光纤光栅在干抗温度与结构监测中的应用研究

发布时间：2017-07-01 16:10

  本文关键词：光纤光栅在干抗温度与结构监测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了保障电网系统运行的安全与稳定,电网公司非常重视在线监测技术的研发与应用。近年来,35kV并联干式空心电抗器(干抗)在电力系统中应用逐渐增加,其运行事故频繁发生,已经给电力系统的安全与稳定带来许多问题。干式空心电抗器为环氧树脂和玻璃纤维增强的多包封并联结构,其工作在集高电压、强磁场、大电流于一体的极端环境,运行温升与电动力造成了高温、热应变和结构应力之间的相互作用十分复杂。随着运行时间的增长,高温和结构应力会使干式空心电抗器绝缘性能下降,产生结构形变,甚至发生烧损事故。现行的在线监测系统主要是针对电力设备的电参量进行监测,忽略了对非电参量方面的监测。针对干式空心电抗器的结构特点和监测需求,利用光纤Bragg光栅(FBG)传感技术,来实现干式空心电抗器温度与结构的非电参量在线监测。本文研究内容主要包括：(1)根据监测对象温度与结构监测的特殊要求,对干式空心电抗器的器身结构和监测环境进行理论分析和调查研究。分析了光纤光栅传感技术在干式空心电抗器温度与应变在线监测中的优势与可行性。结合结构工艺和运行故障,分析了干式空心电抗器运行状态下的温度场分布和应力分布。(2)针对干式空心电抗器的器身结构和监测特点,从光纤光栅传感机理入手,分析研究埋入式FBG温度传感器和FBG应变传感器的传感结构、传感模型和传感原理。完成传感器的选材加工与标定测试。测试结果表明,初始波长为1550nm时,FBG温度传感器的灵敏度为0.01082nm/℃, FBG应变传感器的灵敏度为0.001201nm/με。(3)通过分析和现场实验,制定电抗器包封绕制时传感器安装的方案,完成基于光纤Bragg光栅的干式空心电抗器的研制。其中,在1包封、3包封、6包封、7包封、9包封只安装温度传感器,5包封和11包封温度安装温度传感器和应变传感器。(4)通过搭建的光纤光栅传感网进行固化和温升两个过程的在线监测。监测结果显示,固化温度稳定后,1、3、5、6、7、9、11包封的温度依次为106.41℃、107.36℃、110.13℃、112.2℃、115.32℃、117.4℃和123.19℃,各包封冷却至室温的轴、径向应变量相同约为-5500με;温升稳定后,1、3、5、6、7、9、11包封的温度温度依次为81.9℃、93.43℃、95.85℃、100℃、97.52℃、95.68℃、71.9℃,5包封轴向应变量约为-3200με,径向应变量约为-4100με。结合温度场、材料收缩与膨胀以及电动力作用,分析干式空心电抗器在固化过程和温升试验过程温度、应变变化趋势,为干式空心电抗器的固化质量和运行安全提供依据。本文通过理论分析和现场实验等方式,开展了光纤光栅在干式空心电抗器温度与结构监测中的应用研究。实施过程中完成了传感器研制、现场施工以及监测实验等工作,以上经验对变电站干式空心电抗器实现光纤光栅非电气量在线监测有重要参考价值。
【关键词】：光纤Bragg光栅 干式空心电抗器 温度 应变 在线监测
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM732;TM47;TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 干式空心电抗器的影响因素与监测现状13-15
• 1.2.1 影响干式空心电抗器正常工作的因素13-14
• 1.2.2 干式空心电抗器的监测现状14-15
• 1.3 光纤光栅传感技术的发展现状及优势特性15-18
• 1.3.1 光纤光栅传感技术的发展现状15-16
• 1.3.2 光纤光栅传感技术应用于电力系统的优势特性16-18
• 1.4 本文主要研究内容18-21
• 第二章 监测对象的结构特点与传感器研制21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 干式空心电抗器的结构特点与监测参量21-27
• 2.2.1 干式空心电抗器的结构与制作工艺21-23
• 2.2.2 干式空心电抗器温度场分布23-25
• 2.2.3 干式空心电抗器的应力分布25-27
• 2.3 FBG传感器的研制27-33
• 2.3.1 FBG传感器的测量要求27-28
• 2.3.2 FBG传感器的传感机理28-30
• 2.3.3 FBG温度传感器传感结构及传感模型30-31
• 2.3.4 FBG应变传感器传感结构及传感模型31-33
• 2.4 小结33-35
• 第三章 基于光纤Bragg光栅的干式空心电抗器研制35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 传感器植埋测试实验35-39
• 3.3 FBG传感器的布点设计及安装方法39-41
• 3.3.1 FBG传感器的布点分布39-40
• 3.3.2 FBG传感器的安装方法40-41
• 3.4 FBG传感器在35kV干式并抗中的布设41-46
• 3.4.1 FBG温度传感器的安装实施步骤42-44
• 3.4.2 FBG应变传感器的安装实施步骤44-46
• 3.5 波分复用技术46-47
• 3.6 小结47-49
• 第四章 高温成型与型式试验在线监测及数据分析49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 包封绕制完成后温度与应力分布49-50
• 4.3 高温成型过程的在线监测与数据分析50-55
• 4.3.1 固化过程温度监测与分析52-53
• 4.3.2 固化过程应变监测与分析53-55
• 4.4 型式试验温升过程的在线监测与数据分析55-58
• 4.4.1 温升过程温度监测与分析56-57
• 4.4.2 温升过程应变监测与分析57-58
• 4.5 小结58-61
• 第五章 总结与展望61-65
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-73
• 附录A：攻读硕士学位期间研究成果73-75
• 附录B：攻读硕士学位期间参与的科研项目75

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本文编号：506571