本文介紹了變壓器光纖測(cè)溫的必要性，對(duì)比了三種變壓器繞組光纖測(cè)溫技術(shù)特點(diǎn)。針對(duì)深圳電網(wǎng)110kV油浸變壓器繞組測(cè)溫項(xiàng)目，介紹了光纖傳感器的安裝和測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析，并與傳統(tǒng)的繞組溫度計(jì)和油溫計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。實(shí)際應(yīng)用證明，基于光纖光柵技術(shù)的光纖溫度傳感器能夠安全、準(zhǔn)確、可靠和實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)繞組、鐵心、母排溫度。
1 概述
大型變壓器在運(yùn)行時(shí), 繞組溫度分布是不均勻的。通過傳統(tǒng)的熱模擬法測(cè)量的技術(shù)，運(yùn)行繞組的溫升過程與模擬不盡相同，誤差較大，法國(guó)電網(wǎng)已停用該測(cè)溫裝置[1]。在頂層油溫處于正常水平的情況下，繞組的熱點(diǎn)溫度可能已發(fā)生局部過熱。繞組過熱一方面會(huì)造成該處油的分解并產(chǎn)生氣泡, 另一方面還會(huì)造成該處局部絕緣累積性的老化(多次重復(fù)過熱)，最終將導(dǎo)致絕緣擊穿而損壞變壓器。因此從設(shè)備安全的角度考慮，繞組熱點(diǎn)溫度的有效監(jiān)測(cè)意義重大。
變壓器絕緣運(yùn)行壽命一般認(rèn)為應(yīng)遵循六度法則:年平均溫度為98℃時(shí)具有正常壽命，當(dāng)超過或達(dá)不到98℃時(shí),每上升或降低6℃,則變壓器壽命降低一半或延長(zhǎng)一倍，如圖1所示[2]。從資產(chǎn)管理的角度考慮，繞組熱點(diǎn)溫度的有效監(jiān)測(cè)將保證資產(chǎn)在正確的工況條件下使用，而不影響變壓器的壽命。
因?yàn)槔@組熱點(diǎn)溫度是變壓器負(fù)載的最主要限定因素，應(yīng)盡力準(zhǔn)確測(cè)出[3]。標(biāo)準(zhǔn)[4]中提出“由于熱點(diǎn)的位置很難預(yù)先準(zhǔn)確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會(huì)隨之變化，因此最好同時(shí)用多個(gè)傳感器”。
2 變壓器熱點(diǎn)溫度直接測(cè)量技術(shù)
在變壓器熱點(diǎn)溫度直接測(cè)量技術(shù)上，主要采用光纖測(cè)溫技術(shù)。光纖為SiO2材料，具有非常優(yōu)異的絕緣特性，敏感組件測(cè)量和信號(hào)的傳輸均由光來完成，由于沒有電信號(hào)的引入，使得光纖傳感技術(shù)在變壓器熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)上成為可能。
目前使用光纖傳感技術(shù)測(cè)量變壓器熱點(diǎn)溫度主要有三種測(cè)量技術(shù)：熒光式測(cè)量，半導(dǎo)體式測(cè)量和光纖光柵測(cè)量。采用光纖熒光吸收式測(cè)溫技術(shù)[5]和光纖半導(dǎo)體吸收式測(cè)量技術(shù)[6]的的繞組測(cè)溫技術(shù)，受制于1根光纖只能接1個(gè)傳感器的技術(shù)特點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。光纖光柵式測(cè)量技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。
2.1 熒光式測(cè)溫
熒光式測(cè)溫方法是在光纖末端鍍上熒光物質(zhì)，經(jīng)過一定波長(zhǎng)的光激勵(lì)后，熒光物質(zhì)受激輻射出熒光能量。由于受激輻射能量按指數(shù)方式衰減，衰減時(shí)間常數(shù)根據(jù)溫度的不同而不同，通過測(cè)量衰減時(shí)間，從而得出測(cè)量點(diǎn)的溫度。
由于衰減時(shí)間常數(shù)的計(jì)算是通過熒光物質(zhì)受激輻射后的光強(qiáng)測(cè)量而換算得到的，而光強(qiáng)受光纖彎曲所產(chǎn)生的損耗、光纖接頭處的插入損耗以及外接光纜的光損耗等因素影響，可能導(dǎo)致衰減時(shí)間常數(shù)測(cè)量誤差，從而影響溫度測(cè)量精度。
2.2 半導(dǎo)體測(cè)溫
半導(dǎo)體測(cè)溫原理是在光纖末端加入砷化鎵晶體，當(dāng)光源發(fā)出多重波長(zhǎng)的光照射到砷化鎵晶體時(shí)，該晶體在不同的溫度會(huì)吸收不同波長(zhǎng)的光，同時(shí)將剩余不能吸收的波長(zhǎng)的光反射回去。通過檢測(cè)反射光的光譜，換算出測(cè)量溫度。
半導(dǎo)體測(cè)溫由于測(cè)量的是光的頻譜，不是光強(qiáng)，因此測(cè)量不受光功率影響，但是在實(shí)際操作過程中，光路的變化(如光纜的重新布置, 傳感器的重新熔接)還會(huì)影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性，還須重新定標(biāo)，確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性[7]。同熒光式測(cè)溫技術(shù)一樣，溫度敏感組件都是處于光纖的末端，單根光纖只能接一個(gè)傳感器。
2.3 光纖光柵測(cè)溫
光纖光柵是在光纖上制作的、只反射特定波長(zhǎng)的光傳感組件。該器件反射的波長(zhǎng)與溫度具有優(yōu)異的線性關(guān)系，和溫度線性擬合的相關(guān)系數(shù)可達(dá)99.99%。通過測(cè)量光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)，即可換算出測(cè)量點(diǎn)的溫度。
在單根光纖上的不同位置可以刻寫不同波長(zhǎng)的光纖光柵傳感器，通過波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單根光纖多達(dá)18個(gè)光纖光柵傳感器的串聯(lián)。
2.4 三種光纖測(cè)溫技術(shù)的比較
3 光纖光柵繞組熱點(diǎn)測(cè)溫原理
光纖光柵是通過相位掩模板制造技術(shù)，光纖經(jīng)過激光照射形成光波長(zhǎng)反射器件。一定帶寬的光與光纖光柵場(chǎng)發(fā)生作用，光纖光柵反射回特定中心波長(zhǎng)的窄帶光，并沿原傳輸光纖返回;其余寬帶光沿光纖繼續(xù)傳輸。
反射的中心波長(zhǎng)隨作用于光纖光柵的溫度變化而線性變化，從而使光纖光柵成為性能優(yōu)異的溫度測(cè)量元件。通過測(cè)量光纖光柵反射的中心波長(zhǎng)，即可測(cè)量出光纖光柵溫度傳感器測(cè)量點(diǎn)相應(yīng)的溫度值。
沿光纖繼續(xù)傳輸?shù)耐干涔饫^續(xù)傳輸給其它具有不同中心波長(zhǎng)的光纖光柵，并逐一反射各個(gè)光纖光柵的中心波長(zhǎng)，通過測(cè)量各反射光的中心波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)一根光纖上多個(gè)光纖光柵溫度傳感器的串聯(lián)。
4 變壓器繞組測(cè)溫系統(tǒng)主要構(gòu)成
4.1 光纖光柵測(cè)溫主機(jī)
該測(cè)溫主機(jī)是光纖光柵測(cè)溫主機(jī)，除了具備在線測(cè)量繞組熱點(diǎn)溫度的功能之外，還有多路光纖通道和8路繼電器及數(shù)據(jù)傳輸接口，內(nèi)置了Modbus和IEC61850傳輸協(xié)議。
4.2 光纖光柵溫度傳感器
光纖光柵溫度傳感器不受電磁干擾，與變壓器油相容，可耐受諸如煤油氣相干燥，熱油循環(huán)等變壓器制造過程。傳感器可方便的安裝到變壓器繞組、鐵心、母線排、電氣接點(diǎn)等熱點(diǎn)區(qū)域。
4.3 光纖接口板
光纖接口板由不銹鋼材料制成(專利號(hào)：ZL201120115532.1)，安裝在變壓器油箱壁上，在保證變壓器不漏油的情況下，實(shí)現(xiàn)光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的低損耗傳輸。
5 深圳電網(wǎng)110kV主變溫度測(cè)量案例
5.1 傳感器監(jiān)測(cè)位置和數(shù)量
經(jīng)與變壓器廠商議，在A，B，C三相高壓繞組上，每相安裝2個(gè)傳感器，位置分別在第二和第三個(gè)線餅之間、第四和第五個(gè)線餅之間;頂層和底層油溫部分，各安裝兩個(gè)傳感器;鐵芯上安裝2個(gè)傳感器;母線排上安裝3個(gè)傳感器。如圖6所示：
5.2 傳感器在變壓器中的安裝
傳感器在繞組、鐵芯、母線排及頂層油的安裝如圖7-10所示：
5.3 測(cè)量結(jié)果及分析
5.3.1 繞組熱點(diǎn)溫度、頂層油溫度及溫升分析
表2是溫升試驗(yàn)中，繞組、鐵芯、母線與油溫度穩(wěn)定后的測(cè)量結(jié)果。
注：*1，表示傳感器安裝在第2、3線餅間;*2，表示傳感器安裝在第4、5線餅間;
所測(cè)量的繞組最高溫度在C相高壓繞組上第二個(gè)線餅和第三個(gè)線餅之間，為110.6℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]，該點(diǎn)即作為繞組熱點(diǎn)溫度。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]中規(guī)定的溫度分布模型，已知銅油溫差為20K，作圖如下：
該臺(tái)變壓器的銅油溫差為20K，根據(jù)熱點(diǎn)溫度模擬計(jì)算法，熱點(diǎn)系數(shù)選擇1.3，則模擬計(jì)算的熱點(diǎn)溫度=頂層油溫(油溫計(jì)測(cè)量溫度為81.6℃)+熱點(diǎn)系數(shù)×銅油溫差，為107.6℃，計(jì)算的熱點(diǎn)溫升為107.6-27.3=80.3K。
標(biāo)準(zhǔn)[4]中規(guī)定了頂層油溫升限制為60K，但沒有規(guī)定熱點(diǎn)溫升限制，標(biāo)準(zhǔn)[8]則規(guī)定了熱點(diǎn)溫升限制為78K。
5.3.2 繞組溫度分析
從測(cè)量結(jié)果看，第二、三個(gè)線餅間的溫度高于第四、五線餅間的溫度;相同位置不同繞組的測(cè)量溫度較為接近。
因?yàn)槔@組熱點(diǎn)溫度是變壓器負(fù)載的最主要限定因素, 應(yīng)盡力準(zhǔn)確測(cè)出[3]，標(biāo)準(zhǔn)[4]中提出“由于熱點(diǎn)的位置很難預(yù)先準(zhǔn)確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會(huì)隨之變化，因此最好同時(shí)用多個(gè)傳感器”。由于在2、3餅之間各放置了1個(gè)傳感器，為了更加準(zhǔn)確的評(píng)估變壓器的繞組熱點(diǎn)溫度，因此傳感器數(shù)量有必要增加，以測(cè)量出繞組可能存在的更高溫度。
5.3.3 頂層油溫測(cè)量結(jié)果比較
采用傳統(tǒng)的Pt100油溫計(jì)與采用光纖光柵技術(shù)測(cè)量的油溫比較如圖12所示，可看出當(dāng)溫度穩(wěn)定之后：
(1)光纖測(cè)量的兩個(gè)頂層油溫非常接近，相差0.2℃;
(2)Pt100油溫計(jì)測(cè)量的兩個(gè)頂層油溫相差2.3℃，最大值比光纖測(cè)量溫度差大約0.5℃。Pt100油溫計(jì)2在5:00-5:30時(shí)間段，溫度突變9.4℃，判斷可能存在測(cè)量故障。在變壓器投運(yùn)不久，該P(yáng)t100傳感器果然出現(xiàn)故障，并更換。
5.3.4 光纖測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定性分析
從圖13可看出，繞組、鐵芯，還是母排在溫升試驗(yàn)期間溫度數(shù)據(jù)變化均非常平穩(wěn)，本項(xiàng)目所采用光纖測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
5.3.5 變壓器運(yùn)行后的數(shù)據(jù)比較
圖14是變壓器投運(yùn)后連續(xù)6天的繞組溫度計(jì)測(cè)量溫度(線溫)、光纖測(cè)量的熱點(diǎn)溫度和對(duì)應(yīng)的電流負(fù)載關(guān)系圖，圖15是油溫計(jì)和光纖測(cè)量的頂層油溫和對(duì)應(yīng)的電流負(fù)載關(guān)系圖。
由圖14和圖15可以看出：
1) 光纖測(cè)量的溫度能夠更準(zhǔn)確的跟蹤電流負(fù)載的變化;
2) 所測(cè)量到繞組上的熱點(diǎn)溫度隨負(fù)載電流不一樣高于線溫0-8K。
3) 鐵芯溫度高于繞組熱點(diǎn)溫度。
6 共性問題探討
應(yīng)該看到，光纖測(cè)溫技術(shù)為變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的監(jiān)測(cè)提供了一種有效的技術(shù)手段。為了更準(zhǔn)確測(cè)量到繞組熱點(diǎn)溫度，有必要增加測(cè)點(diǎn)數(shù)量，增加發(fā)現(xiàn)最高熱點(diǎn)溫度的幾率。
所測(cè)量溫度數(shù)據(jù)如何系統(tǒng)的指導(dǎo)變壓器使用方對(duì)變壓器運(yùn)行、維護(hù)和檢修等工作，甚至結(jié)合油色譜和局放技術(shù)，對(duì)變壓器的潛在問題評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)，是非常有意義的、待實(shí)施的工作。
7 結(jié)束語(yǔ)
基于光纖光柵測(cè)溫技術(shù)的變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值，其直接、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的測(cè)溫效果，明顯提高了變壓器的監(jiān)測(cè)效率，降低了運(yùn)維費(fèi)用，同時(shí)有效避免了變壓器惡性事故的發(fā)生，在不降低變壓器壽命的情況下，保障變壓器更高負(fù)載的運(yùn)行，實(shí)踐證明該方法行之有效。
參考文獻(xiàn)
[1] 陸萬烈, 夏業(yè)勤, 變壓器繞組溫度測(cè)量的“熱模擬”誤差, 變壓器, 1999, 36(10): 15～17
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[3] IEC. Loading guide for oil-immersed power transformer, revision of publication 354. 1991
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[5] 陳軍, 光纖測(cè)溫技術(shù)在變壓器上的應(yīng)用. 變壓器，2008(01)
[6] 宋偉，彭淑迪，陳仁全，胡啟明，變壓器光纖測(cè)溫原理及其安裝試驗(yàn)工藝探討，重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2012年學(xué)術(shù)會(huì)議論文
[7] GB 1094.2-1996，電力變壓器 第2部分 溫升
[8] IEC 60076-2, Power transformers –Part 2: Temperature rise for liquid-immersed transformers, Edition 3.0 2011-02
1 概述
大型變壓器在運(yùn)行時(shí), 繞組溫度分布是不均勻的。通過傳統(tǒng)的熱模擬法測(cè)量的技術(shù)，運(yùn)行繞組的溫升過程與模擬不盡相同，誤差較大，法國(guó)電網(wǎng)已停用該測(cè)溫裝置[1]。在頂層油溫處于正常水平的情況下，繞組的熱點(diǎn)溫度可能已發(fā)生局部過熱。繞組過熱一方面會(huì)造成該處油的分解并產(chǎn)生氣泡, 另一方面還會(huì)造成該處局部絕緣累積性的老化(多次重復(fù)過熱)，最終將導(dǎo)致絕緣擊穿而損壞變壓器。因此從設(shè)備安全的角度考慮，繞組熱點(diǎn)溫度的有效監(jiān)測(cè)意義重大。
變壓器絕緣運(yùn)行壽命一般認(rèn)為應(yīng)遵循六度法則:年平均溫度為98℃時(shí)具有正常壽命，當(dāng)超過或達(dá)不到98℃時(shí),每上升或降低6℃,則變壓器壽命降低一半或延長(zhǎng)一倍，如圖1所示[2]。從資產(chǎn)管理的角度考慮，繞組熱點(diǎn)溫度的有效監(jiān)測(cè)將保證資產(chǎn)在正確的工況條件下使用，而不影響變壓器的壽命。
因?yàn)槔@組熱點(diǎn)溫度是變壓器負(fù)載的最主要限定因素，應(yīng)盡力準(zhǔn)確測(cè)出[3]。標(biāo)準(zhǔn)[4]中提出“由于熱點(diǎn)的位置很難預(yù)先準(zhǔn)確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會(huì)隨之變化，因此最好同時(shí)用多個(gè)傳感器”。
2 變壓器熱點(diǎn)溫度直接測(cè)量技術(shù)
在變壓器熱點(diǎn)溫度直接測(cè)量技術(shù)上，主要采用光纖測(cè)溫技術(shù)。光纖為SiO2材料，具有非常優(yōu)異的絕緣特性，敏感組件測(cè)量和信號(hào)的傳輸均由光來完成，由于沒有電信號(hào)的引入，使得光纖傳感技術(shù)在變壓器熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)上成為可能。
目前使用光纖傳感技術(shù)測(cè)量變壓器熱點(diǎn)溫度主要有三種測(cè)量技術(shù)：熒光式測(cè)量，半導(dǎo)體式測(cè)量和光纖光柵測(cè)量。采用光纖熒光吸收式測(cè)溫技術(shù)[5]和光纖半導(dǎo)體吸收式測(cè)量技術(shù)[6]的的繞組測(cè)溫技術(shù)，受制于1根光纖只能接1個(gè)傳感器的技術(shù)特點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。光纖光柵式測(cè)量技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。
2.1 熒光式測(cè)溫
熒光式測(cè)溫方法是在光纖末端鍍上熒光物質(zhì)，經(jīng)過一定波長(zhǎng)的光激勵(lì)后，熒光物質(zhì)受激輻射出熒光能量。由于受激輻射能量按指數(shù)方式衰減，衰減時(shí)間常數(shù)根據(jù)溫度的不同而不同，通過測(cè)量衰減時(shí)間，從而得出測(cè)量點(diǎn)的溫度。
由于衰減時(shí)間常數(shù)的計(jì)算是通過熒光物質(zhì)受激輻射后的光強(qiáng)測(cè)量而換算得到的，而光強(qiáng)受光纖彎曲所產(chǎn)生的損耗、光纖接頭處的插入損耗以及外接光纜的光損耗等因素影響，可能導(dǎo)致衰減時(shí)間常數(shù)測(cè)量誤差，從而影響溫度測(cè)量精度。
2.2 半導(dǎo)體測(cè)溫
半導(dǎo)體測(cè)溫原理是在光纖末端加入砷化鎵晶體，當(dāng)光源發(fā)出多重波長(zhǎng)的光照射到砷化鎵晶體時(shí)，該晶體在不同的溫度會(huì)吸收不同波長(zhǎng)的光，同時(shí)將剩余不能吸收的波長(zhǎng)的光反射回去。通過檢測(cè)反射光的光譜，換算出測(cè)量溫度。
半導(dǎo)體測(cè)溫由于測(cè)量的是光的頻譜，不是光強(qiáng)，因此測(cè)量不受光功率影響，但是在實(shí)際操作過程中，光路的變化(如光纜的重新布置, 傳感器的重新熔接)還會(huì)影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性，還須重新定標(biāo)，確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性[7]。同熒光式測(cè)溫技術(shù)一樣，溫度敏感組件都是處于光纖的末端，單根光纖只能接一個(gè)傳感器。
2.3 光纖光柵測(cè)溫
光纖光柵是在光纖上制作的、只反射特定波長(zhǎng)的光傳感組件。該器件反射的波長(zhǎng)與溫度具有優(yōu)異的線性關(guān)系，和溫度線性擬合的相關(guān)系數(shù)可達(dá)99.99%。通過測(cè)量光纖光柵反射回的光的波長(zhǎng)，即可換算出測(cè)量點(diǎn)的溫度。
在單根光纖上的不同位置可以刻寫不同波長(zhǎng)的光纖光柵傳感器，通過波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單根光纖多達(dá)18個(gè)光纖光柵傳感器的串聯(lián)。
2.4 三種光纖測(cè)溫技術(shù)的比較
3 光纖光柵繞組熱點(diǎn)測(cè)溫原理
光纖光柵是通過相位掩模板制造技術(shù)，光纖經(jīng)過激光照射形成光波長(zhǎng)反射器件。一定帶寬的光與光纖光柵場(chǎng)發(fā)生作用，光纖光柵反射回特定中心波長(zhǎng)的窄帶光，并沿原傳輸光纖返回;其余寬帶光沿光纖繼續(xù)傳輸。
反射的中心波長(zhǎng)隨作用于光纖光柵的溫度變化而線性變化，從而使光纖光柵成為性能優(yōu)異的溫度測(cè)量元件。通過測(cè)量光纖光柵反射的中心波長(zhǎng)，即可測(cè)量出光纖光柵溫度傳感器測(cè)量點(diǎn)相應(yīng)的溫度值。
沿光纖繼續(xù)傳輸?shù)耐干涔饫^續(xù)傳輸給其它具有不同中心波長(zhǎng)的光纖光柵，并逐一反射各個(gè)光纖光柵的中心波長(zhǎng)，通過測(cè)量各反射光的中心波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)一根光纖上多個(gè)光纖光柵溫度傳感器的串聯(lián)。
4 變壓器繞組測(cè)溫系統(tǒng)主要構(gòu)成
4.1 光纖光柵測(cè)溫主機(jī)
該測(cè)溫主機(jī)是光纖光柵測(cè)溫主機(jī)，除了具備在線測(cè)量繞組熱點(diǎn)溫度的功能之外，還有多路光纖通道和8路繼電器及數(shù)據(jù)傳輸接口，內(nèi)置了Modbus和IEC61850傳輸協(xié)議。
4.2 光纖光柵溫度傳感器
光纖光柵溫度傳感器不受電磁干擾，與變壓器油相容，可耐受諸如煤油氣相干燥，熱油循環(huán)等變壓器制造過程。傳感器可方便的安裝到變壓器繞組、鐵心、母線排、電氣接點(diǎn)等熱點(diǎn)區(qū)域。
4.3 光纖接口板
光纖接口板由不銹鋼材料制成(專利號(hào)：ZL201120115532.1)，安裝在變壓器油箱壁上，在保證變壓器不漏油的情況下，實(shí)現(xiàn)光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的低損耗傳輸。
5 深圳電網(wǎng)110kV主變溫度測(cè)量案例
5.1 傳感器監(jiān)測(cè)位置和數(shù)量
經(jīng)與變壓器廠商議，在A，B，C三相高壓繞組上，每相安裝2個(gè)傳感器，位置分別在第二和第三個(gè)線餅之間、第四和第五個(gè)線餅之間;頂層和底層油溫部分，各安裝兩個(gè)傳感器;鐵芯上安裝2個(gè)傳感器;母線排上安裝3個(gè)傳感器。如圖6所示：
5.2 傳感器在變壓器中的安裝
傳感器在繞組、鐵芯、母線排及頂層油的安裝如圖7-10所示：
5.3 測(cè)量結(jié)果及分析
5.3.1 繞組熱點(diǎn)溫度、頂層油溫度及溫升分析
表2是溫升試驗(yàn)中，繞組、鐵芯、母線與油溫度穩(wěn)定后的測(cè)量結(jié)果。
注：*1，表示傳感器安裝在第2、3線餅間;*2，表示傳感器安裝在第4、5線餅間;
所測(cè)量的繞組最高溫度在C相高壓繞組上第二個(gè)線餅和第三個(gè)線餅之間，為110.6℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]，該點(diǎn)即作為繞組熱點(diǎn)溫度。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]中規(guī)定的溫度分布模型，已知銅油溫差為20K，作圖如下：
該臺(tái)變壓器的銅油溫差為20K，根據(jù)熱點(diǎn)溫度模擬計(jì)算法，熱點(diǎn)系數(shù)選擇1.3，則模擬計(jì)算的熱點(diǎn)溫度=頂層油溫(油溫計(jì)測(cè)量溫度為81.6℃)+熱點(diǎn)系數(shù)×銅油溫差，為107.6℃，計(jì)算的熱點(diǎn)溫升為107.6-27.3=80.3K。
標(biāo)準(zhǔn)[4]中規(guī)定了頂層油溫升限制為60K，但沒有規(guī)定熱點(diǎn)溫升限制，標(biāo)準(zhǔn)[8]則規(guī)定了熱點(diǎn)溫升限制為78K。
5.3.2 繞組溫度分析
從測(cè)量結(jié)果看，第二、三個(gè)線餅間的溫度高于第四、五線餅間的溫度;相同位置不同繞組的測(cè)量溫度較為接近。
因?yàn)槔@組熱點(diǎn)溫度是變壓器負(fù)載的最主要限定因素, 應(yīng)盡力準(zhǔn)確測(cè)出[3]，標(biāo)準(zhǔn)[4]中提出“由于熱點(diǎn)的位置很難預(yù)先準(zhǔn)確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會(huì)隨之變化，因此最好同時(shí)用多個(gè)傳感器”。由于在2、3餅之間各放置了1個(gè)傳感器，為了更加準(zhǔn)確的評(píng)估變壓器的繞組熱點(diǎn)溫度，因此傳感器數(shù)量有必要增加，以測(cè)量出繞組可能存在的更高溫度。
5.3.3 頂層油溫測(cè)量結(jié)果比較
采用傳統(tǒng)的Pt100油溫計(jì)與采用光纖光柵技術(shù)測(cè)量的油溫比較如圖12所示，可看出當(dāng)溫度穩(wěn)定之后：
(1)光纖測(cè)量的兩個(gè)頂層油溫非常接近，相差0.2℃;
(2)Pt100油溫計(jì)測(cè)量的兩個(gè)頂層油溫相差2.3℃，最大值比光纖測(cè)量溫度差大約0.5℃。Pt100油溫計(jì)2在5:00-5:30時(shí)間段，溫度突變9.4℃，判斷可能存在測(cè)量故障。在變壓器投運(yùn)不久，該P(yáng)t100傳感器果然出現(xiàn)故障，并更換。
5.3.4 光纖測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定性分析
從圖13可看出，繞組、鐵芯，還是母排在溫升試驗(yàn)期間溫度數(shù)據(jù)變化均非常平穩(wěn)，本項(xiàng)目所采用光纖測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
5.3.5 變壓器運(yùn)行后的數(shù)據(jù)比較
圖14是變壓器投運(yùn)后連續(xù)6天的繞組溫度計(jì)測(cè)量溫度(線溫)、光纖測(cè)量的熱點(diǎn)溫度和對(duì)應(yīng)的電流負(fù)載關(guān)系圖，圖15是油溫計(jì)和光纖測(cè)量的頂層油溫和對(duì)應(yīng)的電流負(fù)載關(guān)系圖。
由圖14和圖15可以看出：
1) 光纖測(cè)量的溫度能夠更準(zhǔn)確的跟蹤電流負(fù)載的變化;
2) 所測(cè)量到繞組上的熱點(diǎn)溫度隨負(fù)載電流不一樣高于線溫0-8K。
3) 鐵芯溫度高于繞組熱點(diǎn)溫度。
6 共性問題探討
應(yīng)該看到，光纖測(cè)溫技術(shù)為變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的監(jiān)測(cè)提供了一種有效的技術(shù)手段。為了更準(zhǔn)確測(cè)量到繞組熱點(diǎn)溫度，有必要增加測(cè)點(diǎn)數(shù)量，增加發(fā)現(xiàn)最高熱點(diǎn)溫度的幾率。
所測(cè)量溫度數(shù)據(jù)如何系統(tǒng)的指導(dǎo)變壓器使用方對(duì)變壓器運(yùn)行、維護(hù)和檢修等工作，甚至結(jié)合油色譜和局放技術(shù)，對(duì)變壓器的潛在問題評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)，是非常有意義的、待實(shí)施的工作。
7 結(jié)束語(yǔ)
基于光纖光柵測(cè)溫技術(shù)的變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值，其直接、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的測(cè)溫效果，明顯提高了變壓器的監(jiān)測(cè)效率，降低了運(yùn)維費(fèi)用，同時(shí)有效避免了變壓器惡性事故的發(fā)生，在不降低變壓器壽命的情況下，保障變壓器更高負(fù)載的運(yùn)行，實(shí)踐證明該方法行之有效。
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