光纤光栅测温技术在变压器测温中的应用

　　1前言
　　变压器故障主要有有热性故障和电性故障，其中过热故障占总故障台数的63%左右。特别是，油浸式变压器的寿命主要取决于绝缘材料的寿命，而促使绝缘材料老化的决定性因素就是温度。大型变压器在运行时，绕组温度分布是不均匀的。通过传统的热模拟法测量的技术，运行绕组的温升过程与模拟不尽相同，误差较大[1]。光纤光栅温度监测仪采用先进的光纤光栅测温技术，具有绝缘度高、不受电磁环境影响、适合远距离、高质量信号传输，测量精度高等优点，特别适合电力这种高电压、强磁场的环境使用，因此从根本上解决了传统变压器测温设备的缺陷，为电力变压器的安全运行提供可靠的技术保障，确保变压器的安全运行。
　　2光纤光栅测温的原理及应用系统
　　2.1光纤光栅
　　光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输[2]。
　　2.2光纤光栅对于温度和应力的灵敏性
　　外界的温度和应力的改变将对光纤光栅布拉格条件的波长产生相应的变化。经过光纤光栅后，在布拉格波长的窄带光谱被反射到光纤的输入端；其余的波长透射通过。当把光纤光栅封装在绝缘外壳内部时，外界环境温度，经过壳体传导到光纤光栅，使其波长发生变化。通过精确地测量反射信号的波长，可以实现对温度的检测。通过实验可以证明，光纤光栅中心波长和温度有着非常好的线性关系，线性度可以达到99.9%以上。
　　2.3光纤光栅测温系统
　　光纤光栅测温系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。
　　3电力变压器的光纤光栅测温
　　3.1传统的变压器测温方法
　　传统的变压器温度监测主要包括油面温度和绕组温度两项，油面温度计采用热电偶方式测量变压器油面温度，而绕组温度计则通过模拟变压器顶层油温与绕组对油的平均温升得到叠加的温度，是一个模拟计算量。传统温度测试的最大弊端在于一是不能真实准确的测出变压器绕组热点温度，二是油面温度计温度响应慢。
　　3.2变压器光纤光栅测温
　　3.2.1变压器光纤光栅测温的优点
　　对于变压器测温来说，光纤光栅测温具有无可比拟的优点。一是可以直接测量到最热点温度的变化情况，特别是光纤光栅测温技术可以几乎无时延的监测到温度急速上升；二是可以在短时过负荷的情况下迅速启动冷却风扇或油泵，并记录下与变压器负荷相对应的温度-时间曲线，并在评估变压器剩余使用寿命用来作为参考资料；三是运行人员在判断变压器安全负荷上限和运行工况的时候可以利用光纤光栅测温数据作为依据。
　　另外，对于光纤光栅测温传感器在变压器中的安全性问题，国内厂家曾经做过与变压器油的兼容性评估及耐击穿和爬电性能评估实验，结果证明光纤光栅测温传感器在实际应用中是能够满足安全性要求的。
　　3.2.2深圳某110kV变电站变压器光纤光栅测温系统情况
　　本次在变电站内安装的光纤光栅测温系统是有深圳太辰光通信股份有限公司提供的设备，主要在变压器的绕组、铁芯等重点发热部位装设测温传感器，具体是高压绕组A、B、C三相每相各安装2个传感器，铁芯安装2个传感器，母线排A、B、C三相每相各安装1个传感器，顶层和底层油温各安装2个传感器，总共15个测温点。位置分布如图1。
　　通过实验证明，光纤光栅测温系统与传统的测温仪表所得到的数据具有良好的拟合性能，完全可以反映变压器运行时候的工况，如图2、图3。因此，完全可以在光纤光栅测温系统上增加相应辅助告警接点。通过装置整定，可设定告警值，并通过接点发信给主变保护、变电站自动化等，用于启动冷却系统、闭锁主变分接头调节、告警发信等。
　　4结束语
　　电力变压器光纤光栅测温系统能够对变压器绕组热点实施准确、快速的测温。实践证明：它的可靠性好，测量精度高。相信随着对于电网安全可靠性要求的提高，未来电力变压器光纤光栅测温系统一定会得到广泛的应用。
　　参考文献：
　　[1]陈淑谨，王世阁，刘富家.变压器绕组热点在线监测装置的研制与应用[M].变压器，2000，37（8）：41-44.
　　[2]绕云江，王义平，朱涛.光纤光栅原理及应用[M].北京：科学出版社，2006.

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