分布式布喇格传感器系统(FBG)是一种先进的光纤传感技术,它在电力系统的监测与控制方面发挥着重要作用。该技术通过利用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的反射波长特性,实现对温度、应力等物理量的精确测量。FBG传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、耐高温高压等优点,并且可以在恶劣环境下稳定工作。
在电力系统中,干式空心电抗器是一种重要的电气设备,主要用于限制合闸涌流、短路电流、补偿杂散容性电流、滤波等作用。由于干式空心电抗器的低损耗、低噪音、电抗值线性度好、设计寿命长、维护简单等特点,在电力系统中得到了广泛的应用。
然而,干式空心电抗器在运行过程中,尤其是在启停过程中的温度骤变以及长期运行中的高温环境,对电抗器的安全稳定运行构成了严重威胁。温度变化会导致包封层内绕组间的匝间绝缘劣化,从而可能引发匝间短路,甚至导致干式电抗器烧损事故。
为了有效监测干式空心电抗器的内部温度和应变,科研人员开发了一种基于分布式光纤布喇格光栅(FBG)传感系统的监测设备。这种监测系统能够同时测量干式空心电抗器包封层内部不同空间点的温度和应力变化,进而分析环境温度变化与匝间绝缘之间的关系。通过在线监测固化温升过程中干燥室炉温变化对FBG传感器系统测量数据的影响,实验结果证明了温度条件的变化对绕组间匝间绝缘的严重影响。
分布式FBG传感器系统的结构设计充分考虑了干式空心电抗器包封层内部不同空间点温度和应力监测的需求,采用了波分复用技术,实现了多光纤传感器的复用和数据融合,满足了应变和温度不同测量要求。在实验过程中,科研人员在干式电抗器内部不同位置植入了不同数量和种类的光纤光栅传感器,并通过耦合器将分布在电抗器内的各传感器的光信号耦合,经光纤多路传输和调制后连接到终端解调仪中。终端PC机对解调仪处理过的数据进行处理,最终得到所需的温度和应力信息。
分布式FBG传感器系统中的温度传感器由光纤光栅、陶瓷套管和聚四氟乙烯组装而成,其中测温光栅一端自由悬空,确保传感器只受到温度的影响。而应变传感器则考虑到温度变化导致的电抗器应承受的应变拉力,通过精确测量温度和应力,能够有效地监测干式空心电抗器的运行状态,预防和及时发现匝间绝缘故障。
分布式FBG传感器系统在电力系统中的应用,为避免干式空心电抗器匝间绝缘故障的发生以及故障点的寻找提供了设备支持,提高了电力系统的安全稳定性和可靠性。同时,该系统还适用于其他需要高精度监测的复杂条件,比如在恶劣环境下工作的其他电力设备的监测。
在电力系统运行中,干式空心电抗器温度监测的研究不仅对提高电网的安全稳定运行具有重要意义,也为其他电力设备的监测和维护提供了宝贵的经验和参考。随着科技的发展,分布式光纤传感技术将会在电力系统中扮演越来越重要的角色。