FBG无线测温系统在干式空心电抗器监测中的应用

郭小兵，束洪春，朱　涛，谭向宇，王　岩，李佳奇（.昆明理工大学，云南昆明6507；.云南电网公司研究生工作站，云南昆明650500；.云南电力调度控制中心，云南昆明6500）

FBG无线测温系统在干式空心电抗器监测中的应用

郭小兵1，2，束洪春1，朱涛3，谭向宇2，王岩1，2，李佳奇1，2
（1.昆明理工大学，云南昆明650217；2.云南电网公司研究生工作站，云南昆明650500；3.云南电力调度控制中心，云南昆明650011）

利用光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器设计出一种无线测温系统。经过现场实验得到了电抗器测量包封层6 h温度变化曲线。结果表明：该系统能够全方位地反映内部温度分布情况，判断温度变化趋势和确定异常温度点的具体位置，为及时发现故障和保证电抗器稳定可靠运行提供了重要参考。

光纤Bragg光栅传感器；无线测温系统；干式空心电抗器

0　引言

电抗器在电力系统中广泛应用，其主要作用是限制短路电流或限制电网中的高次谐波，对电网起到重要的保护作用。然而，电抗器绝缘材料长期在高温、强电磁场的作用下其强度会逐渐变弱，绝缘性能降低。电抗器绕组的温升是绝缘性能最主要的指标之一［1，2］。因此，对电抗器运行过程中绕组温度的监测是确保电抗器寿命，预防由于材料老化导致事故的有效措施。以前电抗器现场运行时仅能通过红外测温仪测量电抗器最外层的温度，并不能准确可靠地监测到电抗器风道内的实际温度，不能发现电抗器内部早期过热的情况，难以及时采取有效的运维措施［3～5］。

本文设计了无线测温系统，从工程实际出发将无线光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器按照预埋方案安装到电抗器包封内壁，实现温度的实时在线监测。

1　基于FBG传感器的无线测温系统

1.1FBG温度传感器结构

本文设计的FBG温度传感器由光纤光栅、陶瓷套管和一端引出部分与耦合器或解调仪相连。其中，测温光栅一端与光纤相连固定在陶瓷套管上，而另一端自由悬空以保证该传感器仅受温度影响，具体结构参见图1［6，7］。

图1　FBG温度传感器结构Fig 1　Structure of FBG temperature sensor

1.2无线测温系统组成

无线测温系统由电池、FBG温度传感器、控制电路和天线四个部分组成，系统组成示意图如图2所示。无线温度传感器的单片微处理器将被测设备温度由温度传感器转换成数字信号，再通过无线发射接收模块传递至读写器，微处理器将采集到的温度信息通过RS—485通信模块上传到PC。

图2　无线测温系统组成示意图Fig 2　Composition diagram of wireless temperature measurement system

2　电抗器实测的传感器位置分布

2.1温度传感器轴向分布

在轴向上，气流从底部进入气道后吸收包封散出的热量，气体温度升高，在包封上部气体温度较高致使上部包封热量散出困难。结合以往事故经验和厂家提供的热点位置，电抗器的热点温度一般在距上端40～50 cm处，一般靠近出线端，散热效果与海拔有关。依据本型号电抗器热点位置分布，在电抗器的从里向外数的温度较高包封层（1，3，5，6，7，9，11）外壁上沿高度方向装设10只温度传感器。由于轴向长度较大，在3，5，7包封的不同轴向高度上安装了2只传感器，目的是普测包封上下部的温度分布，传感器轴向分布如图3所示。

图3　传感器轴向分布图Fig 3　Axial distribution of sensor

2.2温度传感器幅向分布

预埋温度传感器在电抗器包封中上部400 mm（自上到下，线圈本体高度为1 900 mm），预埋两点（以下端子为基准）顺时针成22.5°和67.5°位置（见图4），预埋点位置尽量放在相邻2根通风条中间位置。

图4　传感器幅向分布Fig 4　Amplitude distribution of sensor

根据上面的传感器轴向和幅向分布方案，采用专用工具将无线传感器涂灰色绝缘胶5mm粘附于包封见通道中。安装完成示意图如下图5所示。

3　实验结果数据分析

3.1电抗器实验参数

本实验选取的电抗器参数为：额定电压35 kV；额定电流990 A；容量20000 kvar。在电抗器两端加最高运行电压23.45 KV，最高运行电流1135A，连续加压6h，最后断电2h小时，观察干式空心电抗器包封层在其温升过程中的温度变化情况。干式空心电抗器温升实验电压与电流示意图如图6所示。

图5　传感器安装完成示意图Fig 5　Diagram of sensor after installation is completed

图6　温升实验电压与电流示意图Fig 6　Voltage and current of temperature rise experiment

3.2温度传感器数据分析

测温系统采样间隔时间最小默认1 s，由于本实验的持续时间较长，故每间隔15 min抽取一个温度的平均值。图7为整个实验过程中10只温度传感器采集的温度值变化情况。

从图7可以看出来，无线测温系统中各传感器工作正常，测量数据准确稳定。在持续加压的过程中，干式空心电抗器的包封层从外到里温度逐次增加，在断电以后，从内向外温度的降低幅度逐渐增大，说明内层包封的运行环境更为恶劣，更易发生绝缘老化现象。在第3，5，7包封层轴向下部的温度略高于上部的温度，说明在同一包封层中上部为绝缘薄弱处。

4　结论

相比于红外测温仪只能监测电抗器外表面温度，使用范围局限，很难监测干抗内部实际温度的情况。无线测温系统安装简便，能全方位地反映内部温度分布情况，能提取温度曲线，判断温度变化趋势，确定异常温度点的具体位置，为及时发现故障和保证电抗器稳定可靠运行提供了重要参考。

［1］刘海莹，魏宾.干式空心电抗器的运行分析及故障处理［J］.高压电器，2004，40（3）：239-240.

［2］何东平，孙白.35 kV干式空芯并联电抗器运行情况及故障电抗器的解剖分析［J］.电力设备，2004，5（2）：48-51.

［3］王海伦，蔡志宏，范一鸣.电气设备温度监测的无线传感器网络节点设计［J］.传感器与微系统，2011，30（7）：97-99.

图7　各包封层的温度曲线Fig 7　Temperature curve of each package layer

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Application of FBG wireless temperature measurement system in monitoring of dry type air-core reactor

LI Jia-qi1，2，GUO Xiao-bing1，2，SHU Hong-chun1，ZHU Tao3，TAN Xiang-yu2，WANG Yan1，2
（1.Kunming University of Science and Technology，Kunming 650217，China；2.Graduate Workstation，Yunnan Power Grid Company，Kunming 650500，China；3.Yunnan Electric Power Dispatching Control Center，Kunming 650217，China）

Aiming at difficult problem of reactor temperature detection，a kind of wireless temperature measurement system is designed by using fiber Bragg grating（FBG）temperature sensor.Temperature change curve of reactor wrappage for 6 h is obtained by experiment.The results show that the system can fully reflect internal temperature distribution，judge trend of temperature change and determine specific location of abnormal temperature point，provide important reference for the timely detection of failures and to ensure stable and reliable operation of the reactor.

FBG sensor；wireless temperature measurement system；dry type air-core reactor

TH741

A

1000—9787（2016）05—0149—02

2015—09—15

聚四氟乙烯组装而成的，传感器一端的光纤放置在聚四氟

乙烯套管中，并采用环氧树脂封装在陶瓷套管内，而光纤另

郭小兵（1988-），男，四川乐山人，硕士研究生，研究方向为电力系统自动化。