基于有限元计算的GMM-FBG电流互感器实时温漂抑制方法技术

基于有限元计算的GMM

【技术实现步骤摘要】
基于有限元计算的GMM
‑
FBG电流互感器实时温漂抑制方法


[0001]本专利技术属于电力电网


技术介绍

[0002]电缆运行安全直接影响着电力系统的稳定，随着高压电力电缆的普及，电网公司对电缆状态在线监测技术需求日增。对于110kV及以上高压电缆多采用交叉互联连接方式，通过对交叉互联箱及终端处的接地电流测量可对电缆的异常情况做出判断。已经有大量采用传统电流互感器结合无线信号传输方式，集中采集电缆接地线电流的运维监测系统；近些年随着低成本光纤电流传感技术的发展，采用分布式光纤光栅电流互感器进行高压电缆地线电流在线监测的系统也被应用，且对电缆运维提供了极大的帮助。但是光纤光栅电流互感器工作过程，导磁材料和线圈结构长时间工作均会产生热累积，造成传感器静态工作点漂移，进而导致光纤光栅电流互感器测量值的误差。对于接地线环流值本身较大的电缆线路，传感器工作点小幅度的温漂并不会对运维结果造成影响，但是对于接地线环流值仅有几安培量级的电缆线路，光纤光栅电流传感器的工作点温漂将会对运维结果做出误判。目前在光纤传感研究领域，已提出多种光纤光栅电流互感器的温度补偿方法，如在传感结构中引入补偿光栅，又如在采用测量光栅的同时增加对比光栅进行差动补偿等。各种方法虽然也对光栅传感器的静态工作点温度漂移起到了很好的抑制效果，但是在原有传感单元结构中增加新的结构增加了系统负担和成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是为了解决现有方法对电流互感器中光栅传感器的静态工作点温度漂移抑制效果差的问题，提出了一种基于有限元计算的GMM
‑
FBG(超磁致伸缩材料与光纤光栅Giant MagnetostrictiveMaterial,GMM
‑
Fiber Bragg Grating,FBG)电流互感器实时温漂抑制方法。
[0004]本专利技术所述基于有限元计算的电流互感器实时温漂抑制方法，包括：
[0005]步骤一、采用有限元分析方法，计算GMM
‑
FBG电流互感器的工作曲线；
[0006]步骤二、对所述工作曲线进行数据拟合，获得每个温度下GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出与电流输入对的应关系；
[0007]步骤三、在不同温度下，利用每个温度下GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出与电流输入对的应关系进行温漂抑制。
[0008]进一步地，本专利技术中，步骤一中，采用有限元分析方法，计算GMM
‑
FBG电流互感器的工作曲线获取方法为：
[0009]步骤一一、确定GMM材料仅在热场作用下应变值ε1(y,t)；
[0010]确定GMM材料同时承受磁场和热场作用产生应变ε2(y,t)；
[0011]步骤一二、利用GMM材料仅在热场作用下应变值ε1(y,t)与同时承受磁场和热场作用产生应变ε2(y,t)，计算热场和磁场耦合驱动下GMM材料产生的应变值ε(y,t)；
[0012]步骤一三、基于FBG的温度和应变作用关系，建立应变和温度共同作用时GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出模型：
[0013]Δλ
B
＝λ
B
(1
‑
P
e
)ε+λ
B
(α
Λ
+α
n
)ΔT
[0014]其中，ε为热场和磁场耦合驱动下GMM材料产生的应变值ε(y,t)的简写；Δλ
B
为波长变化量、λ
B
为FBG的初始中心波长值、P
e
为光纤的弹光系数、α
Λ
为温漂系数、α
n
为折射率系数；
[0015]对GMM
‑
FBG电流互感器波长输出模型中的GMM
‑
FBG材料的参数赋值，获得不同温度下的传感器工作曲线。
[0016]进一步地，本专利技术中，步骤一一中，GMM材料仅在热场作用下应变值ε1(y,t)为：
[0017]ε1(y,t)＝α[T(y,t)
‑
T
r
][0018]式中：α为热膨胀系数；T
r
为自旋重新定位温度，T(y,t)为t时刻GMM
‑
FBG电流互感器GMM材料的环境温度，t为时间，y代表GMM材料的轴向坐标。
[0019]进一步地，本专利技术中，步骤一一中，GMM材料同时承受磁场和热场作用产生应变ε2(y,t)为：
[0020][0021]为饱和磁致伸缩应变
‑
温度曲线斜率，M
s
为饱和磁化强度，M(y,t)磁化强度函数。
[0022]进一步地，本专利技术中，步骤一二中，计算热场和磁场耦合驱动下GMM材料产生的应变值ε(y,t)为：
[0023][0024]其中，α为热膨胀系数。
[0025]进一步地，本专利技术中，步骤一三中，基于FBG的温度和应变作用关系，建立应变和温度共同作用时GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出模型改写为：
[0026][0027]式中，ΔT为温度变化量。
[0028]进一步地，本专利技术中，步骤二中，对所述工作曲线进行数据拟合，获得每个温度下GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出与电流输入对的应关系的具体方法为：
[0029]通过数据拟合获得不同温度下传感器波长输出与电流输入对应关系：
[0030]λ
T
＝a
T
I2+b
T
I+c
T
[0031]式中，I代表电流，a
T
,b
T
，c
T
均为电流波长关系系数，均为无量纲量，λ
T
为环境温度为T时，GMM
‑
FBG电流互感器输出的波长。
[0032]本专利技术中将GMM
‑
FBG材料参数在GMM
‑
FBG电流互感器波长输出模型中赋值，获得不同温度下的传感器工作曲线。传感器的工作曲线在有限元分析软件中进行计算获得，并以此作为温度工作曲线如图4和图5所示。从而避免因工作温度不同导致的工作曲线改变而使电流测量值不准确。有效的实现了对电流互感器温漂的抑制。
附图说明
[0033]图1是同温度值下传感器工作曲线；
[0034]图2是本专利技术所述FBG中心波长随温度变化的测试图；
[0035]图3是有限元计算获得的不同温度GMM材料磁致伸缩应变曲线；
[0036]图4是有限元软件计算获得不同温度值下GMM
‑
FBG电流互感器工作曲线；
[0037]图5是有限元软件计算获得的不同电流值作用下的波长差温度曲线。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于有限元计算的GMM
‑
FBG电流互感器实时温漂抑制方法，其特征在于，包括：步骤一、采用有限元分析方法，计算GMM
‑
FBG电流互感器的工作曲线；步骤二、对所述工作曲线进行数据拟合，获得不同温度下GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出与电流输入对的应关系；步骤三、在不同温度下，利用每个温度下GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出与电流输入对的应关系进行温漂抑制。2.根据权利要求1所述的基于有限元计算的GMM
‑
FBG电流互感器实时温漂抑制方法，其特征在于，步骤一中，采用有限元分析方法，计算GMM
‑
FBG电流互感器的工作曲线获取方法为：步骤一一、确定GMM材料仅在热场作用下应变值ε1(y,t)；确定GMM材料同时承受磁场和热场作用产生应变ε2(y,t)；步骤一二、利用GMM材料仅在热场作用下应变值ε1(y,t)与同时承受磁场和热场作用产生应变ε2(y,t)，计算热场和磁场耦合驱动下GMM材料产生的应变值ε(y,t)；步骤一三、基于FBG的温度和应变作用关系，建立应变和温度共同作用时GMM
‑
FBG电流互感器的波长输出模型；步骤一四、对GMM
‑
FBG电流互感器波长输出模型中的GMM
‑
FBG材料的参数赋值，获得不同温度下的传感器工作曲线。3.根据权利要求2所述的基于有限元计算的GMM
‑
FBG电流互感器实时温漂抑制方法，其特征在于，步骤一一中，GMM材料仅在热场作用下应变值ε1(y,t)为：ε1(y,t)＝α[T(y,t)
‑
T
r
]式中：α为热膨胀系数；T
r
为自旋重新定位温度，T(y,t)为t时刻GMM
‑
FBG电流互感器GMM材料的环境温度，t为时间，y代表GMM材料的轴向坐标。4.根据权利要求3所述的基于有限元计算的GMM
‑
FBG电流互感器实时温漂抑制方法，其特征在于，步骤一一中，GMM材料同时承受磁场和热场作用产生应变ε2(y,t)为：(y,t)为：为饱和磁致伸缩应变
‑
温度曲线斜率，M
s
为饱和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世玉，张伟超，王磊，张弘鲲，郭跃男，兰森，李中原，张朋，刘贺千，谭龙，高伟楠，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：