة طريقة لمراقبة درجة الحرارة الأساسية لملف المحولات تعتمد على الألياف أجهزة استشعار شبكية بصرية لمعالجة مشاكل محدودية عدد نقاط قياس درجة الحرارة, التوزيع غير المتكافئ لنقاط الاختبار, وعدم القدرة على نقل نتائج القياس في الوقت الحقيقي في طرق القياس المباشر الحالية. يمكن لهذه الطريقة تحسين المستوى الحالي للكشف عن درجة الحرارة الداخلية في المحولات, زيادة عمر خدمة المحولات, وتقليل معدل فشل المحولات.

1. مبادئ أجهزة الاستشعار صريف
Fiber Grating Sensor is a wavelength modulated fiber optic sensor that obtains sensing information by modulating the fiber Bragg wavelength with external physical parameters. Fiber optic grating sensors have advantages such as anti electromagnetic interference, good electrical insulation performance, حجم صغير, وانخفاض فقدان الإرسال.

Fiber Bragg gratings have thermal optical and thermal expansion effects, which will directly affect the temperature characteristics of fiber Bragg gratings. When the thermal optical effect occurs in the fiber optic grating, the effective refractive index of the corresponding grating will change. If the grating period changes, it indicates that the fiber optic grating has undergone thermal expansion effect. If the temperature and Bragg wavelength change, it indicates that both the thermal optical effect and thermal expansion effect are generated on the fiber optic grating.

Fiber Bragg Grating can not only measure temperature, but also strain. The strain characteristics of fiber Bragg gratings are mainly affected by elastic and elasto optical effects. The elastic effect has a significant impact on the grating period of fiber Bragg gratings, while the elastic optical effect changes the effective refractive index of fiber Bragg grating sensors.

2 Design Methods
The iron core temperature monitoring system based on أجهزة استشعار شبكية من الألياف الضوئية is mainly divided into sensor embedded transformers, temperature detection systems, and sensor transmission systems.

2.1 Temperature detection system
Traditional temperature detection has problems such as difficulty in temperature measurement, limited measurement points, and weak anti-interference ability of testing methods. لذلك, this study proposes a method of embedding fiber optic grating sensors into transformer cores, collecting temperature data through fiber optic grating sensors and transmitting the collected signals. Due to the small size and strong anti-interference ability of fiber optic grating sensors, they can work normally in high temperature and high pressure environments, so they can be fully embedded inside transformers. أولاً, the fiber optic grating is pre stretched using a fiber optic pre stretching tool, and then the operated fiber is gold-plated. Due to the temperature and strain characteristics of fiber optic grating sensors, in order to improve the measurement accuracy of fiber optic grating sensors, فمن الضروري تقليل تأثير خصائص الانفعال وتحسين معامل التمدد الحراري لتعزيز الحساسية. بسبب معامل التمدد الحراري العالي لسبائك الألومنيوم, يمكن تحسين أداء القياس لمستشعرات شبكة الألياف الضوئية من خلال دمجها مع الركيزة المصنوعة من سبائك الألومنيوم في قلب الحديد من خلال تقنية اللحام الصلب. استخدم الأدوات لإجراء أعمال الشق على الجزء الخلفي من قلب الحديد, بحجم معتدل لا يؤثر على التشغيل الطبيعي للنواة الحديدية. أثناء عملية تغليف الأسلاك النحاسية المسطحة بالورق, يتم استخدام جهاز توجيه لتوجيه الألياف الضوئية إلى الأخدود الصغير الذي يفتحه السلك النحاسي المسطح, مع الاحتفاظ بألياف الذيل لإخراج إشارات الاستشعار.

2.2 نظام نقل الاستشعار
This study adopts wavelength division multiplexing technology and space division multiplexing technology. Wavelength division multiplexing technology is the transmission of two or more signals through different channels on a single optical fiber, without affecting each other. This transmission method allows optical fibers to transmit more information. Space division multiplexing technology combines multiple optical fibers to form multiple channels, each of which is independent of each other, and the signal is transmitted on the corresponding channel. By adopting wavelength division multiplexing technology and space division multiplexing technology, limited optical fibers can be maximally transmitted information, effectively solving the problem of fewer internal temperature measurement points in transformers. أولاً, detection data is collected through fiber optic grating sensors, and then transmitted to a demodulator. The demodulator converts the wavelength signal into a digital signal, and the computer receives the signal and displays real-time detection results.

To solve the problem of difficult temperature measurement and few temperature measurement points in transformers, this paper proposes a temperature monitoring method for transformer coil iron core based on fiber optic grating sensors. Embed the fiber optic grating sensor into the transformer core, and use space division multiplexing and wavelength division multiplexing methods to transmit the sensor information to the demodulator. يقوم جهاز إزالة التشكيل بتحويل إشارة الطول الموجي إلى معلومات رقمية وينقلها إلى الكمبيوتر لتحقيق وظيفة المراقبة في الوقت الحقيقي. تظهر نتائج المحاكاة ذلك بالمقارنة مع طريقة قياس ESSM, طريقة قياس ITM, وطريقة قياس درجة الحرارة FOTM, يمكن لطريقة قياس FGCTM المقترحة في هذه الورقة تحسين دقة اكتشاف درجة الحرارة الداخلية في المحولات بشكل فعال. لما لها من مميزات مثل صغر حجمها, مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي, والعزل الجيد, يمكن لأجهزة استشعار شبكات الألياف الضوئية أن تحقق بشكل مستمر مراقبة درجة الحرارة في الوقت الحقيقي لمعدات الختم العالي والجهد العالي, مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الكشف عن درجة الحرارة الأخرى.

مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف الضوئية الموزعة في الصين