Verwendung von faseroptischen Gittersensoren zur Überwachung der Kerntemperatur von Trockentransformatoren

Im Smart Grid, Leistungstransformatoren sind zu unverzichtbaren Geräten geworden. Der Betrieb von Transformatoren wirkt sich direkt auf die Produktion und das Leben der Menschen aus. Um den Status von Transformatoren besser erkennen zu können, Es ist notwendig, eine kontrollierbare Erkennung an Transformatoren durchzuführen. Die Lebensdauer eines Transformators hängt hauptsächlich von seiner Isolationsfähigkeit ab. Im tatsächlichen Betrieb von Transformatoren, Die Temperatur des Transformators beeinflusst seine Isolationsfähigkeit, Daher wird die Lebensdauer des Transformators durch die Erfassung der Temperatur des Transformators abgeleitet. Während des Transformatorbetriebs, Die Kerntemperatur kann direkt die Innentemperatur widerspiegeln, Daher besteht ein dringender Bedarf an einer Erkennungsmethode, mit der die Kerntemperatur genau erfasst werden kann.

Derzeit, Es gibt drei Hauptmethoden zur Erfassung der Temperatur von Eisenkernen: thermische Simulationsmessmethode, indirekte Berechnungsmessmethode, und direkte Messmethode. Der Einsatz der thermischen Simulationsmessmethode zur Messung der Wicklungstemperatur ist aufgrund ihrer Einfachheit weit verbreitet, Der Simulationsprozess und der Temperaturanstiegsprozess weisen jedoch erhebliche Fehler auf, Dies führt zu ungenauen Vorhersageergebnissen, die die Wicklungstemperatur nicht genau wiedergeben können. Das indirekte Berechnungsverfahren zur Messung der Wicklungstemperatur vereinfacht die thermische Kennlinienverteilung von Transformatoren, und die Berechnung ist einfach und weist ein gewisses Maß an Genauigkeit auf. Jedoch, Die Berechnungsergebnisse können durch die heißen Stellen in den Wicklungen beeinflusst werden. Die direkte Messmethode kann den Trend der Temperaturänderungen im Transformator durch direkte Messung der Wicklungstemperatur genau wiedergeben. Direkte Messmethoden umfassen hauptsächlich die Prüfung elektrischer Signalsensoren, Prüfung der Infrarot-Temperaturmessung, und Prüfung der faseroptischen Temperaturmessung.

Mit der Messmethode des elektrischen Signalsensors wird die Innentemperatur von Transformatoren direkt gemessen, Der elektrische Signalsensor hat jedoch eine kurze Lebensdauer und wird stark durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt, und die Testergebnisse können die Innentemperatur nicht genau wiedergeben. Die Infrarot-Temperaturmessmethode verwendet Infrarottests, Es ist jedoch anfällig für elektromagnetische Störungen und kann die Testergebnisse nicht zeitnah übermitteln, Dies macht es unmöglich, eine Echtzeitüberwachungsfunktion zu erreichen. Die faseroptische Temperaturmessmethode ist aufgrund ihrer hohen Messgenauigkeit weit verbreitet. Jedoch, wenn diese Methode auf die Temperaturmessung von Transformatoren angewendet wird, Glasfasersensoren können nur aufgrund von Erfahrung platziert werden, Dies führt zu Problemen wie einer geringen Anzahl von Temperaturmesspunkten und einer ungleichmäßigen Verteilung der Temperaturmesspunkte.

In diesem Artikel wird eine Methode zur Überwachung der Kerntemperatur von Transformatorspulen auf Faserbasis vorgeschlagen optische Gittersensoren Lösung der Probleme einer begrenzten Anzahl von Temperaturmesspunkten, ungleichmäßige Verteilung der Testpunkte, und Unfähigkeit, Messergebnisse in Echtzeit bei aktuellen direkten Messmethoden zu übertragen. Mit dieser Methode kann das aktuelle Niveau der internen Temperaturerkennung in Transformatoren verbessert werden, erhöhen die Lebensdauer von Transformatoren, und reduzieren die Ausfallrate von Transformatoren.

1. Prinzipien von Gittersensoren
Der Fasergittersensor ist ein wellenlängenmodulierter faseroptischer Sensor, der Erfassungsinformationen durch Modulation der Faser-Bragg-Wellenlänge mit externen physikalischen Parametern erhält. Faseroptische Gittersensoren bieten Vorteile wie den Schutz vor elektromagnetischen Störungen, gute elektrische Isolationsleistung, kleine Größe, und geringer Übertragungsverlust.

Faser-Bragg-Gitter haben thermisch-optische und thermische Ausdehnungseffekte, Dies wirkt sich direkt auf die Temperatureigenschaften von Faser-Bragg-Gittern aus. Wenn der thermisch-optische Effekt im faseroptischen Gitter auftritt, der effektive Brechungsindex des entsprechenden Gitters ändert sich. Wenn sich die Gitterperiode ändert, Dies zeigt an, dass das Glasfasergitter einem Wärmeausdehnungseffekt ausgesetzt war. Wenn sich Temperatur und Bragg-Wellenlänge ändern, 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 faseroptische Gittersensoren 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, begrenzte Messpunkte, and weak anti-interference ability of testing methods. daher, 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. Erstens, 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, Es ist notwendig, den Einfluss der Dehnungseigenschaften zu reduzieren und den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verbessern, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Aufgrund des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung, Die Messleistung von faseroptischen Gittersensoren kann verbessert werden, indem sie durch starre Schweißtechnologie mit dem Aluminiumlegierungssubstrat des Eisenkerns kombiniert werden. Schlitzarbeiten an der Rückseite des Eisenkerns mit Werkzeug durchführen, mit einer moderaten Größe, die den normalen Betrieb des Eisenkerns nicht beeinträchtigt. Beim Umwickeln von Kupferflachdraht mit Papier, Mithilfe einer Führungsvorrichtung wird die optische Faser in die kleine Nut geführt, die durch den Kupferflachdraht geöffnet wird, während die Faserendfaser zum Herausführen von Erfassungssignalen reserviert wird.

2.2 Sensorübertragungssystem
Diese Studie verwendet Wellenlängenmultiplex-Technologie und Raummultiplex-Technologie. Bei der Wellenlängenmultiplex-Technologie handelt es sich um die Übertragung von zwei oder mehr Signalen über verschiedene Kanäle auf einer einzigen optischen Faser, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Durch diese Übertragungsmethode können Lichtwellenleiter mehr Informationen übertragen. Die Raummultiplex-Technologie kombiniert mehrere optische Fasern zu mehreren Kanälen, jedes davon ist unabhängig voneinander, und das Signal wird auf dem entsprechenden Kanal übertragen. Durch die Einführung der Wellenlängenmultiplex-Technologie und der Raummultiplex-Technologie, Begrenzte optische Fasern können maximal Informationen übertragen werden, Dadurch wird das Problem der geringeren Anzahl interner Temperaturmesspunkte in Transformatoren effektiv gelöst. Erstens, Erkennungsdaten werden durch faseroptische Gittersensoren erfasst, und dann an einen Demodulator übertragen. Der Demodulator wandelt das Wellenlängensignal in ein digitales Signal um, und der Computer empfängt das Signal und zeigt Echtzeit-Erkennungsergebnisse an.

Lösung des Problems der schwierigen Temperaturmessung und der wenigen Temperaturmesspunkte in Transformatoren, In diesem Artikel wird eine Temperaturüberwachungsmethode für den Eisenkern einer Transformatorspule vorgeschlagen, die auf faseroptischen Gittersensoren basiert. Betten Sie den faseroptischen Gittersensor in den Transformatorkern ein, und verwenden Raummultiplex- und Wellenlängenmultiplexverfahren, um die Sensorinformationen an den Demodulator zu übertragen. Der Demodulator wandelt das Wellenlängensignal in digitale Informationen um und überträgt sie an den Computer, um eine Echtzeitüberwachungsfunktion zu erreichen. Die Simulationsergebnisse zeigen dies im Vergleich zur ESSM-Messmethode, ITM-Messmethode, und FOTM-Temperaturmessmethode, Die in diesem Dokument vorgeschlagene FGCTM-Messmethode kann die Erkennungsgenauigkeit der Innentemperatur in Transformatoren effektiv verbessern. Aufgrund seiner Vorteile wie der geringen Größe, starke Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen, und gute Isolierung, Mit faseroptischen Gittersensoren kann eine kontinuierliche Echtzeit-Temperaturüberwachung von Hochdicht- und Hochspannungsgeräten erreicht werden, Dadurch eignen sie sich auch für andere Temperaturerkennungsanwendungen.

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