CN110987226A - 基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，属于电抗器过热故障预警系统技术领域。一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，包括电抗器本体、包封在电抗器本体外部的分布式光纤测温装置、设置在电抗器本体顶部的特征气体检测装置、与所述分布式光纤测温装置和特征气体检测装置分别连接的无线数据采集装置、与所述无线数据采集装置连接的远程客户端、以及与所述远程客户端连接的报警装置。本发明能实现对传感光纤沿线所有点的温度连续测量，结合特征气体测定结果，及时发现电抗器发热点，并及时报警。

Description

基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统

技术领域

本发明属于电抗器过热故障预警系统技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统。

背景技术

干式空心电抗器具有低损耗、低噪音、电抗值线性度好、设计寿命长、维护简单等优点，在电力系统中应用越来越广泛。该设备在系统中主要起限制合闸涌流、限制短路电流、补偿杂散容性电流、滤波等作用。

干式电抗器在运行过程中，往往会因为线圈导线含有杂质，或运行过程中包封的环氧树脂的无纬玻璃丝带的绝缘不好等原因，会使电抗器在运行过程中会产生局部温升过高、过热，最终导致电抗器的烧坏、报废，给国家和企业造成较大的损失。

公开号为CN105158620A的专利文献公开了一种干式空心电抗器过热性故障检测方法、装置及系统，方法包括：预先在干式空心电抗器的风道口上方和周围环境中设置了测温点，因此在故障检测时可以直接获取运行状态下的干式空心电抗器风道口上方测温点的温度，以及环境中测温点的温度，进而利用这两个温度计算干式空心电抗器风道口的温升，在检测到温升大于预置的温升阈值时，判断干式空心电抗器出现过热性故障。该申请方法无需人工去现场采集温度，通过预置的测温点进行温度采集，并由处理器对温度信号进行处理，即可检测出干式空心电抗器是否出现过热性故障，在降低了运维成本的同时，也极大的方便了运维工作。

公开号为CN 105698959 A的专利文献公开了基于 TVOC 和温度检验的干式空心电抗器过热故障预警系统，其中两个或两个以上的无线TVOC 气体传感器分别布置在干式空心电抗器包封外表面，两个或两个以上的无线温度传感器分别布置在干式空心电抗器包封外表面，两个或两个以上的无线 TVOC 气体传感器分别与无线气体数据采集装置通过无线网络相连接，两个或两个以上的无线温度传感器分别与无线温度数据采集装置通过无线网络相连接，无线气体数据采集装置和无线温度数据采集装置分别与远程客户端相连接，远程客户端与报警系统相连接，能够进行实时在线自动化监测干式空心电抗器的过热故障情况，具有更高的准确性和精确性。

大量变压器运行故障和事故是由绕组热点温升问题引起的。变压器使用寿命常常取决于承受最高温度处绝缘材料的寿命。变压器绕组热点是变压器运行时绕组温度的最高点，热点温度过高，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命；热点温度过低，则变压器的能力没有得到充分利用，影响经济效益。变压器的寿命取决于绝缘的老化程度，而绝缘的老化又取决于运行的温度。利用拉曼散射原理可检测沿光纤方向分布的温度，通过分析斯托克斯信号和反斯托克斯信号的变化可检测出变压器绕组温度分布情况。基于分布式光纤传感技术的检测变压器绕组温度的基本原理是，以拉曼反斯托克斯散射光作为解调信号光，以斯托克斯散射光作为参考信号光，通过反斯托克斯光强与斯托克斯光强的比消除光纤弯曲、光电探测器增益变化等引入的误差，通过解调拉曼散射信号来获取变压器绕组的温度信息，工作稳定，测量精度高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，能实现对传感光纤沿线所有点的温度连续测量，结合特征气体测定结果，及时发现电抗器发热点，并及时报警。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，包括电抗器本体、包封在电抗器本体外部的分布式光纤测温装置、设置在电抗器本体顶部的特征气体检测装置、与所述分布式光纤测温装置和特征气体检测装置分别连接的无线数据采集装置、与所述无线数据采集装置连接的远程客户端、以及与所述远程客户端连接的报警装置。

优选地，所述分布式光纤测温装置包括ROTDR系统和测温光纤，所述测温光纤分布式缠绕在所述干式电抗器绕组的表面，所述ROTDR系统向所述测温光纤发出脉冲光，采集所述测温光纤的温度以及获得该温度的对应时间。

优选地，所述特征气体检测装置包括设置在所述干式电抗器顶部的圆形支架、以及设置在所述圆形支架上的若干无线气体传感器。

优选地，所述无线气体传感器由气体传感器芯片、单片机微处理系统、无线收发模块以及电源组成。

优选地，所述无线气体传感器为3个，等间距设置在所述圆形支架的底部，所述电源为抗高温镍氢电池。

优选地，所述无线数据采集装置由无线温度数据采集装置和无线特征气体数据采集装置组成，所述无线温度数据采集装置与所述ROTDR系统连接，所述无线特征气体数据采集装置与所述无线气体传感器连接。

干式电抗器属于免维修类设备，而其受监测方法较少，主要有采用红外成像仪对干式电抗器定期跟踪测温、在干式电抗器下方安装温度在线监测仪、将温度传感器直接贴于干式电抗器包封壁上、光纤光栅测温等方法，但是存在着有效监测面较窄、监测过程不连续、测量精度不高、需外接工作电源、不能在空间范围内连续测温等缺点，其实际应用效果较不理想，不能及时发现电抗器发热点，从而电抗器烧毁现象时有发生。现有技术还未见将基于拉曼散射的分布式温度测量系统（ROTDR系统）用于干式电抗器过热预警的相关技术报道。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提出基于非接触式特征气体测试、分布式温度监测，建立一套35kV干式空心电抗器过热故障预警系统。该系统是一种基于非接触式特征气体测试的监测技术，并综合电抗器温度分布式监测技术、无线传输技术，实现对变电站内35kV干式空心电抗器在不停电条件下绝缘状态的检测，并能较准确地分析35kV干式空心电抗器的健康状况。基于非接触式特征气体测试、温度监测的应用，将建立一套对变电站内35kV干式空心电抗器过热故障进行及时准确预警的系统，并提出35kV干式空心电抗器过热故障预警管理模式，这对35kV干式空心电抗器的状态监测工作具有重要的指导意义。

干式空心电抗器过热故障预警系统，可完善过热状态监测手段及预警管理模式，规范现场的过热状态监测工作，能有效提高35kV干式空心电抗器的运行维护水平。综合分布式光纤温度检测、特征气体监测、无线数据传输技术，研制出干式空心电抗器过热故障预警系统，该系统能在不断电状态下实时监测包封高温区温度及包封周围特征气体浓度，并在温度值或特征气体浓度值达到预设值时发出报警信号，警示电抗器存在过热故障，防止起火烧损现象的发生。

附图说明

图1：干式电抗器的温度场仿真温度计算程序框图；

图2：35kV干式空心电抗器过热故障模拟试验装置；

图3：基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，通过如下步骤获得：

第一步，获取干式电抗器在正常运行条件下的温度场分布和热点区域

本发明对干式电抗器进行了多物理场耦合仿真研究，具体过程如下：

在进行建模前，为降低仿真难度，对电抗器物理场模型作出以下假设：

1）由于外界约束电路电压为工频，可以忽略位移电流的影响；

2）绕组内部电流均匀分布，忽略涡流对瞬态磁场的影响

3）认为电抗器在柱坐标系内周期性对称，为准确研究包封内温度分布及风道的温度变化，只需要考虑包含撑条的一部分区域即可，其界面由于周期性对称边界条件，可设置为绝热表面；

4）电抗器内各材料物理参数均为各向同性。

干式电抗器的温度场仿真主要涉及到电场、磁场和流场、其主要热源为电磁场引起的损耗包括磁场涡流损耗和电流的热效应，其主要散热方式为空气自然对流散热和绕组对外界的热辐射。干式空心并联电抗器的多场耦合计算采用载荷传递的间接耦合方法：由于导体电阻率与温度相关，因此需要首先建立外电路端口电压约束条件下的二维磁场–电路耦合模型，在电磁场中计算初始温度下电抗器的每个包封中的电流和损耗；随后，于流体动力学理论和传热学原理，建立电抗器三维流体–温度场有限元计算模型，将电磁场分析得到的绕组损耗作为载荷施加到流体–温度场有限元模型计算电抗器本体温度场和流场分布。通过对比两次计算得到的温度值，设定温度收敛准则定为3%，不满足要求，则需重新迭代计算直至温度收敛。如下图1所示。

1.磁场-电路耦合模型

由于干式电抗器模型为三维轴对称结构，为简化分析可以使用柱坐标系进行建模，进行二维仿真。

在柱坐标系下，磁场的控制方程为

(1-1)

式中：r为柱坐标系下径向距离；z为轴向距离；A为磁矢量位；μ ₀ 为磁导率；J为源电流密度。

第i层线圈受外电路的约束方程为：

(1-2)

(1-3)

(1-4)

式中，U为外部约束电压，R _i 、

、N _i 、I _i 、S _i 分别为第i层线圈的电阻、磁链、匝数、电流、截面积。

有上述四个方程进行联立，建立场路耦合有限元方程，可得每层包封的电流值和矢量磁位，磁感应强度可由矢量磁位求得

(1-5)

绕组第i层损耗Pi主要包括电阻性损耗Pri和涡流损耗Pei，其中第i层绕组的损耗为

(1-6)

式中：

为导线的电阻率；

为施加激励的角频率；D_i为第i匝导线的线径；I_i为每匝导线的半径；B_i为第i匝导线中心处磁感应强度。2.流体温度场数学模型

干式电抗器与周围空气散热方式主要为自然对流与热辐射，其内部通过热传导散热。根据传热学理论可建立如下稳态温度控制方程

(1-7)

式中：k为包封材料导热系数；q为单位体积生热率；T _s 为固体表面温度；T _f 为流体温度；h为散热系数；

为热辐射率；

为玻尔兹曼常数，其值为5.67*10^-8W(m²·K⁴)；

为电抗器固体与空气交界面；

为周期性对称面。

包封的热源由包封内电流的产热率所决定

(1-8)

P为电抗器包封的损耗，由式（4-8）求得，V为包封的体积。

流体的控制方程包括质量连续性方程、动量守恒方程和质量守恒方程。在分析中，将周围空气流体视为不可压缩粘性流体，流体处于稳定流动状态，质量守恒方程可表示为

(1-9)

动量守恒方程可表示为

(1-10)

能量守恒方程为

(1-11)

式中，

为空气密度；u为流体速度矢量；u、v、w为速度矢量在坐标轴x,y,z方向上的坐标分量、

为空气运动粘性系数；p为空气压强；c _p 为空气的比热容；

为空气的导热系数；S _u 、S _v 、S _w 为流体动力方程的广义源项，当重力方向沿z轴竖直向下时，；S _u =S _v =0，S _w =

g；S_T为流体粘性耗散项。

除此之外，为保证流体方程封闭，空气还需满足气体状态方程

(1-12)

3.边界条件设置

在二维磁场-电路耦合计算时，求解域轴向应施加轴对称边界，即设置磁场法向分量为0，A _r /

=0，周围边施加远场边界，A/

=0。

在流体-温度场中边界条件除满足控制方程外，还应满足以下条件：

1）在计算域边界、电抗器固体与空气交界面

上指定无滑移条件，即V_x=V_y=V_z=0，表面辐射率取0.9；

2）在计算域边界

上指定恒温边界条件

，设定电抗器周边环境温度为

；

3）设置重力加速度为9.81m/s²，方向为z轴的负方向；

4）绕组内的热源由电磁场计算得到的绕组损耗决定。

根据以上模型及边界条件设置，对干式电抗器进行多物理场有限元仿真，获得其在正常运行条件下的温度场分布和热点区域。

第二步，根据第一步获得的温度场分布和热点区域布置测温光纤，获取干式电抗器的光纤布置方式，并进行布置

1）光纤的选型和兼容性试验

为在干式电抗器中布置光纤，首先应研究光纤与电抗器的相容性，其中包括绝缘性能、对电磁场有无畸变、与电抗器环氧树脂之间的相互作用以及抗高温老化能力等方面。光纤的纤芯材料一般为二氧化硅，其化学性质稳定、绝缘性能极好，可以认为其对电抗器绝缘和电磁性能影响极小乃至无影响。

2)干式电抗器上的光纤布置方式研究

电抗器内部光纤及其附件的布置方式需要从以下几个因素进行综合考虑：

①光纤在线匝内部布线过程中的损耗应全程进行监控；

②电抗器上光纤的引出位置应避免发生爬电和闪络；

③电抗器内部对光纤走线要求避免使光纤过度紧绷、打结、扭曲和缠绕，导致增大传输损耗而影响光纤信号传输；

④安装固定光纤时应避免光纤夹于棱角且不破坏绕组的绝缘结构；

⑤保证光纤固定方式能够承受现场安装过程中突发情况带来的影响。

综合以上因素分析，初步确定两种方案：

方案一：将光纤缠绕于电抗器绕组表面，与绕组一起用环氧树脂进行浇筑，环氧树脂同时起到固定和绝缘作用。应尽可能使光纤贴近绕组以提高温度传感精度。这一方案优点在于测量准确，但其无法完成对已出厂的电抗器改造。

方案二：对于已在运行的电抗器，将光纤使用耐高温型环氧树脂粘贴于电抗器包封表面，这种情况下需要考虑光纤与包封之间的温度传递效率，但其优点在于可以通过小幅度改造现有电抗器实现其的温度检测。

本发明基于分布式光纤传感技术，能实现对传感光纤沿线所有点的温度连续测量，其温度分辨率小于1m，一次测量时间为10s-20s。可以满足电抗器温度连续监测的要求。测温精度可达±0.5℃，且不受应变等因素的影响。

第三步，获取干式电抗器过热故障特征气体，通过对电抗器包封绝缘专用的双酚Ａ环氧树脂样品进行过热分解试验，分析绝缘材料过热裂解后生成的气体成分，找出能反应电抗器过热故障的特征气体。

干式空心电抗器绝缘专用的双酚A型环氧树脂的耐温等级为F级，长期运行下的耐热温度为155℃，当电抗器局部温度高于155℃时，环氧树脂会氧化分解，当温度超过210℃时，环氧树脂会快速裂解。干式空心电抗器中其他部件的构成材料如聚酯薄膜、玻璃纤维等耐受高温能力较强，受热不会分解生成气体成分。

1.试验设备及样品

（1）氦离子化气相色谱仪

气相色谱仪是用气相色谱法来对混合气体进行气体组分和含量分析的仪器。本试验用仪器检测器为氦离子检测器（PDD），要求PDD对各气体成分的检测限不大于110⁴（体积分数）。

（2）数显电热鼓风干燥箱

数显电热鼓风干燥箱，又称为恒温箱，其主要功能是对电工、电子及其他产品材料进行恒定温度下的高温加热试验，以方便测量和确定材料在高温环境下各个参数和特性的变化。本试验使用不锈钢数显电热鼓风干燥箱，主要用于对试验样品进行密闭条件下的恒温加热，恒温加热的温度范围为50℃-300℃，升温时间10℃／min，灵敏度为±1℃。

（3）气密罐

本试验使用不锈钢和纯铜制成的3L气密罐，用来封装试验样品进行加热试验，罐体在高温下不会产生气体成分，可用于收集和检验气体组分。

（4）试验用环氧树脂样品

对现场更换的35kV干式空心电抗器进行切割，将电抗器的包封绝缘材料双酚A型环氧树脂切割成长宽高分别为3cm、2cm、1cm的长方体样品。

（5）TVOC检测仪

该检测仪主要用来检测和记录空气中的苯、烃、烷、烯、酮类等有机挥发物，采用主动通风技术，大幅度提高传感器的灵敏度和准确度。TVOC检测仪的分辨率为110^-9，检测仪的响应时间10s，工作温度范围为5℃-70℃，工作湿度范围为0-90%RH。

2.试验流程

（1）从实际运行的35kV干式电抗器上取环氧树脂样品并对样品进行加工，保证试验所用的样品物理参数基本相同；

（2）将样品放入密封罐中，先将密封罐抽成真空，再向密封罐中通入人工合成空气（21%O₂+79%N₂）,排除空气中其它成分对试验结果造成干扰；

（3）将密封罐放入干燥箱中恒温加热，控制加热温度在环氧树脂样品燃点以内，设置温度梯度10℃，每组加热时间为3h；

（4）抽取密封罐中的气体，通入PDD气相色谱仪中对气体组分和含量进行分析；

（5）重复上述步骤，进行下一组试验。

试验前对不锈钢气密罐的气密性进行检验。连接真空泵与不锈钢气密罐，真空泵调至抽气状态，将气密罐抽成真空，关闭气密罐进气口，断开真空泵电源，气密罐静置１天，检验发现气密罐漏气率低于10^-3MPa／天，罐体气密性良好。

为找出试验用双酚A型环氧树脂样品的燃点范围，防止样品在加热试验中发生起火燃烧，试验前首先对试验样品的燃点进行测量。利用调温加热电炉对试验样品加热，当环氧树脂样品产生浓烟，且伴有刺鼻性气味时记录当时的温度；当加热到样品开始燃烧时记录样品的燃点温度。确保在试验过程中不会发生环氧树脂样品起火的现象。

通过双酚A型环氧树脂的过热分解试验，最终找出适用于进行特征气体监测的特征气体种类。

第四步：初步判断特征气体与故障温度之间的关系，搭建35kV干式空心电抗器故障模拟试验装置，在实际电抗器上进行过热故障模拟试验，分析各种条件下气体传感器监测到的特征气体体积分数的变化规律，提出基于特征气体体积分数判断干式空心电抗器过热故障的方法。

35kV干式空心电抗器过热故障模拟试验装置如图2所示，主要包括35kV干式空心电抗器本体1、局部过热故障模拟系统（包括开关电源2、固态继电器3、PID温控仪4、热源5、温度传感器6）和无线气体传感器7。试验前将热源（10cm5cm）固定在电抗器包封上部表面，用于模拟局部过热故障的局部热效应。温度探头紧贴热源，准确检测热源温度，温控仪采用PID控制策略对热电极表面温度进行控制。无线气体传感器7布置在电抗器顶部圆形支架8上，位于热源正上方40cm处。

为保证试验数据准确且具有对比性，试验时控制环境温度为（25±1）℃，相对湿度为（50±1）%，风速为1m/s，每组试验时间为2h，进行3次重复性试验，取３次试验数据平均值为该组试验所测TVOC体积分数值。具体试验步骤如下：

（1）将热源固定在电抗器内层包封上部约3/4高度（温度热点）处，并按图所示试验平台图连接好各仪器设备。

（2）打开无线气体传感器，使传感器预热并检测试验前空气中的TVOC体积分数。

（3）接通电源，将PID温控仪的控制温度设定为100℃-250℃，并保持温度不变，开始试验。

（4）试验时，气体传感器每隔1min检测１次空气中TVOC体积分数，将采集到的数据通过无线收发装置传输至服务器。人工记录试验时的相对湿度及风速。

（5）实验进行2h后，待所有参数测量完毕，关闭电源，然后静置2h（使电抗器周围的TVOC充分扩散至大气中），开始下一组实验。

试验时电抗器放置在户外变电站内，热源温度范围设定在100℃-250℃之间，环境温度在25℃±1℃之间，每组试验试验时间为2h，进行3次重复性试验，取3次试验数据平均值为该组试验所测TVOC体积分数。

在电抗器包封顶部圆形支架8上等间距布置3个无线气体传感器，相邻传感器之间距离1.2m，无线气体传感器监测到的数据通过天线传输至后台服务器。当传感器监测到的TVOC体积分数连续3个数据超过5010^-9或者连续10个数据均超过3010^-9时，判定传感器发生过热故障。

参阅图3，一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，包括电抗器本体、包封在电抗器本体外部的分布式光纤测温装置、设置在电抗器本体顶部的特征气体检测装置、与分布式光纤测温装置和特征气体检测装置分别连接的无线数据采集装置、与无线数据采集装置连接的远程客户端、以及与远程客户端连接的报警装置。

分布式光纤测温装置包括ROTDR系统和测温光纤，测温光纤分布式缠绕在干式电抗器绕组的表面，ROTDR系统向测温光纤发出脉冲光，采集测温光纤的温度以及获得该温度的对应时间。

其中：

ROTDR系统（基于拉曼散射的分布式温度测量系统）主要包括脉冲激光器、光电转换模块、微弱信号放大模块和控制器，脉冲激光器、光电转换模块、微弱信号放大模块均与控制器连接，控制器与电源连接。其中的控制器可以为PC。

分布式光纤测温装置的工作原理为：脉冲激光器与PC通过串口进行通信，利用PC设置激光器产生脉冲光的频率、脉宽和功率。PC向脉冲激光器发出“开始”控制指令，脉冲激光器发出固定频率、脉宽和功率的光脉冲以及同频率同相位的电脉冲，光脉冲经过波分复用器中的耦合器进入定标和传感光纤，电脉冲则连接至数据采集卡作为采集的触发信号。进入光纤的脉冲光不断地向前传输，并与光纤分子相互作用产生散射光，其中的后向散射光沿光纤返回耦合器，耦合器从后向散射光中分离出拉曼散射光，然后经过分光器中的滤光片将斯托克斯（波长1650nm）和反斯托克斯光（波长1450nm）分别滤出，并传输到APD进行光电转换。APD转换后的电信号进入放大模块进行放大，然后连接至数据采集卡的通道1作为数据解调信号。数据采集卡将采集到的信号进行累加平均，并根据采集数据的大小和时间分别确定温度的数值以及与光纤位置的对应关系，最后由波形图表进行显示，即完成一组对光纤温度的分布式测量。

如图2所示，特征气体检测装置包括设置在干式电抗器顶部的圆形支架8、以及设置在圆形支架8上的若干无线气体传感器7。其中，圆形支架设置在干式电抗器的撑条9的上部。

无线气体传感器7由气体传感器芯片、单片机微处理系统、无线收发模块以及电源组成。气体传感器芯片、单片机微处理系统、无线收发模块分别与电源连接，气体传感器芯片和无线收发模块分别与单片机微处理系统连接。

无线气体传感器7为3个，等间距设置在圆形支架8的底部，电源为抗高温镍氢电池。

无线数据采集装置由无线温度数据采集装置和无线特征气体数据采集装置组成，无线温度数据采集装置与ROTDR系统连接，无线特征气体数据采集装置与无线气体传感器连接。其中，无线温度数据采集装置主要完成采集温度数据和无线发送，无线特征气体数据采集装置主要完成采集特征气体数据和无线发送，均由单片机AT89C51控制A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再经由编码芯片PT2262所组成的无线发送电路每次并行无线发送四位数据。

远程客户端，用于接收、显示并比较干式电抗器包封表面温度值信号以及特征气体含量值信号，用于当干式电抗器包封表面温度值超过预定阈值，或特征气体含量值信号含量值超过设定阈值时，发出报警信号；包括前端处理模块和PC机，前端处理模块由单片机AT89C52与串行通信电路组成，主要完成数据的读入与处理、接收模块的地址码控制以及实现与PC机之间的通信。PC机运行采用VB编写的控制平台，进行采集点与采集次数的设置，然后将设置好的参数通过串口通信传送给前端处理单片机AT89C52，进而控制接收模块上的地址码，接收相应采集点的数据并完成相应次数的采集。单片机将采集到的数据传送给PC机，进而显示、存储并比较采集到的数据。

报警装置，用于接收报警信号并报警。

干式空心电抗器发生过热故障包封局部温度升高时，绝缘材料环氧树脂会过热分解产生特征气体TVOC，通过监测电抗器包封周围空气中TVOC含量，能判断电抗器是否发生过热故障，从而达到监测电抗器的运行情况。在额定运行状态下，干式空心电抗器包封温度最大值不超过95℃。当干式空心电抗器发生过热故障时，电抗器的故障区域包封温度上升。通过对包封温度进行监测可以判断电抗器的运行状态。综合非接触式特征气体测试和温度监测对干式电抗器进行综合监测，是技术上的一种进步，从多方面、多角度对电抗器运行状态进行监测。

本发明主要用于干式电抗器的温度分布式测量，实时获得干式电抗器的三维温度场分布，进行电抗器过热缺陷的精准排查与故障诊断工作，可应用于复杂环境下运行的电抗器。其具有以下应用效果：

（1）获得干式电抗器的三维温度场分布。通过有限元仿真得到电抗器三维温度场的分布，提前获取热点的大致位置，预计其对温度场分布的影响，为设备的实际检测指明方向；

（2）温度检测精度和热点定位精度更高。利用拉曼散射原理设计的分布式光纤测温系统具有较高的温度精度和空间分辨率，能够满足干式电抗器温度检测和热点定位的需要；

（3）传感器便于安装。分布式光纤测温只需在电抗器包层表面粘贴传感光纤即可，无需对设备结构进行较大改动；

（4）建立干式电抗器过热预警系统。通过温度、特征气体等多参量协同作用，及时获知干式电抗器内部的温升情况，避免过热故障的出现；

（5）检测结果实时传递。分布式光纤获取的温度信息可实时连接至数据平台，完成数据的上传和反馈数据分析报告，检测周期更短；

对干式电抗器温度状态的准确检测有助于及时判断电抗器状态，提前发现电抗器内部存在的安全隐患，避免因过热故障产生造成重大损失。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，其特征在于：包括电抗器本体、包封在电抗器本体外部的分布式光纤测温装置、设置在电抗器本体顶部的特征气体检测装置、与所述分布式光纤测温装置和特征气体检测装置分别连接的无线数据采集装置、与所述无线数据采集装置连接的远程客户端、以及与所述远程客户端连接的报警装置。

2.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，其特征在于：所述分布式光纤测温装置包括ROTDR系统和测温光纤，所述测温光纤分布式缠绕在所述干式电抗器绕组的表面，所述ROTDR系统向所述测温光纤发出脉冲光，采集所述测温光纤的温度以及获得该温度的对应时间。

3.如权利要求2所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，其特征在于：所述特征气体检测装置包括设置在所述干式电抗器顶部的圆形支架、以及设置在所述圆形支架上的若干无线气体传感器。

4.如权利要求3所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，其特征在于：所述无线气体传感器由气体传感器芯片、单片机微处理系统、无线收发模块以及电源组成。

5.如权利要求4所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，其特征在于：所述无线气体传感器为3个，等间距设置在所述圆形支架的底部，所述电源为抗高温镍氢电池。

6.如权利要求5所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器过热故障预警系统，其特征在于：所述无线数据采集装置由无线温度数据采集装置和无线特征气体数据采集装置组成，所述无线温度数据采集装置与所述ROTDR系统连接，所述无线特征气体数据采集装置与所述无线气体传感器连接。

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