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电抗器温度场分布及光纤测温系统的研究

吴长江  
【摘要】:电抗器是远距离输电系统的主要辅助设备,因其优越的电气性能,在电力输运中起着重要作用。电抗器在运行过程中,往往会因为一些外部环境、自身结构等原因,导致电抗器在运行过程中会产生局部温升过高、过热,并最终导致电抗器的局部烧坏,甚至报废。这给国家和企业带来较大的经济损失。因此,采用理论模型计算电抗器温度场分布及选择合适的测温系统、实时监测电抗器内部温度分布的研究,具有重要的意义和重大的实用价值。 本文根据电力工业中电抗器常见的结构,建立了用于分析并联干式空心电抗器的内部温度场分布的理论模型;利用传热学原理和有限差分法理论推导出电抗器温度场的分布;并用ANSYS软件进行了计算机数值模拟,两种方法得到的结果相一致。根据电抗器内高压强磁场、一般传感器系统无法进行直接测量的情况,提出了利用分布式光纤温度传感系统嵌入电抗器,进行温度实时监控;当电抗器某处温度过高时,分布式光纤温度传感器测量到该信号后由计算机发出警报,并自动切断电源,从而达到保护电抗器的目的。 在理论推导电抗器温度场分布方面,运用传热学原理和稳态热分布的有限差分法,首先计算了考虑热辐射情况下单包封表面的等效对流传热系数的分布及其表面的温度分布;接着讨论了多包封电抗器的温度分布,根据对环氧树脂型干式空心电抗器结构的调研和实际考察,在提出的理论模型中,对各包封表面引入了等效对流传热系数和局部环境温度分布的假设,得到了电抗器的温度场分布。结果表明:轴向方向上,各包封温升最大处出现在高度为三分之二以上;径向方向上,温升最大处出现在第二包封,并向两侧包封依次降低。与报道的电抗器温度测量的初步结果相比较,结合生产厂家及用户反馈的信息,理论计算结果是合理的,和文献报道一致。 在讨论考虑分布式光纤温度传感器嵌入电抗器设各中,从原理上阐明了斯托克斯光和反斯托克斯光的产生机理,讨论了温度信号在光纤中的后向传播、在APD(雪崩二极管)中的光电转换、在主放大器中的放大、在数据采集卡中的采集及其最后计算机的处理等方面的设计考虑,并给出了相关参数。


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