基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统及检测方法。该系统包括：低温环境箱，其用于模拟极端低温环境；光纤传感器测量装置，其用于经通信光纤获取预埋在干式空心电抗器的匝间的光纤传感器检测到的绕组形变或绕组处的温度；电流发生器，其用于与匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器连接，对干式空心电抗器进行通流试验；其中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器放置在低温环境箱时，电流发生器向低温环境下的干式空心电抗器提供稳定电流，光纤传感器测量装置获取干式空心电抗器在低温环境下通流试验时的匝间形变数据或温度数据。该检测系统的检测结果精度高，可靠性高。

Low temperature resistance test system and method of reactor based on optical fiber sensor

【技术实现步骤摘要】
基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统及检测方法
本专利技术涉及高压电气设备
，具体涉及基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统及检测方法。
技术介绍
随着输变电工程向紧凑化发展，线路铺设占地面积少而输送容量大，对无功补偿、限流等功能的需求也随之增加。干式空心电抗器因其维护简单、线性度高、抗大电流冲击能力强等优点在电力系统获得了广泛应用。大量运维经验显示，在极端低温等恶劣运行环境下，干式空心电抗器的故障率显著高于正常运行环境地区的故障率。干式空心电抗器故障对变电站设备、人员安全及电力供应可靠性等均会造成了较大的不利影响。目前干式空心电抗器的现场诊断和检测方法包括运行时外观结构检查、不定期温度巡检；停电时进行电阻、电抗测量；停电时进行匝间过电压试验等。在极端低温等特殊运行环境下，也主要采用与普通运行环境相同的检测评估手段，因此，不能及时评估电抗器的绝缘状态，且评估结果可靠性不高。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术提供一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统及检测方法，以解决现有技术中针对干式空心电抗器的性能检测手段单一、检测结果可靠性不高等问题。第一方面，本专利技术提供一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统，包括：低温环境箱，其用于模拟极端低温环境；光纤传感器测量装置，其用于经通信光纤获取预埋在干式空心电抗器的匝间的光纤传感器检测到的绕组形变或绕组处的温度；电流发生器，其用于与匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器连接，对干式空心电抗器进行通流试验；其中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器放置在低温环境箱时，电流发生器向低温环境下的干式空心电抗器提供稳定电流，光纤传感器测量装置获取干式空心电抗器在低温环境下通流试验时的匝间形变数据或温度数据。第二方面，本专利技术提供一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测方法，包括：步骤10：在常温下，对预埋光纤传感器的干式空心电抗器分别进行通流试验、雷电冲击试验和匝间振荡试验；试验期间，光纤传感器测量装置获取由光纤振动传感器获取的振动位移测试数据和由光纤温度传感器获取的温度测试数据；并由分别与冲击试验或匝间振荡试验配套设置的波形记录装置记录电抗器的冲击响应波形和匝间振荡响应波形；步骤20：将预埋光纤传感器的电抗器放置在低温环境箱中，设置目标温度为被试干式电抗器运行环境的最低温度，并维持低温环境箱内的温度至预先设定的时长；随后，对预埋光纤传感器的电抗器分别进行通流试验、雷电冲击试验和匝间振荡试验；试验期间，光纤传感器测量装置获取由光纤振动传感器获取的振动位移测试数据和由光纤温度传感器获取的温度测试数据，并由分别与冲击试验或匝间振荡试验配套设置的波形记录装置记录电抗器的冲击响应波形和匝间振荡响应波形；步骤30：将预埋光纤传感器的电抗器从低温环境箱中取出，并放置在常温环境中，至预先设定的时长；随后，对预埋光纤传感器的电抗器分别进行通流试验、雷电冲击试验和匝间振荡试验；试验期间，光纤传感器测量装置获取由光纤振动传感器获取的振动位移测试数据和由光纤温度传感器获取的温度测试数据，并由分别与冲击试验或匝间振荡试验配套设置的波形记录装置记录电抗器的冲击响应波形和匝间振荡响应波形；其中，光纤传感器预埋在干式空心电抗器的电动力集中点或温度集中点的至少一处的线圈匝间；与光纤传感器连接的通信光纤经光纤保护装置后引出到干式空心电抗器的外部，并与光纤传感器测量装置连接。本专利技术提供一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统及检测方法。该检测方法充分考虑了极端低温环境对电抗器电气性能和机械结构稳定性的不利影响，提出了针对运行在极端低温环境的干式空心电抗器的耐低温性能检测系统及耐低温性能检测方法，检测结果精度高，可靠性高。本专利技术提供的基于光纤传感器的干式空心电抗器耐低温性能检测系统，真实模拟了干式空心电抗器运行的极端低温环境；分别获取到了多种运行模式下干式空心电抗器内部的温度数据和结构件的变形数据；根据全面完整的温度数据和结构件的变形数据，可以对极端低温环境干式空心电抗器的耐低温性能进行定性地评估。附图说明通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本专利技术的示例性实施方式：图1为本专利技术实施例的基于光纤传感器的干式空心电抗器耐低温性能检测系统的组成示意图；图2为本专利技术另一实施例的基于光纤传感器的干式空心电抗器耐低温性能检测系统的组成示意图；图3为本专利技术实施例基于光纤传感器的干式空心电抗器耐低温性能检测方法的流程示意图；图4为本专利技术实施例的方法中在干式空心电抗器中预埋光纤传感器及光纤保护装置的示意图；图5为本专利技术实施例的方法中电抗器耐低温通流试验的示意图；图6为本专利技术实施例的方法中电抗器耐低温匝间振荡试验的示意图；图7为本专利技术实施例的方法中电抗器耐低温雷电冲击试验的示意图；图8为本专利技术实施例的方法及系统中典型的干式空心电抗器的结构示意图。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。目前，在东北、青藏高原、甘肃、内蒙等冬季环境温度低、温度变化幅度大的地区，在寒冷天气时频繁出现干式空心电抗器故障，具体故障形式表现为因匝间绝缘短路、局部过热等引发的绝缘劣化，甚至发热烧毁。干式空心电抗器故障对变电站设备、人员安全及电力供应可靠性等均造成较大的不利影响。因此，在极端低温运行条件下，需要更密切地跟踪设备的运行温度及其绝缘性能。电抗器在电网中主要承担补偿系统电容电流及限制系统短路电流的作用。具体地，串联电抗器多与电容器串联或与电容器组成谐波回路，在回路投入时抑制冲击电流或对特定谐波进行滤波；并联电抗器多并联于变电站低压侧，用于补偿长距离线路电容性充电电流，限制系统操作过电压，从而降低系统绝缘水平要求。如，某型号的并联干式空心电抗器的外径为5m，质量大致为100t。如图8的典型结构所示，干式空心电抗器由多个同轴线圈/绕组11并联地组成。各线圈由浸有环氧树脂的玻璃纤维包封包裹；各包封间设置聚酯玻璃钢条作为支撑。各线圈并联；每层线圈由数根小截面铝导线并绕而成。而匝间绝缘则为环氧树脂绕包玻璃纤维或环氧树脂绕包聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜。各线圈的首末两端分别连接至顶部和底部的铝质星形架。这里，铝质星形架起到电气连接及机械固定的双重作用。在进行电抗器通流试验、雷电冲击试验和匝间振荡试验时，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统，其特征在于，包括：/n低温环境箱，其用于模拟极端低温环境；/n光纤传感器测量装置，其用于经通信光纤获取预埋在干式空心电抗器的匝间的光纤传感器检测到的绕组形变或绕组处的温度；/n电流发生器，其用于与匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器连接，对干式空心电抗器进行通流试验；/n其中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器放置在低温环境箱时，电流发生器向低温环境下的干式空心电抗器提供稳定电流，光纤传感器测量装置获取干式空心电抗器在低温环境下通流试验时的匝间形变数据或温度数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测系统，其特征在于，包括：
低温环境箱，其用于模拟极端低温环境；
光纤传感器测量装置，其用于经通信光纤获取预埋在干式空心电抗器的匝间的光纤传感器检测到的绕组形变或绕组处的温度；
电流发生器，其用于与匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器连接，对干式空心电抗器进行通流试验；
其中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器放置在低温环境箱时，电流发生器向低温环境下的干式空心电抗器提供稳定电流，光纤传感器测量装置获取干式空心电抗器在低温环境下通流试验时的匝间形变数据或温度数据。


2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：
冲击电压发生器，其用于与匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器连接，对干式空心电抗器进行雷电冲击试验；
与冲击电压发生器配套设置的波形记录装置，其用于记录雷电冲击试验过程中，干式空心电抗器的响应波形；
其中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器放置在低温环境箱时，冲击电压发生器向低温环境下的干式空心电抗器提供标准的雷电冲击全波电压，光纤传感器测量装置获取干式空心电抗器在低温环境下雷电冲击试验时的匝间形变数据或温度数据。


3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：
高频脉冲电压发生器，其用于与匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器连接，对干式空心电抗器进行匝间振荡试验；
与高频脉冲电压发生器配套设置的波形记录装置，其用于记录匝间振荡试验过程中，干式空心电抗器的响应波形；
其中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器放置在低温环境箱时，高频脉冲电压发生器向低温环境下的干式空心电抗器提供高频振荡脉冲电压，光纤传感器测量装置获取干式空心电抗器在低温环境下匝间振荡试验时的匝间形变数据或温度数据。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测系统，其特征在于，
在一次完整的循环试验过程中，匝间预埋有光纤传感器的干式空心电抗器在第一试验阶段放置在常温环境，在第二试验阶段放置在低温环境箱内，在第三试验阶段放置在常温环境；
其中，第一试验阶段、第二试验阶段、第三试验阶段依次顺序展开；
在各试验阶段中，均在干式空心电抗器内部结构的温度与环境温度一致后，光纤传感器测量装置经通信光纤获取预埋在干式空心电抗器的匝间的光纤传感器检测到的绕组形变或绕组处的温度。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的检测系统，其特征在于，
光纤传感器预埋在干式空心电抗器的电动力集中点或温度集中点的至少一处的线圈匝间；
与光纤传感器连接的通信光纤经光纤保护装置后引出到干式空心电抗器的外部，并与光纤传感器测量装置连接。


6.一种基于光纤传感器的电抗器耐低温性能检测方法，其特征在于，包括：
步骤10：在常温下，对预埋光纤传感器的干式空心电抗器分别进行通流试验、雷电冲击试验和匝间振荡试验；试验期间，光纤传感器测量装置获取由光纤振动传感器获取的振动位移测试数据和由光纤温度传感器获取的温度测试数据；并由分别与冲击试验或匝间振荡试验配套设置的波形记录装置记录电抗器的冲击响应波形和匝间振荡响应波形；
步骤20：将预埋光纤传感器的电抗器放置在低温环境箱中，设置目标温度为被试干式电抗器运行环境的最低温度，并维持低温环境箱内的温度至预先设定的时长；随后，对预埋光纤传感器的电抗器分别进行通流试验、雷电冲击试验和匝间振荡试验；试验期间，光纤传感器测量装置获取由光纤振动传感器获取的振动位移测试数据和由光纤温度传感器获取的温度测试数据，并由分别与冲击试验或匝间振荡试验配套设置的波形记录装置记录电抗器的冲击响应波形和匝间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，程涣超，郝文光，孙建涛，王红雨，邓俊宇，于春来，梁建权，刘雪丽，王健一，汤浩，赵志刚，遇心如，吴超，赵晓宇，汪可，徐征宇，赵晓林，梁宁川，吕晓露，李熙宁，谭瑞娟，杨帆，李戈琦，关健昕，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，中国电力科学研究院有限公司，北京电力设备总厂有限公司，国家电网有限公司，国网黑龙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23