分布式光纤测温技术在高温超导电缆中的工程化应用研究

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高温超导电缆传输容量大,一旦发生失超,将严重威胁电缆本体和电力系统运行安全。因此,高温超导电缆的故障检测与保护是实现其大规模工业化应用的关键技术之一。超导电缆故障检测一般是基于电缆端口温度、电压等特性进行的,热电偶测温法和电压检测法等传统检测技术很难及时有效地检测到超导电缆局部区域故障,有必要探索研究超导电缆局部故障检测及定位技术。基于此,本文开展了分布式光纤测温技术在高温超导电缆中的工程化应用研究,主要研究内容及成果如下:(1)针对分布式光纤测温系统未进行低温标定的情况,对光纤测温系统进行了低温校准实验,提出了一种光纤分段增益和偏置校准的方法。校准后,光纤测温系统在液氮下的测温精度在±1K以内,且在77K~283K温区内能稳定、可靠地测温。(2)针对超导电缆在液氮温区运行、且工程施工环境复杂的情况,确定了超导电缆封装光纤的型号。实验研究了不同封装材料及封装形式对光纤低温传感特性、机械性能的影响,结合光纤耐低温性能和机械性能,比选出了适用于超导电缆工程应用的外径为0.75mm的304不锈钢(Stainless steel 304,SS304)微型铠装光纤。(3)在30m哑缆上完成了光纤绕制工艺的探索及验证,针对光纤绕制过程中存在的工程问题,给出了光纤绕制方案与绕制工艺流程。针对超导电缆低温密封运行和定期维护的需求,完成了电缆终端无对接光纤引出接头的研制,实现了光纤无损引出电缆终端,光纤引出接头在连续3个多月的超导电缆型式试验中密封性能稳定。(4)进行了30m/10kV/2.5kA高温超导电缆分布式光纤测温试验,归纳了适用于工程实践的高温超导电缆光纤绕制与集成方案。试验结果表明,分布式光纤低温测温性能和绝缘性能良好,可及时检测出冷热循环过程中超导电缆沿线温度分布不均匀的情况,也可有效识别出超导电缆负荷循环(12k V/2.5k A)过程中异常的温度波动(>1K),验证了分布式光纤测温技术在超导电缆中应用的工程可行性。
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