摘要：电力变压器是电力系统中输变电能的高压设备，担负着电压、电流的转换以及功率传输的任务，其性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。本文通过对光纤测温技术的原理对比分析，研究了光纤测温技术在电力变压器中的应用。
关键词：电力变压器；光纤测温；热点；温升
前言
电力变压器是输变电系统中重要的高压设备；电力变压器的可靠性和运行寿命直接影响电网运行安全和资产绩效。电力变压器在运行过程中会产生热效应并最终影响变压器的负载能力、运行可靠性和寿命等。因此，对变压器内部元器件运行热点温度的监测和变压器的热寿命评估是电网资产运维中极其重要的一项工作。
目前油浸式变压器热点温度测量方法：一是间接计算法，间接计算法是根据变压器绝缘结构设定热模型，结合制造经验、及标准 IEC345/GB1564，导出热点温升计算公式，具有一定精度。间接计算法优点是经济、简便、实用性强，缺点是计算复杂，很多计算由经验得出，通用性不强，它通常在变压器现场无法使用，不同的绝缘结构，结果是有一定的偏差。二是热模拟法（WTI）,热模拟法是在变压器中安装热模拟法测温仪表（例如绕组温度指示器等）换算得出绕组温度；热模拟法优点是经济、可以直接启动冷却系统，缺点是准确性差，测量温度有一定时差性。三是直接测量法，直接法是在绕组靠近导线部分埋设传感器，由温度测量仪直接测温的一种在线监测方法，其优点是可以实时，准确的测量绕组热点温度；可以及时启动冷却系统，避免变压器因绕组过热引起的事故，缺点是价格相对较高。现在比较成熟的一般使用光纤传感器测温。光纤信号对变压器内部热点温度检测最为有效的，光纤测温技术具有测点设置多样性、测量准确度和时效性高、能为冷却控制设备提供最佳运行策略等优势；因此该技术在电力变压器上的应用得到了迅速发展。
1、光纤测温系统原理
目前用于电力变压器内部的光纤测温系统有三种。一种是利用某些半导体对光的吸收受温度影响这一特性，制成的半导体透射式和反射式光纤温度传感器；另一种是荧光光纤测温技术，利用某些物质在紫外线的照射下会产生荧光，而这种荧光的衰减熟读是随温度而变的，利用温度对荧光衰减速度的影响来测温；还有一种是光纤光栅测温法，光纤光栅就是一段光纤通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射来进行测温。
本文选择了采用半导体式温度传感器，其原理是利用砷化镓（GaAs）介质对光的吸收/反射特性。砷化镓半导体晶体在不同温度下均可产生可测的光信号，随着温度的升高或者降低，砷化镓晶体的反射光谱发生变化。温度越高，总透射率越低，温度越低，总透射率越高。
1.1基本原理：根据GaAs材料在不同温度下的透光率原理实现测量
通过光学滤波器实现测量
直接安装光纤探头
GaAs材料不会随着时间的变化而变化！（无漂移/无需校准）
1.2探头设计原理
光纤介质传输光信号到探头位置
一些光被吸收，一些光透过感温材料
透过的光反射回光信号装置
图二：探头设计原理
2、光纤探头位置的确定
从变压器的运行经济方面考虑光纤的位置应该放置在线圈温度最高点，首先经过变压器仿真模型分析确定潜在温度最高点，光纤探头应放在目标热点位置，注意光纤的走向应沿着电位方向布置，尽量避免垂直穿过等势面已形成较大的电位梯度。
图三：仿真计算线圈热点位置 图四：仿真模拟铁芯热点位置
3、光纤测温装置的应用
3.1光纤探头的固定
最佳探头放置方式是将探头放入加工后的辐向垫块，将探头植入垫块上加工后的斜槽内，因而探头实际上测量的是垫块槽内油温，该温度也显示了线圈热点附近的实际温度。探头放置后可采用Nomex纸包扎固定，以避免探头损坏。
图五：垫块形式及参考尺寸
3.2探头的安装与引出
将带有光纤探头的垫块插入线圈之间指定位置，光纤引出直接用绝缘纸绑扎在线圈出头或者顺着线圈开槽油道引出线圈，光纤的安装应留有足够的长度以避免变压器负荷发生变化时由于线圈变形折断光纤。引出线圈后的光纤可穿入绝缘纸管，防止光纤受力，绝缘纸管必须绑扎在变压器内各处支撑物上，作为对光纤的保护注意在安装的每一步均需监测光纤是否正常，引出光纤接到油箱贯通盘，贯通盘为内外光纤的连接装置，引出后的外部光纤与监测装置连接即可实现光纤信号的远传。
3.3光纤使用的安全性评估
进入变压器内部的光纤传感器及相关材料须经过变压器油的兼容性评估，按照GB/T16927.1-19 <<高电压试验技术 第一部分 一般试验要求>> 试验前后油样的化验结果均合格，证明材料和变压器油兼容性满足要求；光纤传感器及相关材料的耐击穿和爬电性能评估，光纤传感器在变压器油中的耐压值不低于3kV/mm，试验过程中光纤传感器能承受1575kV雷电冲击、1525kV操作冲击、400kV工频耐压和DC1020kV，5min直流耐压。光纤测温设备已经成功使用多台在220kV变压器产品中，变压器已安全运行多年！
4、结论
本文针对光纤测温系统在变压器中的研究与应用，表明光纤测温技术弥补了传统测温的部分局限性；光纤测温技术顺应了大容量变压器及自然油循环冷去技术发展的需要，光纤测温技术具有测点设置多样性、测量准确度和时效性高、能为冷却控制设备体哦那个最佳的运行策略等优势，因此，在高电压变压器的应用得到了迅速发展。
参考文献
张欣，光纤测温技术在油浸式变压器内部监测的应用，文章编号：1002-1663（2014）04-0373-04
牟帅，光纤测温系统的试验研究；
作者简介
李咏梅（1973-07），女，汉族，籍贯：山东省济宁市金乡县，当前职务：技术经理，当前职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：电力变压器产品的设计研发。
论文作者:李咏梅,唐旭杰,陈振东,毕海宁
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：测温论文; 光纤论文; 变压器论文; 温度论文; 热点论文; 线圈论文; 垫块论文; 《电力设备》2019年第8期论文;