Симонов М. А., аспирант, 1 курс

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики

Заренбин А. В., Генеральный директор

ООО ИП «НЦВО-Фотоника»

Волоконно-оптический датчик для измерения температуры в сухих и маслонаполненных трансформаторных реакторах

Ключевые слова: волоконно-оптический датчик температуры, маслонаполненный трансформатор, сухой трансформатор, органическое трансформаторное масло ГК.

Хорошо известно, что любые потери электроэнергии сопровождаются выделением тепла. В связи с этим, чрезвычайно важное значение приобретает температурный мониторинг состояния силовых элементов для предотвращения аварийных ситуаций на крупных и мелких трансформаторных подстанциях и других объектах электроснабжения.

Как правило, при организации такого мониторинга стандартными электронными средствами большую сложность создает тот факт, что объект регистрации может находиться под высоким потенциалом относительно земли, в ряде случаев достигающим 500 000 вольт.

В этом случае оказывается целесообразным применение волоконно-оптических средств регистрации. Которые обеспечивают необходимую точность измерения при надежной гальванической развязке.

В ООО «Инновационном предприятии «НЦВО-Фотоника» (г.Москва) для решения этой проблемы разработан волоконно-оптический датчик температуры OSMT для установки непосредственно на силовые элементы систем энергоснабжения.

Такой датчик может быть использован в сильноточных коммутационных устройствах высокого напряжения для мониторинга процесса коммутации и контроля качества соединений и состояния контактных групп, концевых муфт, для контроля обмоток силовых трансформаторов, в электроснабжающих и транспортных подстанциях.

Преимуществами датчика являются: отсутствие токопроводящих элементов в непосредственной близости коммутационного устройства, нечувствительность к электромагнитным помехам и наводкам, возможность размещения регистрирующего модуля на значительном удалении от зоны регистрации, измерение пространственного градиента, средней и точечной температуры.

Принцип действия датчика основан на регистрации изменений параметров решетки Брэгга при изменении температуры.

Для объективной оценки работоспособности разработанного волоконно-оптического датчика температуры OSMT были смакетированы условия установки датчика, как в сухом, так и в маслонаполненном трансформаторе.

Макет сухого трансформатора представляет собой радиатор, подогреваемый снизу промышленным феном. Сверху радиатора организован термостат, в котором установлен волоконно-оптический датчик OSMT и ртутный эталонный градусник. Было произведено 11 циклов нагрева термостата до температуры 90°С. Снятие спектров ВБР датчика производилось при температурах: 20, 30, 40, 50, 60, 90°С.

Макет маслонаполненного трансформатора представлял собой термоизолированную емкость с трансформаторным маслом ГК. В емкость помещен OSMT-312 и ртутный эталонный термометр. Было произведено 11 циклов нагрева мала ГК до температуры 85°С (дальнейший нагрев не допускался из-за соображений техники безопасности). Снятие спектров ВБР датчика производилось при температуре: 48, 52, 57, 71, 78, 85°С.

Результаты эксперимента по оценке работоспособности датчика представлены на рисунке 1, на котором отображены спектры ВБР датчика при «сухом» и «масляном» нагреве.

Рисунок 1 – Результаты эксперимента по оценке

работоспособности датчика

На рисунке 1 показаны усредненные данные 11 циклов в точках замера температуры. Перед усреднением были проанализированы расхождения снятых характеристик в данных точках и выявлены наиболее «плохие» точки, в которых расхождение максимально как для «сухого», так и для «маслонаполненного» макета. Для «сухого» макета максимальное расхождение при 90°С составило ±0,8°С, это обусловлено неоднородно прогретым воздушным пространством в термостате. Для «маслонаполненного» макета максимальное расхождение при 48°С составило ±0,6°С, это обусловлено составом органического трансформаторного масла ГК. Оптимальный диапазон температуры жизни этого масла от +50°С до +80°С, при более низких температурах масло ГК становится более вязким и соответственно ухудшаются его свойства однородности прогрева.

Из результатов эксперимента получено:

· Датчик адекватно реагировал на изменение температуры как в «сухом», так и «маслонаполненном» макете.

· Экспериментальная погрешность датчика в «сухом» макете после 11 циклов нагрева составила ±0,8°С, в «маслонаполненном» макете ±0,6°С.

· Улучшение характеристик датчика в масле обусловлено наличием более однородной контролируемой среды.

· Характеристики датчика OSMT удовлетворяют допустимой температурной погрешности как для сухого, так и для маслонаполненного трансформаторно-реакторного оборудования.

Литература

1. В.И. Бусурин, Ю.Р. Носов. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 256с.

2. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Онамото, М. Оцу, Х. Нисихара др. Под ред. Т. Окоси: пер.с япон. – Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 256с.