CN109060167B - 一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置及其使用方法，本发明中模拟绕组分上下三层依次摆放构成三饼模拟绕组，每两层模拟绕组之间由垫片隔开且中间的缝隙中填充变压器油，三饼模拟绕组的最上方和最下方各放一片散热板，散热板、模拟绕组的外侧面包裹阻热板，三饼模拟绕组中的下层和中层绕组的铜管内引入热阻丝加热，三饼模拟绕组的铜管内引入分布式测温光纤用于测温，分布式测温光纤一端引出接入DTS解调系统并通过DTS解调系统将采集的信号传递至与其通过总线连接的PC端。本发明通过实验手段测量得到绕组饼间热阻的数据，为变压器绕组热点分析提供了数据支持。

Description

一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验 测量装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置及其使用方法，属于测量控制技术领域。
背景技术
在输配电系统中，变压器运行中因绕组超温会导致绝缘老化、烧毁、击穿等事故。变压器内部其他物理和化学变化(如局部放电和局部过热等)也会引起变压器温度发生变化，使变压器表现不同于正常运行的温升轨迹。根据“6℃法则”，变压器老化率与温度的关系是在基准温度基础上，温度每上升6℃老化率增加一倍，即变压器寿命降低一半。发展到一定阶段后，则会造成严重的故障，破坏供电的安全可靠。因此，变压器绕组温度对绝缘材料的老化和变压器的寿命起决定作用。目前，在对变压器绕组热点分布的研究中，由于油浸绝缘纸属于一种热的不良导体，以及变压器油受热对流的影响，导致绕组饼间热阻难以测量，目前没有可以有效测量绕组饼间热阻的方法和装置，很大程度限制了对变压器绕组热点分布的研究。
发明内容
本发明提供了一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置及其使用方法，以用于有效地测量变压器绕组饼间热阻。
本发明的技术方案是：一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置，包括散热板1、模拟绕组2、分布式测温光纤3、阻热板4、垫片5、热阻丝6、变压器油7、PC端14、导线15、总线17、DTS解调系统；
所述模拟绕组2由铜管外包绝缘纸盘制而成，模拟绕组2分上下三层依次摆放构成三饼模拟绕组，每两层模拟绕组2之间由垫片5隔开且中间的缝隙中填充变压器油7，三饼模拟绕组的最上方和最下方各放一片散热板1，散热板1、模拟绕组2的外侧面包裹阻热板4，三饼模拟绕组中的下层和中层绕组的铜管内引入热阻丝6加热，三饼模拟绕组的铜管内引入分布式测温光纤3用于测温，分布式测温光纤3一端引出接入DTS解调系统并通过DTS解调系统将采集的信号传递至与其通过总线17连接的PC端14，PC端14驱动通过DTS解调系统中带PID算法的控制模块13控制与其通过导线15连接的热阻丝6加热。
所述散热板1的外侧面完全或者部分包裹阻热板4，模拟绕组2的外侧面完全包裹阻热板4。
所述DTS解调系统包括1×3光开关8、光环形器9、脉冲光纤激光模块10、WDM波分复用器11、APD光电探测器12、控制模块13、光纤16；其中分布式测温光纤3引出端通过1×3光开关8经光纤16与光环形器9连接，光环形器9通过光纤16与脉冲光纤激光模块10、WDM波分复用器11连接，WDM波分复用器11通过光纤16与APD光电探测器12连接，APD光电探测器12通过总线17与控制模块13连接。
一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置的使用方法，所述方法步骤如下：
S1、采用分布式测温光纤3测量三饼模拟绕组的温度，并经DTS解调系统传输至PC端14，通过PC端14计算获得每饼模拟绕组的平均温度；
S2、对三饼模拟绕组中的中饼模拟绕组进行加热，并通过控制模块13以PID算法控制下饼模拟绕组与中饼模拟绕组的温度相等；加热温度为0℃-130℃
S3、经步骤S2后，当平均温度达到稳态时，PC端14通过中饼模拟绕组的电压V和电流I计算得出中饼模拟绕组的发热功率，通过中饼模拟绕组的平均温度和上饼模拟绕组的平均温度得到中饼模拟绕组和上饼模拟绕组的平均温度差；
S4、通过中饼模拟绕组和上饼模拟绕组的平均温度差除以中饼模拟绕组的发热功率，得到绕组饼间热阻值。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过实验手段测量得到绕组饼间热阻的数据，为变压器绕组热点分析提供了数据支持。
2、本发明模拟了油浸式变压器的现实工作环境，保证了测量计算得出的绕组饼间热阻的可信度。
3、应用分布式光纤光栅测量绕组温度，避免单点测量时测温位置选取对测量结果造成影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中各标号：1-散热板、2-模拟绕阻、3-分布式测温光纤、4-阻热板、5-垫片、6-热阻丝、7-变压器油、8-1×3光开关、9-光环形器、10-脉冲光纤激光模块、11-WDM波分复用器、12-APD光电探测器、13-控制模块、14-PC端、15-导线、16-光纤、17-总线。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置，包括散热板1、模拟绕组2、分布式测温光纤3、阻热板4、垫片5、热阻丝6、变压器油7、PC端14、导线15、总线17、DTS解调系统；
所述模拟绕组2由铜管外包绝缘纸盘制而成，模拟绕组2分上下三层依次摆放构成三饼模拟绕组，每两层模拟绕组2之间由垫片5隔开且中间的缝隙中填充变压器油7，三饼模拟绕组的最上方和最下方各放一片散热板1，散热板1、模拟绕组2的外侧面包裹阻热板4，三饼模拟绕组中的下层和中层绕组的铜管内引入热阻丝6加热，三饼模拟绕组的铜管内引入分布式测温光纤3用于测温，分布式测温光纤3一端引出接入DTS解调系统并通过DTS解调系统将采集的信号传递至与其通过总线17连接的PC端14，PC端14驱动通过DTS解调系统中带PID算法的控制模块13（采用单片机）控制与其通过导线15连接的热阻丝6加热。
进一步地，可以设置所述散热板1的外侧面完全或者部分包裹阻热板4，模拟绕组2的外侧面完全包裹阻热板4（如图1中可以看出散热板1的外侧面部分包裹阻热板4，模拟绕组2的外侧面完全包裹阻热板4）。
进一步地，可以设置所述DTS解调系统包括1×3光开关8、光环形器9、脉冲光纤激光模块10、WDM波分复用器11、APD光电探测器12、控制模块13、光纤16；其中分布式测温光纤3引出端通过1×3光开关8经光纤16与光环形器9连接，光环形器9通过光纤16与脉冲光纤激光模块10、WDM波分复用器11连接，WDM波分复用器11通过光纤16与APD光电探测器12连接，APD光电探测器12通过总线17与控制模块13连接。
一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置的使用方法，所述方法步骤如下：
S1、采用分布式测温光纤3测量三饼模拟绕组的温度，并经DTS解调系统传输至PC端14，通过PC端14计算获得每饼模拟绕组的平均温度；
S2、对三饼模拟绕组中的中饼模拟绕组进行加热（加热温度为0-130度，130度为变压器油的闪点），给予绕阻热量，并通过控制模块13以PID算法控制下饼模拟绕组与中饼模拟绕组的温度相等，以确保中饼模拟绕组热量不向下传递；由于包裹阻热板4，因此中层绕组中的热量也不能向四周传递，使得其热量只能向上单向传递；
S3、经步骤S2后，当平均温度达到稳态时，PC端14通过中饼模拟绕组的电压V和电流I计算得出中饼模拟绕组的发热功率（V·I=P），通过中饼模拟绕组的平均温度和上饼模拟绕组的平均温度得到中饼模拟绕组和上饼模拟绕组的平均温度差；
S4、通过中饼模拟绕组和上饼模拟绕组的平均温度差除以中饼模拟绕组的发热功率，得到绕组饼间热阻值。
本发明的数学模型分析如下：
当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值称为热阻，单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W），即R=（T 2—T 1）/P；式中，T 1为物体一端的温度、T 2为物体另一端的温度，P为发热功率。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置，其特征在于：包括散热板（1）、模拟绕组（2）、分布式测温光纤（3）、阻热板（4）、垫片（5）、热阻丝（6）、变压器油（7）、PC端（14）、导线（15）、总线（17）、DTS解调系统；
所述模拟绕组（2）由铜管外包绝缘纸盘制而成，模拟绕组（2）分上下三层依次摆放构成三饼模拟绕组，每两层模拟绕组（2）之间由垫片（5）隔开且中间的缝隙中填充变压器油（7），三饼模拟绕组的最上方和最下方各放一片散热板（1），散热板（1）、模拟绕组（2）的外侧面包裹阻热板（4），三饼模拟绕组中的下层和中层绕组的铜管内引入热阻丝（6）加热，三饼模拟绕组的铜管内引入分布式测温光纤（3）用于测温，分布式测温光纤（3）一端引出接入DTS解调系统并通过DTS解调系统将采集的信号传递至与其通过总线（17）连接的PC端（14），PC端（14）驱动通过DTS解调系统中带PID算法的控制模块（13）控制与其通过导线（15）连接的热阻丝（6）加热。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置，其特征在于：所述散热板（1）的外侧面完全或者部分包裹阻热板（4），模拟绕组（2）的外侧面完全包裹阻热板（4）。
3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置，其特征在于：所述DTS解调系统包括1×3光开关（8）、光环形器（9）、脉冲光纤激光模块（10）、WDM波分复用器（11）、APD光电探测器（12）、控制模块（13）、光纤（16）；其中分布式测温光纤（3）引出端通过1×3光开关（8）经光纤（16）与光环形器（9）连接，光环形器（9）通过光纤（16）与脉冲光纤激光模块（10）、WDM波分复用器（11）连接，WDM波分复用器（11）通过光纤（16）与APD光电探测器（12）连接，APD光电探测器（12）通过总线（17）与控制模块（13）连接。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的基于分布式光纤测温的油浸式变压器绕组饼间热阻实验测量装置的使用方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
S1、采用分布式测温光纤（3）测量三饼模拟绕组的温度，并经DTS解调系统传输至PC端（14），通过PC端（14）计算获得每饼模拟绕组的平均温度；
S2、对三饼模拟绕组中的中饼模拟绕组进行加热，并通过控制模块（13）以PID算法控制下饼模拟绕组与中饼模拟绕组的温度相等；
S3、经步骤S2后，当平均温度达到稳态时，PC端（14）通过中饼模拟绕组的电压V和电流I计算得出中饼模拟绕组的发热功率，通过中饼模拟绕组的平均温度和上饼模拟绕组的平均温度得到中饼模拟绕组和上饼模拟绕组的平均温度差；
S4、通过中饼模拟绕组和上饼模拟绕组的平均温度差除以中饼模拟绕组的发热功率，得到绕组饼间热阻值。
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