วิธีใช้เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิแกนของหม้อแปลงชนิดแห้ง

ในสมาร์ทกริด, หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังกลายเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้. การทำงานของหม้อแปลงส่งผลโดยตรงต่อการผลิตและชีวิตของผู้คน. เพื่อให้สามารถตรวจสอบสถานะของหม้อแปลงได้ดีขึ้น, จำเป็นต้องทำการตรวจจับที่ควบคุมได้บนหม้อแปลงไฟฟ้า. อายุการใช้งานของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับความจุของฉนวนเป็นหลัก. ในการปฏิบัติงานจริงของหม้อแปลงไฟฟ้า, อุณหภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าส่งผลต่อความจุของฉนวน, ดังนั้นอายุการใช้งานของหม้อแปลงจึงสรุปได้โดยการตรวจจับอุณหภูมิของหม้อแปลง. ระหว่างการทำงานของหม้อแปลง, อุณหภูมิแกนสามารถสะท้อนอุณหภูมิภายในได้โดยตรง, จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับวิธีการตรวจจับที่สามารถตรวจจับอุณหภูมิแกนได้อย่างแม่นยำ.

ในปัจจุบัน, มีสามวิธีหลักในการตรวจจับอุณหภูมิของแกนเหล็ก: วิธีการวัดแบบจำลองความร้อน, วิธีการวัดการคำนวณทางอ้อม, และวิธีการวัดโดยตรง. การใช้วิธีการวัดการจำลองความร้อนเพื่อวัดอุณหภูมิของขดลวดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความเรียบง่าย, แต่กระบวนการจำลองและกระบวนการเพิ่มอุณหภูมิมีข้อผิดพลาดที่สำคัญ, ส่งผลให้ผลการทำนายคลาดเคลื่อนจนไม่สามารถสะท้อนอุณหภูมิของขดลวดได้อย่างแม่นยำ. วิธีการคำนวณทางอ้อมสำหรับการวัดอุณหภูมิของขดลวดช่วยลดความยุ่งยากในการกระจายคุณลักษณะทางความร้อนของหม้อแปลงไฟฟ้า, และการคำนวณนั้นง่ายและมีความแม่นยำในระดับหนึ่ง. อย่างไรก็ตาม, ผลการคำนวณอาจได้รับผลกระทบจากจุดร้อนในขดลวด. วิธีการวัดโดยตรงสามารถสะท้อนแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในหม้อแปลงได้อย่างแม่นยำ โดยการวัดอุณหภูมิของขดลวดโดยตรง. วิธีการวัดโดยตรงจะรวมถึงการทดสอบเซ็นเซอร์สัญญาณไฟฟ้าเป็นหลัก, การทดสอบการวัดอุณหภูมิอินฟราเรด, และการทดสอบการวัดอุณหภูมิด้วยใยแก้วนำแสง.

วิธีการวัดเซ็นเซอร์สัญญาณไฟฟ้าใช้ในการวัดอุณหภูมิภายในของหม้อแปลงโดยตรง, แต่เซ็นเซอร์สัญญาณไฟฟ้ามีอายุการใช้งานสั้นและได้รับผลกระทบอย่างมากจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า, และผลการทดสอบไม่สามารถสะท้อนอุณหภูมิภายในได้อย่างแม่นยำ. วิธีการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดใช้การทดสอบอินฟราเรด, แต่ไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและไม่สามารถส่งผลการทดสอบได้ทันเวลา, ทำให้ไม่สามารถบรรลุฟังก์ชันการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ได้. วิธีการวัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแม่นยำในการวัดสูง. อย่างไรก็ตาม, เมื่อนำวิธีนี้ไปใช้กับการวัดอุณหภูมิหม้อแปลงไฟฟ้า, สามารถวางเซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกได้ตามประสบการณ์เท่านั้น, ส่งผลให้เกิดปัญหาเช่นจุดวัดอุณหภูมิจำนวนน้อยและการกระจายจุดวัดอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอ.

บทความนี้เสนอวิธีการตรวจสอบอุณหภูมิแกนขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าโดยใช้ไฟเบอร์ เซ็นเซอร์ตะแกรงออปติก เพื่อแก้ไขปัญหาจุดวัดอุณหภูมิที่มีจำกัด, การกระจายจุดทดสอบไม่สม่ำเสมอ, และไม่สามารถส่งผลการวัดแบบเรียลไทม์ในวิธีการวัดโดยตรงในปัจจุบัน. วิธีนี้สามารถปรับปรุงระดับการตรวจจับอุณหภูมิภายในปัจจุบันในหม้อแปลงไฟฟ้าได้, เพิ่มอายุการใช้งานของหม้อแปลง, และลดอัตราความล้มเหลวของหม้อแปลงไฟฟ้า.

1. หลักการของเซ็นเซอร์ตะแกรง
เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์เป็นเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกแบบมอดูเลตความยาวคลื่นที่ได้รับข้อมูลการตรวจจับโดยการปรับความยาวคลื่นของไฟเบอร์แบร็กด้วยพารามิเตอร์ทางกายภาพภายนอก. เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกมีข้อดี เช่น ป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า, ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้าที่ดี, ขนาดเล็ก, และการสูญเสียการส่งผ่านต่ำ.

ตะแกรงไฟเบอร์แบร็กมีผลการขยายตัวทางแสงและความร้อนจากความร้อน, ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อลักษณะอุณหภูมิของตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์. เมื่อเอฟเฟกต์แสงความร้อนเกิดขึ้นในตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, ดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพของตะแกรงที่เกี่ยวข้องจะเปลี่ยนไป. หากระยะเวลาตะแกรงเปลี่ยนแปลง, บ่งชี้ว่าตะแกรงไฟเบอร์ออปติกได้รับผลกระทบจากการขยายตัวทางความร้อน. หากอุณหภูมิและความยาวคลื่นแบรกก์เปลี่ยนแปลง, มันบ่งชี้ว่าทั้งเอฟเฟกต์แสงความร้อนและเอฟเฟกต์การขยายตัวทางความร้อนถูกสร้างขึ้นบนตะแกรงไฟเบอร์ออปติก.

ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ไม่เพียงแต่วัดอุณหภูมิเท่านั้น, แต่ยังเครียด. ลักษณะความเครียดของตะแกรงไฟเบอร์ Bragg ส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากเอฟเฟกต์แสงแบบยืดหยุ่นและอีลาสโต. ผลกระทบจากความยืดหยุ่นมีผลกระทบอย่างมากต่อระยะเวลาการตะแกรงของตะแกรงไฟเบอร์ Bragg, ในขณะที่เอฟเฟกต์แสงแบบยืดหยุ่นจะเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิผลของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg.

2 วิธีการออกแบบ
ระบบตรวจสอบอุณหภูมิแกนเหล็กตาม เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก ส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นหม้อแปลงฝังเซ็นเซอร์, ระบบตรวจจับอุณหภูมิ, และระบบส่งสัญญาณเซ็นเซอร์.

2.1 ระบบตรวจจับอุณหภูมิ
การตรวจจับอุณหภูมิแบบดั้งเดิมมีปัญหา เช่น ความยากในการวัดอุณหภูมิ, จุดวัดที่จำกัด, และความสามารถในการป้องกันการรบกวนของวิธีทดสอบที่อ่อนแอ. ดังนั้น, การศึกษานี้เสนอวิธีการฝังเซนเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกลงในแกนหม้อแปลง, รวบรวมข้อมูลอุณหภูมิผ่านเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกและส่งสัญญาณที่รวบรวม. เนื่องจากขนาดที่เล็กและความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่งของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, พวกเขาสามารถทำงานได้ตามปกติในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง, จึงสามารถฝังอยู่ในหม้อแปลงได้เต็มที่. ประการแรก, ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกถูกยืดไว้ล่วงหน้าโดยใช้เครื่องมือยืดไฟเบอร์ออปติกล่วงหน้า, จากนั้นไฟเบอร์ที่ดำเนินการจะถูกชุบทอง. เนื่องจากลักษณะอุณหภูมิและความเครียดของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัดของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, จำเป็นต้องลดอิทธิพลของลักษณะความเครียดและปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนเพื่อเพิ่มความไว. เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงของอลูมิเนียมอัลลอยด์, ประสิทธิภาพการวัดของเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกสามารถปรับปรุงได้โดยการรวมเข้ากับพื้นผิวโลหะผสมอลูมิเนียมของแกนเหล็กผ่านเทคโนโลยีการเชื่อมแบบแข็ง. ใช้เครื่องมือเพื่อทำการเซาะร่องที่ด้านหลังของแกนเหล็ก, ด้วยขนาดปานกลางที่ไม่ส่งผลต่อการทำงานปกติของแกนเหล็ก. ระหว่างขั้นตอนการห่อลวดทองแดงแบนด้วยกระดาษ, อุปกรณ์นำทางใช้เพื่อนำใยแก้วนำแสงเข้าไปในร่องเล็ก ๆ ที่เปิดด้วยลวดแบนทองแดง, ในขณะที่สงวนเส้นใยหางไว้เพื่อนำสัญญาณการตรวจจับออกไป.

2.2 ระบบส่งกำลังเซ็นเซอร์
การศึกษานี้ใช้เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่นและเทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่. เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่นคือการส่งสัญญาณตั้งแต่สองตัวขึ้นไปผ่านช่องสัญญาณที่แตกต่างกันบนใยแก้วนำแสงเส้นเดียว, โดยไม่กระทบกระเทือนซึ่งกันและกัน. วิธีการส่งข้อมูลนี้ช่วยให้เส้นใยนำแสงสามารถส่งข้อมูลเพิ่มเติมได้. เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่รวมใยแก้วนำแสงหลายตัวเพื่อสร้างหลายช่องสัญญาณ, ซึ่งแต่ละอันเป็นอิสระจากกัน, และสัญญาณจะถูกส่งไปในช่องที่เกี่ยวข้อง. โดยการนำเทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่นและเทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งพื้นที่, ใยแก้วนำแสงที่มีข้อจำกัดสามารถส่งข้อมูลได้มากที่สุด, แก้ปัญหาจุดวัดอุณหภูมิภายในหม้อแปลงน้อยลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ. ประการแรก, ข้อมูลการตรวจจับจะถูกรวบรวมผ่านเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก, แล้วส่งไปยังเครื่องดีมอดูเลเตอร์. เครื่องดีโมดูเลเตอร์จะแปลงสัญญาณความยาวคลื่นให้เป็นสัญญาณดิจิทัล, และคอมพิวเตอร์รับสัญญาณและแสดงผลการตรวจจับแบบเรียลไทม์.

เพื่อแก้ปัญหาการวัดอุณหภูมิที่ยากลำบากและจุดวัดอุณหภูมิในหม้อแปลงน้อย, บทความนี้เสนอวิธีการตรวจสอบอุณหภูมิสำหรับแกนเหล็กคอยล์หม้อแปลงไฟฟ้าโดยใช้เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติก. ฝังเซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกลงในแกนหม้อแปลง, และใช้วิธีการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่และมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นเพื่อส่งข้อมูลเซ็นเซอร์ไปยังเครื่องดีมอดูเลเตอร์. เครื่องดีโมดูเลเตอร์จะแปลงสัญญาณความยาวคลื่นเป็นข้อมูลดิจิทัล และส่งไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้ฟังก์ชันการตรวจสอบแบบเรียลไทม์. ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการวัด ESSM, วิธีการวัด ITM, และวิธีการวัดอุณหภูมิแบบ FOTM, วิธีการวัด FGCTM ที่เสนอในบทความนี้สามารถปรับปรุงความแม่นยำในการตรวจจับอุณหภูมิภายในในหม้อแปลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ. เนื่องจากมีข้อดีเช่นขนาดที่เล็ก, ทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า, และฉนวนอย่างดี, เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ออปติกสามารถตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ของอุปกรณ์ซีลสูงและไฟฟ้าแรงสูงได้อย่างต่อเนื่อง, ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานตรวจจับอุณหภูมิอื่นๆ.

เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก, ระบบตรวจสอบอัจฉริยะ, จำหน่ายผู้ผลิตใยแก้วนำแสงในประเทศจีน