高压开关柜触头温度在线监测系统研究

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高压开关柜故障中很大一部分是由于触头、母线等过热导致绝缘损坏造成的,因此,高压开关柜内过热点温度的实时在线监测,是电力系统安全、可靠运行亟待解决的问题。 由于高压开关柜内部环境复杂,普通的温度监测技术难以满足电力系统的应用要求。光纤温度传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、小型化、重量轻等特点,它的出现为高压电气设备温度监测研究提供了新的思路。本文以KYN28—12(Z)型开关柜为研究对象,对高压开关柜内部温度和电磁环境进行了分析,论证光纤传感和通信技术用于触头温度在线监测系统的可行性。 应用传热学相关理论,建立了触头的传热模型,计算了接触电阻、表面散热系数等参数。采用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics,在额定电流和短路电流两种情况下,仿真计算了触头的温度场分布,得出触指为触头温度监测的最佳位置。分析了光纤温度传感器应用的几个关键问题,包括传感器安装、量程范围是否适用、对触头闭合冲击带来的应变的选择性,证明光纤温度传感器满足触头温度检测的要求。 应用电磁学相关理论,建立了高压开关柜电缆室内的电磁模型,给出了电缆室内电磁场满足的边界条件。应用COMSOL Multiphysics软件,进行了12kV(50Hz)交流电压条件下高压开关柜电磁场分布的数值仿真计算,得到了高压开关柜内电场强度、磁场强度的分布。利用Matlab软件,将电磁强度数据以高斯噪声形式叠加到传感器信号传输线上,并对电缆和光纤两种传输媒质的传输误差进行了对比分析,证明高压开关柜电缆室内电磁场对光纤纤芯内的光信号没有影响,光纤可作为高压开关柜的触头温度在线监测系统的传输媒质。
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