采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法技术方案

本发明专利技术为采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，属于光纤测温领域，针对的问题，采用技术方案如下：针对现有光纤测温不准确的问题，本发明专利技术提供一种采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，包括如下步骤：步骤1，安装磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统；步骤2，读取铁芯表面温度、绝缘油温度；步骤3，建立测温矫正模型：步骤3.1，确定绝缘油的普朗特数，油道的特征尺寸；步骤3.2，根据普朗特数确定绝缘油无量纲温度分布特性曲线；步骤3.3，获得温度校准公式；步骤3.4，获得铁心温度校准结果；步骤4，显示结果。本发明专利技术提出了温度同时还能有效提高MCR铁心内温度检测的准确性与温度监控的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法
本专利技术属于光纤测温领域，特别涉及一种采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法。
技术介绍
磁阀式可控电抗器(magneticallycontrolledshuntreactor,MCR)由于其输出无功功率连续可调、可靠性高、控制简单等优势，在高压长距离输电的过电压抑制、配电网无功补偿等方面得到了越来越广泛的应用。由于MCR特殊的工作方式，其铁心磁阀长期处于饱和状态，铁心的单位质量损耗远高于普通电抗器及变压器，极易出现远高于平均温度的局部热点甚至过热烧蚀，因此需要采用光纤测温平台对MCR的铁心温度进行监控。用于温度监控的光纤测温传感器一般预埋在MCR内部，紧贴在铁心柱表面磁阀段，并与铁心一同浸泡在变压器油中。光纤测温能较好地适应MCR内部高压、强磁场的测量环境，但通过对比实验发现，光纤所测得的温度值显著低于铁心实际温度。这是由于光纤测温探头呈圆柱形，直径约2mm，无法完全紧贴铁心柱表面；而变压器油的粘度大，与铁心表面接触的温度边界层较薄，光纤测温探头超出温度边界层，导致所测得的温度实际为铁心表面温度和变压器油温度的平均值，低于铁心柱实际温度值。根据光纤测温结果进行监测是预防MCR铁心磁阀过热损坏的重要手段，所测温度偏低将严重影响温度监控的准确性和有效性，甚至导致铁心过温保护失效而带来不可修复的损伤，降低了MCR的可靠性，增加了运行维护成本。
技术实现思路
针对现有光纤测温不准确降低磁阀式可控电抗器可靠性和增加维护成本的问题，本专利技术提供一种采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，提出了温度校准算法，通过变压器油温、油道特征尺寸、铁心表面光纤测温结果等已知参数，推导出MCR铁心表面的实际温度，无需额外增加硬件成本，同时还能有效提高MCR铁心内温度检测的准确性与温度监控的可靠性，并预防MCR温升过高造成的故障及损坏。本专利技术采用技术方案如下：一种采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，包括如下步骤：步骤1，安装磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统；步骤2，磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统读取铁芯表面温度T测、变压器油温度T∞；步骤3，建立测温矫正模型：步骤3.1，确定变压器油的普朗特数，MCR油道的特征尺寸；步骤3.2，根据普朗特数确定变压器油无量纲温度分布特性曲线；步骤3.3，拟合得出MCR铁心温度校准模型，获得温度校准公式，结合MCR油道的特征尺寸、光纤尺寸获得温度校准公式的取值范围；步骤3.4，将测量的铁芯表面温度T测、变压器油温度T∞代入步骤3.3的校准公式，获得铁心温度校准结果；步骤4，步骤3.4获得的铁心温度校准结果调制后输出，作为铁心温度实际值，并通过显示系统显示。本专利技术通过变压器油温、油道特征尺寸、光纤测温结果等参数，计算出MCR铁心表面的实际温度，有效提高MCR铁心内温度检测的准确性与温度监控的可靠性，预防MCR温升过高造成的故障及损坏，有利于降低MCR设备的故障率，便于捕捉设备运行异常状态，及时发现设备事故的早期征兆并采取有效措施，预防严重事故的发生，有效提高设备的安全性、可靠性，降低温度升高对MCR铁心寿命的影响，以便节约运维成本。进一步地，步骤3.2具体的操作过程为：步骤3.2.1，建立铁芯垂直表面上的层流自然对流控制方程：方程(1)～(3)的边界条件为：式中：u为流油主流方向上的速度；ν为垂直于流油主流方向上的速度；α为热扩散率；β为体积变化系数；g为重力加速度；在温度边界层(是指在对流传热中，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层)内，温度由铁心表面温度迅速降低到主流油温。这也意味着，当测温点不能完全紧贴固体表面时，所得温度值小于固体表面温度。步骤3.2.2，建立流函数：其中：式(4)为流函数公式，式(5)为无量纲尺度公式，式(6)为格拉晓夫数公式，式(7)为无量纲温度公式；式中，Ψ为流函数，即满足连续方程的一个描述流速场的标量函数；F为常微分方程；η为无量纲距离；T∞为变压器油温度，Ts为铁心柱表面温度；Gr为格拉晓夫数，格拉晓夫数可以视为流体浮力与粘性力的比值，反应了自然对流对对流换热的影响。步骤3.2.3，将步骤3.2.2的公式代入步骤3.2.1中，得到两个常微分方程，求解后获得变压器油无量纲温度分布特性曲线，两个常微分方程为：F″′+3FF″-2(F′)2+Θ＝0(8)Θ″+3PrFΘ′＝0(9)式(8)和式(9)两个常微分方程的边界条件为：其中：Pr为普朗特数，其为常数，当变压器油确定时，该值即确定；MCR油道的宽度，定义为MCR油道的特征尺寸，当油道类型确定后该值为固定值，并作为无量纲距离η的最大值。普朗特数Pr定义为Pr＝ν/α＝cpμ/k，式中，α为热扩散系数，m2/s；ν为运动粘度，m2/s；Cp为定压比热容，W/(kg*K)；μ为动力粘滞系数，Pa*s；k为热导率，W/(m*K)。进一步地，所述步骤3.3获得的校准公式为进一步地，所述步骤1中的磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统包括光纤测温探头，温度解码器以及连接光纤测温探头和温度解码器的传输单元，所述光纤测温探头包括分别紧贴贴心表面和位于油箱底部的第一光纤探头和第二光纤探头，分别用于测量磁阀段的温度和远离铁芯的油道温度。测温校准系统没有对MCR结构造成改变，无额外的硬件成本，也不会对设备运行造成影响，参数一次性确定，有效提高现有MCR温度监测的准确性，鲁棒性强，准确度不受MCR运行工况变化的影响。进一步地，步骤3.4获得的铁心温度校准结果经由温度解调仪调制后输出。本专利技术具有的有益效果：本专利技术通过变压器油温、油道特征尺寸、光纤测温结果等参数，计算出铁心表面的实际温度，有效提高铁心温度检测的准确性与温度监控的可靠性，预防温升过高造成的故障及损坏，有利于降低MCR设备的故障率，便于捕捉设备运行异常状态，及时发现设备事故的早期征兆并采取有效措施，预防严重事故的发生，有效提高设备的安全性、可靠性，降低温度升高对MCR铁心寿命的影响，以便节约运维成本。附图说明图1(a)为垂直表面上的速度边界层自然对流示意图；图1(b)为垂直表面上的温度边界层自然对流示意图；图2为油浸式磁控电抗器及其光纤测温校准系统结构图；图3(a)为磁阀式可控电抗器铁心测温点具体位置示意图；图3(b)为仿真得到的铁心温度分布图；图4(a)为实验测得磁阀式可控电抗器温升曲线图；图4(b)为仿真得到温升曲线图；图5为变压器油无量纲温度曲线图。具体实施方式下面结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，安装磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统；/n步骤2，磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统读取铁芯表面温度T

【技术特征摘要】
1.一种采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，安装磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统；
步骤2，磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统读取铁芯表面温度T测、变压器油温度T∞；
步骤3，建立测温矫正模型：
步骤3.1，确定变压器油的普朗特数，MCR油道的特征尺寸；
步骤3.2，根据普朗特数确定变压器油无量纲温度分布特性曲线；
步骤3.3，拟合得出MCR铁心温度校准模型，获得温度校准公式，结合MCR油道的特征尺寸、光纤尺寸获得温度校准公式的取值范围；
步骤3.4，将测量的铁芯表面温度T测、变压器油温度T∞代入步骤3.3的校准公式，获得铁心温度校准结果；
步骤4，步骤3.4获得的铁心温度校准结果调制后输出，作为铁心温度实际值，并通过显示系统显示。


2.根据权利要求1所述的采用磁控电抗器内部铁心光纤测温校准系统的测温方法，其特征在于，步骤3.2具体的操作过程为：
步骤3.2.1，建立铁芯垂直表面上的层流自然对流控制方程：









方程(1)～(3)的边界条件为：



式中：u为流油主流方向上的速度；ν为垂直于流油主流方向上的速度；α为热扩散率；β为体积变化系数；g为重力加速度；
步骤3.2.2，建立流函数：












其中：式(4)为流函数公式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：童力，刘洪鑫，赵建文，范学良，黄鏐，胡蔡飞，何立群，杨成刚，吕春美，张建平，王子凌，谢成，陈超，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33