CN116337384A - 压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法 - Google Patents

压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法,包括:将调制模块从全光纤电流互感器中拆解出来,仍然保持全光纤电流互感器的完整光路和电路;将调制模块整体固定在振动台上,全光纤电流互感器不施加一次电流,依次对调制模块整体施加垂直方向、水平横向、水平轴向振动;采用故障录波仪连续监测全光纤电流互感器的二次输出,记录全光纤电流互感器的异常输出电流。本发明通过有效考核调制模块整体及其内部各元器件的抗振性能,进而给出针对性的抗振抑制方案。

Description

压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法
技术领域
本发明涉及电气测量领域,并且更具体地,涉及一种压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法。
背景技术
直流电流互感器是换流站的关键测量设备之一,其主要作用是测量直流电流并将测量结果传至直流控制保护设备,直流电流互感器的可靠性直接关系到换流站的安全稳定运行。目前换流站应用的直流电流互感器有三类:一是以分流器为核心测量元件的电子式光学电流互感器,二是基于电磁感应原理的零磁通电流互感器,三是基于Faraday磁光效应的全光纤电流互感器。2012年国家电网公司首次在直流工程中使用全光纤电流互感器(fiber optic current transformer,FOCT),近几年FOCT在新建工程中配置量逐年上升,截止2021年12月,国家电网公司各换流站共配置FOCT超过1800台,在全部类型直流电流互感器中的占比达到39%。
但是,FOCT现场应用事故频发,2020年12月至2021年1月,部分换流站FOCT因现场的传导振动干扰引起测量电流突变和差动保护动作,导致直流闭锁或停运,经事故分析发现,引起FOCT振动故障的部件是调制模块。FOCT根据调制方式的不同,分为直波导调制型和压电陶瓷(piezoelectric,PZT)调制型,其中,直波导调制型FOCT的调制模块在二次侧,而PZT调制型FOCT的调制模块置于户外一次本体,运行环境较为恶劣,易发生振动故障。
因现行国家标准中并未对PZT调制型FOCT调制模块的振动特性进行考核,产品抗振技术要求与现场运行条件不匹配,导致PZT调制型FOCT抗振性能差,给直流系统安全稳定运行带来隐患。
发明内容
针对现有技术的压电陶瓷调制型全光纤电流互感器在振动工况下测量电流突变的问题,本发明提供一种压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法,深入分析调制模块整体及其内部各元器件受外界振动影响导致FOCT出现测量故障的深层机理,可以有效考核调制模块及其内部各个元器件的抗振性能,掌握FOCT调制模块的振动特性,进而给出针对性的抗振抑制方案,提升产品性能,确保换流站内直流测量设备的安全稳定运行。
本发明提供的一种压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法,包括:将调制模块从全光纤电流互感器中拆解出来,仍然保持全光纤电流互感器的完整光路和电路;将调制模块整体固定在振动台上,全光纤电流互感器不施加一次电流,依次对调制模块整体施加垂直方向、水平横向、水平轴向振动;采用故障录波仪连续监测全光纤电流互感器的二次输出,记录全光纤电流互感器的异常输出电流。
可选地,为了确定全光纤电流互感器振动特性和振动频率的关系,在10Hz~150Hz频率、5g加速度,以及150Hz~2000Hz频率、2g加速度下,在垂直方向、水平横向、水平轴向分别开展8min的扫频试验,找到调制模块整体的振动敏感频率点。
可选地,为了确定全光纤电流互感器振动特性和振动加速度的关系,在敏感频率点附近,改变加速度,在垂直方向、水平横向、水平轴向分别开展2min的扫频试验,其中在10Hz~150Hz的敏感频率点附近,分别在2g、3g、4g加速度下开展振动试验,在150Hz~2000Hz的敏感频率点附近,分别在0.5g、1g加速度下开展振动试验。
可选地,为了确定调制模块内部元器件消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤对全光纤电流互感器振动特性的影响,分别将消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤脱离调制模块并悬吊,调制模块的剩余部分固定在振动台,仍然保持全光纤电流互感器的完整光路和电路。
可选地,在10Hz~150Hz的敏感频率点附近、5g加速度,以及在150Hz~2000Hz的敏感频率点附近、2g加速度下开展振动试验。
可选地,开展的振动试验包括:全光纤电流互感器不施加一次电流,对调制模块的剩余部分施加垂直方向、水平横向、水平轴向振动,采用故障录波仪连续监测全光纤电流互感器的二次输出,记录全光纤电流互感器的异常输出电流。
可选地,振动试验完成后,分别对消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤进行复位,复位后对调制模块整体进行相同的振动试验,验证复位后全光纤电流互感器异常输出电流与各元器件脱离调制模块前的异常输出电流是否一致。
从而,为了解决压电陶瓷调制型全光纤电流互感器在振动工况下测量电流突变问题,本发明提出了一种压电陶瓷调制型全光纤电流互感器的调制模块元器件级振动试验方法,通过有效考核调制模块整体及其内部各元器件的抗振性能,进而给出针对性的抗振抑制方案。该方法弥补了现行国家标准中针对压电陶瓷调制型全光纤电流互感器振动试验的欠缺,可以促进压电陶瓷调制型全光纤电流互感器的技术发展和进一步推广应用,对加强入网设备的质量监督,降低设备运行故障率,保障直流工程的安全运行具有较强的支撑作用。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1是本发明一示例性实施例提供的压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法的流程示意图;
图2是本发明一示例性实施例提供的压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器的的调制模块的示意图。
具体实施方式
下面,将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是本发明的全部实施例,应理解,本发明不受这里描述的示例实施例的限制。
应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
图1示出了本发明所提供的压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法的流程示意图。如图1所示,压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法,包括:将调制模块从全光纤电流互感器中拆解出来,仍然保持全光纤电流互感器的完整光路和电路;将调制模块整体固定在振动台上,全光纤电流互感器不施加一次电流,依次对调制模块整体施加垂直方向、水平横向、水平轴向振动;采用故障录波仪连续监测全光纤电流互感器的二次输出,记录全光纤电流互感器的异常输出电流。
在本发明实施例中,为了方便描述,下文用“PZT”表示压电陶瓷,用“FOCT”表示调制型全光纤电流互感器。
现行的直流电流互感器国家标准GB/T26271.1-2019中并无振动试验项目,现行的电子式交流电流互感器国家标准GB/T20840.8-2007和GB/T20840.6-2017中针对一次部件的振动试验仅包括短路电流期间的一次部件振动试验和一次部件与断路器机械耦联的振动试验,仅考核了开关操作和短路电动力造成的振动。由于PZT调制型FOCT的调制模块在一次本体下部(如图2所示),上述标准中的振动试验没有考核到PZT调制型FOCT的调制模块,FOCT存在振动检测试验标准及试验方法不足导致产品抗振技术要求与现场运行条件不匹配的问题。
因此,采用本发明提出的PZT调制型FOCT元器件级振动试验方法对一台额定一次电流3000A的PZT调制型FOCT的调制模块开展了元器件级的振动试验。试品处于横卧状态,不施加一次电流,调制模块固定在振动台上,按照表1中的试验方案对试品开展振动试验,依次对调制模块整体施加垂直方向振动,以及分别将调制模块中的消偏光纤、起偏光纤,压电陶瓷,延时光纤移出调制模块并悬吊,对调制模块的剩余部分施加垂直方向振动,采用故障录波仪连续监测光CT的二次输出。
表1PZT调制型FOCT调制模块元器件级振动试验方案
Figure BDA0004015061470000041
Figure BDA0004015061470000051
(1)试验方案1:
将调制模块整体固定在振动台,在10Hz~150Hz频率、5g加速度,以及150Hz~2000Hz频率、2g加速度下开展8min的扫频试验,找到调制模块整体的敏感频率点,然后在敏感频率点附近,改变加速度,开展2min的扫频试验,其中在10Hz~150Hz的敏感频率点附近,分别在2g、3g、4g加速度下开展振动试验,在150Hz~2000Hz的敏感频率点附近,分别在0.5g、
1g加速度下开展振动试验,试验结果如表2所示。
表2调制模块整体振动试验结果
Figure BDA0004015061470000052
由表2可知,①在10Hz~150Hz扫频时,试品在53Hz左右异常输出电流最大,在5g加速度下异常输出电流最大值为-224A;在150Hz~2000Hz扫频时,试品在1650Hz左右异常输出电流最大,在2g加速度下异常输出电流最大值为-8535A;53Hz和1650Hz分别为调制模块在10Hz~150Hz和150Hz~2000Hz频率段的敏感频率点;②在敏感频率点,试品的异常输出电流最大值随振动加速度的增大而增大。
(2)试验方案2、3、4、5:
为了分别确定消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤对FOCT异常输出电流的影响,分别将消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤脱离调制模块并悬吊,调制模块剩余部分固定在振动台,但仍然保持FOCT的完整光路和电路。在50Hz~60Hz频率、5g加速度,以及在1600Hz~1700Hz频率、2g加速度下开展振动试验,试验结果如表3-表6所示。振动试验完成后,分别对消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤进行复位,复位后对调制模块整体进行相同的振动试验,验证复位后FOCT异常输出电流与各元器件脱离调制模块前的异常输出电流是否一致。
表3消偏光纤脱离调制模块振动试验结果
Figure BDA0004015061470000061
振动试验完成后,对消偏光纤进行了复位,复位后对调制模块整体进行了相同的振动试验,试品异常输出电流与脱离调制模块前的异常输出电流大小一致。
表4起偏光纤脱离调制模块振动试验结果
Figure BDA0004015061470000062
Figure BDA0004015061470000071
振动试验完成后,对起偏光纤进行了复位,复位后对调制模块整体进行了相同的振动试验,试品异常输出电流与脱离调制模块前的异常输出电流大小一致。
表5压电陶瓷脱离调制模块振动试验结果
Figure BDA0004015061470000072
Figure BDA0004015061470000081
振动试验完成后,对压电陶瓷进行了复位,复位后对调制模块整体进行了相同的振动试验,试品异常输出电流与脱离调制模块前的异常输出电流大小一致。
表6延时光纤脱离调制模块振动试验结果
Figure BDA0004015061470000082
振动试验完成后,对延时光纤进行了复位,复位后对调制模块整体进行了相同的振动试验,试品异常输出电流与延时光纤脱离前的异常输出电流相差较大。
由表3-表6可知:①对调制模块在1650Hz附近进行振动试验,发现延时光纤受振动影响最大,对试品异常输出电流的影响占比最大达97.6%,是导致试品在振动下输出异常的关键元器件;消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷对试品异常输出电流的影响占比为1%~6%之间,对试品在高频振动下的抗振性能影响较小;②在延时光纤复位后,试品的异常输出电流较脱离调制模块前的异常输出电流大幅减小,这是由于脱离和复位的过程改变了延时光纤在调制模块内的安装方式,判断延时光纤的安装方式对其抗振性能影响较大,可通过改变延时光纤的安装方式对产品进行性能改进。
从而,本发明所提出的压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法,提出对压电陶瓷调制型全光纤电流互感器的调制模块进行考核,并制定了符合换流站实际运行工况的振动考核方法,弥补了现行国家标准中一次振动试验仅包括短路电动力和开关操作而无法考核压电陶瓷调制模块的缺陷。本发明可以确定调制模块在低频端10Hz~150Hz和高频段150Hz~2000Hz频率段的敏感频率点,在0.5g-5g加速度下的异常输出电流变化规律,掌握全光纤电流互感器二次输出和振动频率、加速度的关系,全面厘清PZT调制模块的振动特性。本发明可以进行全光纤电流互感器振动故障分析,复现并定位故障部位和故障原因,研究调制模块内各元件受振动影响的故障机理,指导制造厂家改进产品设计和安装制造工艺,提升产品抗振性能。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (7)

1.一种压电陶瓷调制型全光纤电流互感器元器件级振动试验方法,其特征在于,包括:
将调制模块从全光纤电流互感器中拆解出来,仍然保持全光纤电流互感器的完整光路和电路;
将调制模块整体固定在振动台上,全光纤电流互感器不施加一次电流,依次对调制模块整体施加垂直方向、水平横向、水平轴向振动;
采用故障录波仪连续监测全光纤电流互感器的二次输出,记录全光纤电流互感器的异常输出电流。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,为了确定全光纤电流互感器振动特性和振动频率的关系,在10Hz~150Hz频率、5g加速度,以及150Hz~2000Hz频率、2g加速度下,在垂直方向、水平横向、水平轴向分别开展8min的扫频试验,找到调制模块整体的振动敏感频率点。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,为了确定全光纤电流互感器振动特性和振动加速度的关系,在敏感频率点附近,改变加速度,在垂直方向、水平横向、水平轴向分别开展2min的扫频试验,其中在10Hz~150Hz的敏感频率点附近,分别在2g、3g、4g加速度下开展振动试验,在150Hz~2000Hz的敏感频率点附近,分别在0.5g、1g加速度下开展振动试验。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,为了确定调制模块内部元器件消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤对全光纤电流互感器振动特性的影响,分别将消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤脱离调制模块并悬吊,调制模块的剩余部分固定在振动台,仍然保持全光纤电流互感器的完整光路和电路。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在10Hz~150Hz的敏感频率点附近、5g加速度,以及在150Hz~2000Hz的敏感频率点附近、2g加速度下开展振动试验。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,开展的振动试验包括:全光纤电流互感器不施加一次电流,对调制模块的剩余部分施加垂直方向、水平横向、水平轴向振动,采用故障录波仪连续监测全光纤电流互感器的二次输出,记录全光纤电流互感器的异常输出电流。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,振动试验完成后,分别对消偏光纤、起偏光纤、压电陶瓷、延时光纤进行复位,复位后对调制模块整体进行相同的振动试验,验证复位后全光纤电流互感器异常输出电流与各元器件脱离调制模块前的异常输出电流是否一致。
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