CN105241586A - 一种线圈电动力模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种线圈电动力模拟试验系统，所述模拟试验系统包括线圈、压电传感器、传导光纤、光电转换器及处理显示系统，压电传感器设置在线圈的匝间和层间；压电传感器和光电转换器由传导光纤连接，光电转换器与处理显示系统电连接。本发明实施例公开的线圈电动力模拟试验系统对变压器、电抗器等线圈类电力设备在暂态或稳态下的电动力进行模拟、分析、仿真以及验证，在实际生产和研究需求的基础上提出，对于线圈类电力设备的故障分析、缺陷处理、优化改进提供了技术支持，具有实际意义。

Description

一种线圈电动力模拟试验系统

技术领域

本发明涉及高电压试验技术领域，特别是涉及一种线圈电动力模拟试验系统。

背景技术

线圈类电力设备(如变压器、电抗器)在电力系统中处于核心地位，承担着电压电流变换、隔离、保护等作用。近年来，随着电网容量日益增大、结构日益复杂，线圈类设备损毁事故也日益增多。线圈类电力设备在正常运行时受到电动力的长期作用，产生振动、局部形变，导致导线周围材料发生老化、撕裂及形变，引发设备故障；暂态运行(如短路)时，在电流冲击和电压冲击作用下，线圈将受到巨大的电动力作用，在此巨大电动力作用下线圈易发生变形、移位甚至烧毁，引发严重的设备故障。

现有技术中，在进行线圈类电力设备产品设计时，需要进行受力仿真分析；另外当线圈类设备发生故障损坏时，也需要及时分析受损原因，如冲击线圈的电动力等，并及时对设备存在的缺陷进行改进。

但是，设计仿真不能模拟实际状态，而且仿真出的结果也需要在实际产品或者模型上进行验证，整个过程繁琐；当线圈类设备发生故障受损后，再进行受损原因分析，若是由于电动力引发的设备故障，容易造成受力分析不清楚，导致设备缺陷不清、改进困难，更有甚者存在家族性缺陷，给电力系统的安全运行埋下巨大隐患。

发明内容

本发明实施例中提供了一种线圈电动力模拟试验系统，以解决现有技术中的由于对线圈受力分析、仿真及验证困难，从而导致线圈受力分析不清楚，以及由于受力分析不清楚导致设备缺陷不清、改进困难等问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明实施例提供一种线圈电动力模拟试验系统，所述模拟试验系统包括线圈、压电传感器、传导光纤、光电转换器及处理显示系统，所述压电传感器设置在所述线圈的匝间和层间；所述压电传感器和所述光电转换器由所述传导光纤连接，所述光电转换器与所述处理显示系统电连接。

优选地，所述压电传感器包括光纤压电传感器。

优选地，所述光电转换器与所述处理显示系统由信号电缆电连接。

优选地，所述光纤压电传感器包括相互连接的压电转换系统和电光转换系统，所述传导光纤分别连接所述电光转换系统与光电转换器。

优选地，所述压电传感器均匀、对称设置在所述线圈的匝间和层间。

优选地，所述光电转换器包括多路并行输入接口和一路集中输出接口。

优选地，所述光电转换器设置有指示灯。

优选地，所述处理显示系统包括个人计算机。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的线圈电动力模拟试验系统，所述模拟试验系统包括线圈、压电传感器、传导光纤、光电转换器及处理显示系统，压电传感器设置在所述线圈的匝间和层间；所述压电传感器和所述光电转换器由所述传导光纤连接，所述光电转换器与所述处理显示系统电连接。本发明实施例提供的线圈电动力模拟试验系统中的线圈受到的电动力作用产生变形，分布在线圈周围的压电传感器受到挤压，将受力转换为光电信号并在处理显示系统上显示线圈受力分布情况，该系统用于对变压器、电抗器等线圈类电力设备在暂态或稳态下的电动力进行模拟、分析、仿真以及验证，是在实际生产和研究需求的基础上提出的，对于线圈类电力设备的故障分析、缺陷处理、优化改进提供技术支持，具有实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种线圈电动力模拟试验系统整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一种压电传感器径向布置示意图；

图3为本发明实施例提供的第二种压电传感器径向布置示意图；

图1-图3，符号表示：

1-线圈，2-压电传感器，3-传导光纤，4-光电转换器，5-信号电缆，6-处理显示系统，7-外线圈，8-内线圈，9-铁芯，41-输入接口，42-输出接口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的第一种线圈电动力模拟试验系统整体结构示意图，图2为本发明实施例提供的第一种压电传感器径向布置示意图。

该模拟试验系统包括线圈1、压电传感器2、传导光纤3、光电转换器4及处理显示系统6，压电传感器2设置在线圈1的匝间和层间；压电传感器2和光电转换器4由传导光纤3连接，光电转换器4与处理显示系统6电连接。

电力系统中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流，也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。电抗器在正常运行时受到电动力的长期作用，暂态运行(如短路)时，在电流冲击和电压冲击作用下，线圈1也将受到巨大的电动力作用。

所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。本发明实施例中的压电传感器2是基于压电效应的传感器，该压电传感器2的敏感元件由压电材料制成，压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。其中，压电材料主要包括压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电传感器2中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。本发明压电传感器2采用光纤压电传感器，所述光纤压电传感器具有频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等优点。

压电传感器2均匀、对称的设置在线圈1的匝间和层间，在绕制线圈1时预埋入，各压电传感器2独立布置。在图2中，压电传感器2均匀、对称的分布在线圈1的各匝间，每两层之间均匀分布8个压电传感器2，如此设置，可以将所有受力部位包含进去，能够完整检测受力区域，接收电动力全面均匀，当然，也可以根据线圈1受力情况进行设置，而不是仅仅受限于上述的压电传感器2的个数，在受力较大的地方设置较多的压电传感器2，也可根据所需受力情况数据分析精度等级安排压电传感器2的数量和位置，当所需数据精度等级越高时，设置的压电传感器2的数量越多，即可按实际需要对光纤压电传感器2进行设置。在图1中，在线圈1中部匝间的压电传感器2明显多于两端匝间的压电传感器2，因在线圈1中间部位受电动力影响较大，为重点监测部位。

光纤压电传感器2内部设置有相互连接的压电转换系统和电光转换系统，压电装换系统可将受到的压力转换为相应的电信号，电光转换系统又将压电转换系统转换出的电信号转换为相应的光信号。压电传感器2经传导光纤3和光电转换器4接通，传导光纤3分别连接压电传感器2中的电光转换系统和光电转换器4，用来传导压电传感器2的光线号，其中，传导光纤3是一种由玻璃或塑料制成的用于传导光的纤维。在日常生活中，由于光在光纤的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递。本发明实施例中的传导光纤3采用已广泛应用于有线电视和通信系统的石英光纤，石英光纤是以二氧化硅为主要原料，并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤，具有低耗、宽带等特点。

本发明实施例中的每个压电传感器2均和一条传导光纤3相连，压电传感器2和传导光纤3可制成一体式，具有高绝缘强度和抗强电磁干扰的能力，传导光纤3呈多路并行状态。

多路并行的传导光纤3将压电传感器2发出的光信号传至光电转换器4，光电转换器4设置多路并行输入接口41和一路集中输出接口42，输入接口41用于接收多路压电传感器2的光信号，光电转换器4将光信号转换为电信号，电信号从集中输出接口42输出；在光电转换器4上还设置有指示灯用以指示各路信号的通断，操作者根据指示灯的亮灭情况，及时掌握各路信号的通断情况，及时做出相应的处理，并留意对最后输出结果的影响。

光电转换器4最终将电信号传输至处理显示系统6，二者之间的传输工具采用信号电缆5，信号电缆5为多芯结构，为确保每芯之间电阻保持高度一致，采用镀锡或镀银导体。为了可以将微弱的电量信号准确传输到数百米外，信号电缆5拥有四层保护，由外向内分别为护套层、屏蔽层、缠绕层和绝缘层；护套层具有优良的机械性能，能够承受较高强度的金属撞击、切割，具有非常高的抗拉强度，也可耐受长期的重复弯折；屏蔽层为考究的金属材料(采用铜或镀锡铜)，可顺利地导出干扰信号，极细的金属丝有足够的抗弯折能力以避免金属碎屑影响其他电气设备；缠绕层是一种精选的聚合物材料，主要是防止屏蔽网伤及绝缘层，也增强电缆整体的机械性能；绝缘层则具有与护套层相当的物理和化学性能，在狭小的环境中可以剔除护套、屏蔽网和缠绕层，将信号电缆5单独当作导线使用。

信号电缆5集中将光电转换器4转换的电信号传输至处理显示系统6，处理显示系统6接收光电转换器4传来的电信号后，经过处理可对线圈1的受力进行分析和展示。本发明实施例中的处理显示系统6为个人计算机，在个人计算机中存入相关的程序或软件，对传送来的电信号进行处理，并在显示屏上将显示出根据电信号分析得出的压力值等，完成电抗器在暂态或稳态下的电动力进行的模拟、分析、仿真和验证工作。

实施例二

本发明还提供了第二种压电传感器布置示意图，见图3，该图示出了变压器器内压电传感器2径向布置示意图。图中压电传感器2在变压器中的线圈绕制、套装时预埋入，均匀对称的分布于变压器外线圈7、内线圈8及铁芯9间，其中，在外线圈7的各层间均匀分布有8个压电传感器2，在内线圈8各层间和内线圈8与铁芯9间同样均匀分布有8个压电传感器2，压电传感器2的设置方式和数量并不仅仅限于上述具体数值，可根据实际需要进行调整。

与实施例一相比，本发明提供的线圈1电动力模拟试验系统中，压电传感器2所设置的位置与实施例一不同，其它与实施例一中相同的部分结构与功能相同，在此不作赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，如改变压电传感器的放置位置等。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述模拟试验系统包括线圈(1)、压电传感器(2)、传导光纤(3)、光电转换器(4)及处理显示系统(6)，所述压电传感器(2)设置在所述线圈(1)的匝间和层间；所述压电传感器(2)和所述光电转换器(4)由所述传导光纤(3)连接，所述光电转换器(4)与所述处理显示系统(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述压电传感器(2)包括光纤压电传感器。

3.根据权利要求1所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述光电转换器(4)与所述处理显示系统(6)由信号电缆(5)电连接。

4.根据权利要求2所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述光纤压电传感器包括相互连接的压电转换系统和电光转换系统，所述传导光纤(3)分别连接所述电光转换系统与光电转换器(4)。

5.根据权利要求1所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述压电传感器(2)均匀、对称设置在所述线圈(1)的匝间和层间。

6.根据权利要求1所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述光电转换器(4)包括多路并行输入接口(41)和一路集中输出接口(42)。

7.根据权利要求1所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述光电转换器(4)设置有指示灯。

8.根据权利要求1所述的线圈电动力模拟试验系统，其特征在于，所述处理显示系统(6)包括个人计算机。