[发明专利]基于分布式光纤传感的干式电抗器温度检测方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤传感的干式电抗器温度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在干式电抗器上布设分布式光纤传感器；

S2：构建干式电抗器磁场-电路耦合模型，获得干式电抗器在正常运行过程中温度分布情况和发热点分布情况；

S3：构建干式电抗器与周围空气流体温度场数学模型，获得光纤测量温度与干式电抗器包封温度之间的误差，构建温度补偿算法；

S4：所述分布式光纤传感器通过波分复用器与基于拉曼散射的电抗器温度检测系统连接，使用所述基于拉曼散射的电抗器温度检测系统采集、处理所述分布式光纤传感器的信号，并显示处理后的干式电抗器温度信息。

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温度检测方法，其特征在于：所述分布式光纤传感器包括光脉冲激光器、光电转换器、信号放大器和计算机，所述脉冲激光器与所述计算机串口通信，所述计算机控制所述脉冲激光器发出光脉冲进入传感光纤。

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温度检测方法，其特征在于：所述基于拉曼散射的电抗器温度检测系统包括信号采集单元、去噪处理单元、存储单元、温度解调单元和显示单元，所述波分复用器将采集到的光分为反斯托克斯光和斯托克斯光，分别经光电转化、放大，分别依次传输至信号采集单元、去噪处理单元、第一存储单元、温度解调单元、第二存储单元和显示单元。

4.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器温度检测方法，其特征在于：S2中，构建干式电抗器磁场-电路耦合模型，使用柱坐标系进行建模：在柱坐标系下，磁场的控制方程为

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；μ0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：

式中，U为外部约束电压，R_i、ψ_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

B＝▽×A

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

式中：γ为导线的电阻率；ω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。

5.如权利要求1所述的基于分布式光纤传感的干式电抗器温度检测方法，其特征在于：S3中，构建干式电抗器与周围空气流体温度场数学模型，根据传热学理论建立如下稳态温度控制方程：

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；ε为热辐射率；σ为玻尔兹曼常数，其值为5.67*10-8W(m2·K4)；Γ₃为电抗器固体与空气交界面；Γ₂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：

P为电抗器包封的损耗，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：

▽·(ρu)＝0

动量守恒方程可表示为：

能量守恒方程为：

式中，ρ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、μ为空气运动粘性系数；p为空气压强；c_p为空气的比热容；λ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＝ρg；S_T为流体粘性耗散项。