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基于分布式光纤传感的变压器绕组变形检测方法研究

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  • 【题名】:基于分布式光纤传感的变压器绕组变形检测方法研究
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:田源
  • 【关键词】:变压器  绕组变形  布里渊散射  应变传递  故障诊断
  • 【摘要】:电力变压器在电力系统中起着重要的作用,其安全运行直接影响到供电的可靠性和安全性。绕组变形是引起变压器内部故障的主要原因之一,准确、实时的变形检测对变压器的安全运行具有重要意义。针对传统绕组变形检测方法对绕组局部微小变形检测灵敏度较低,无法进行故障定位等问题,本文提出了基于分布式光纤传感的变压器绕组变形检测方法,研究了变压器油中内置光纤的稳定性,提出了布里渊散射频谱的拟合方法,研究了传感光纤与绕组导线间应变传递机理,开展了基于分布式光纤传感的变压器绕组变形检测试验。主要研究内容和成果如下:进行了内置光纤的变压器油的老化特性试验,分析了含纤油样与纯油样对微水、酸值、介损和体积电阻率等参量影响规律以及对光纤本身测量精度的影响,筛选出聚酰亚胺和乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)分别作为传感光纤的涂覆层和护套材料;分析了 2种光纤安装方法对绕组内部电场分布的影响以及影响变压器绕组和光纤内部最大场强的主要因素,对不同安装方式的光纤复合式导线进行了工频耐压试验,研究表明,本文设计的两种光纤布设方式均对变压器内部绝缘特性没有影响;对ETFE进行了电老化特性和闪络试验,研究了 ETFE的电老化寿命模型,并与油纸绝缘进行对比,结果表明,ETFE具有比绝缘纸更好的绝缘特性,满足变压器内部绝缘要求。提出了分布式光纤在变压器内部布线和保护方法,研制了 1台内置分布式传感光纤的35kV油浸式变压器。提出了基于互相关-LM法的布里渊频谱拟合方法和双峰拟合方法,提高了布里渊频谱拟合精度和速度,误差小于1MHz;采用布里渊-拉曼联合测量法实现了光纤应变和温度的区分测量,温度精度达±0.5℃,应变精度达±25με;获得了光纤复合式变压器绕组在不同内部环境温度下的应变分布曲线和测量精度,验证了分布式光纤传感技术在变压器绕变形检测中的可行性。设计并研制了嵌入式光纤绕组和粘贴式光纤绕组,建立了分布式光纤与变压器绕组的轴向/弯曲应变传递模型,理论研究表明,光纤应变传递率达85%以上,可有效传递导线应变;分析了影响应变传递率的主要因素,考虑了导线发生塑性形变时应变传递函数,研究了绕组变形量与光纤应变间的关联关系。对比分析了分布式光纤检测法与传统频率响应法对变压器绕组相同程度变形的检测灵敏度,试验验证了分布式光纤检测法对绕组轻微变形测量的有效性,提出了基于欧氏距离的绕组变形检测判据;开展了变压器绕组局部温升和变形模拟试验,有效实现绕组变形定位检测,可将变形故障定位至某一饼;开展了变压器绕组不同变形类型的模拟试验,基于S变换提取绕组变形时光纤应变曲线特征量,采用极限学习机算法识别绕组故障类型,结果表明,该方法对测试样本的识别准确率可达94%以上。
  • 【会议名称】:博士
  • 【类别名称】:刘云鹏
  • 【载体】:华北电力大学(北京)
  • 【会议地点】:2019
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