基于光纤光栅的GIS触头温度多点分布式测量系统研制

发布时间：2017-10-25 12:37

  本文关键词：基于光纤光栅的GIS触头温度多点分布式测量系统研制

  更多相关文章： GIS 触头温度 多物理场耦合 光纤光栅 多点分布式 拟合算法

【摘要】：GIS设备以其小型化、可靠性高、维护方便等优点被广泛应用于电力系统。但是其密封严、体积小、电流大等结构与工况特点,导致当GIS设备触头接触不良时容易引发触头过热现象,从而造成短路等重大事故。与测量回路电阻和局放在线监测等触头状态辅助监测方法、红外辐射技术、红外热诊断技术等GIS测温方法相比,光纤光栅测温技术具有体积小、精度高、可定点测量、不受电磁干扰、不对GIS电磁场产生影响、不威胁GIS运行安全性等优点,是近年来GIS触头温度监测技术研究热点。GIS温度分布规律不明确是光纤光栅测温技术应用于GIS触头温度监测的主要技术瓶颈。针对这一难题本文在电磁场-流体场-温度场理论的基础上,建立了GIS多物理场耦合数学模型,并分别对GIS隔离开关和母线简化后进行仿真计算,揭示了GIS电磁场及温度场的基本分布情况,为光纤光栅温度传感器的安装位置提供参考。以GIS母线为原型,在多物理场耦合的基础上施加多重边界条件,分析了内部负荷电流和外部气候因素对GIS温度场的影响,结果表明：导体和外壳温度增长率随着负荷增大；环境温度的改变导致GIS温度近似线性变化;太阳辐射显著改变GIS温度分布规律,随着光照增强,外壳最热点逐渐向太阳直射方向偏移；风速对内部导体温度的影响受SF6导热能力限制,当外壳温度降到接近环境温度时,导体温度不在随着风速增加而减小。为了测试光纤光栅温度传感器的测量特性和验证GIS仿真计算结果的正确性,本文搭建了GIS测温实验平台,遴选了适用于GIS测温的光纤光栅温度传感器和解调仪,制定了光纤光栅温度传感器标定方案和GIS测温实验方案。多组对比实验表明光纤光栅温度传感器灵敏度和准确度较高,满足GIS测温要求,GIS测温实验结果与仿真结果整体趋势一致,相对误差较小,仿真模型和结果正确可靠。以外壳温度反推触头温度的算法是光纤光栅测温的另一个关键技术。本文在仿真和实验所得结果基础上,提出了神经网络算法、支持向量机算法和经验公式法,三种方法的计算结果和实测值对比表明算法的有效性。最后提出了GIS触头温度多点分布式测量系统设计方案,并通过Lab VIEW开发了触头温度多点分布式预测系统。
【关键词】：GIS 触头温度 多物理场耦合 光纤光栅 多点分布式 拟合算法
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811;TM595
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题的背景及意义11
• 1.2 GIS触头温度监测研究进展11-16
• 1.2.1 辅助监测方法12-13
• 1.2.2 红外辐射测温技术13-14
• 1.2.3 红外热诊断技术14-15
• 1.2.4 光纤光栅(FBG)测温技术15-16
• 1.3 FBG监测GIS触头温度监测技术的优势及主要难点16-17
• 1.3.1 FBG监测GIS触头温度的优势16
• 1.3.2 FBG监测GIS触头温度的主要难点16-17
• 1.4 本文主要内容17-19
• 第2章 基于有限元分析的GIS温度多场耦合数值计算19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 GIS多物理场耦合数学模型19-22
• 2.2.1 数值计算软件选取19-20
• 2.2.2 电磁场-流场-温度场耦合过程20
• 2.2.3 电磁场数学模型20-21
• 2.2.4 稳态流场-温度场数学模型21-22
• 2.3 GIS隔离开关耦合场数值计算22-28
• 2.3.1 GIS隔离开关数值计算物理模型简化22-24
• 2.3.2 GIS隔离开关数值计算边界条件设置24-25
• 2.3.3 GIS隔离开关数值计算结果与分析25-28
• 2.4 GIS母线耦合场数值计算28-31
• 2.4.1 GIS母线数值计算物理模型简化28-29
• 2.4.2 GIS母线数值计算边界条件设置29-30
• 2.4.3 GIS母线数值计算结果与分析30-31
• 2.5 GIS温度分布影响因素分析31-37
• 2.5.1 负荷电流32
• 2.5.2 环境温度32-33
• 2.5.3 太阳辐射33-35
• 2.5.4 风速35-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 GIS光纤光栅测温实验平台及实验验证39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 光纤光栅传感器及解调仪遴选39-43
• 3.2.1 光纤光栅传感基本原理39-40
• 3.2.2 光纤光栅传感器的遴选40-42
• 3.2.3 光纤光栅解调仪的遴选42-43
• 3.3 GIS测温实验平台搭建43-47
• 3.3.1 GIS测温实验装置43-44
• 3.3.2 光纤光栅传感器安装位置选择44-47
• 3.4 光纤光栅温度传感器的标定47-48
• 3.4.1 光纤光栅温度传感器标定方案47
• 3.4.2 光纤光栅温度传感器标定结果47-48
• 3.5 GIS测温实验与仿真对比分析48-50
• 3.5.1 GIS稳态测温实验方案48
• 3.5.2 GIS隔离开关测温实验结果48-49
• 3.5.3 GIS母线测温实验结果49-50
• 3.5.4 误差分析50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 GIS触头温度预测算法及分布式测量系统研制51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 GIS触头温度预测算法51-57
• 4.2.1 神经网络算法51-55
• 4.2.2 支持向量机算法55-56
• 4.2.3 经验公式法56-57
• 4.3 基于光纤光栅的GIS触头温度多点分布测量系统设计57-60
• 4.3.1 硬件系统57-58
• 4.3.2 软件系统58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-68
• 附录68-69
• A. 作者在攻读学位期间发表(录用)的主要论文目录68
• B. 作者在攻读学位期间负责或参研的主要科研项目68-69
• 致谢69

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本文编号：1093789