牵引变压器测温-牵引变压器光纤测温

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基于变压器绕组光纤测温技术的牵引变压器荧光光纤在线温度监测系统

铁路牵引变压器是铁路系统中最重要的电气设备之一，也是导致铁路系统事故最多的电气设备之一，其运行状态直接影响铁路牵引系统的安全稳定运行。牵引变压器运行过程中有一部分电能转换为变压器的热能，尽管这部分热能相对整个变压器转换的总能量来说很小，但是这部份热能会使变压器产生明显的温升；特别是变压器绕组的温升，导致变压器绕组绝缘加速老化进而影响变压器使用寿命。近年来变压器爆炸烧毁事故在国内外电网系统中时有发生，导致供电线路停电，造成了比较严重的经济损失。

目前，通常是通过检测油顶层温度及负荷电流来模拟绕组温度，作为变压器运行工况的判据，该技术存在不准确、不及时和不直观的缺点。因此非常有必要采用新的技术对运行中变压器绕组温度进行实时监测，及时反映出绕组的实际温度。而变压器绕组光纤温度在线监测系统能很好解决上述问题，其 FBG（光学光栅）光纤测温技术应用于变压器绕组热点温度的监测，具有方便、准确、安全及可靠等优点，能及时准确发现绕组超温等缺陷和隐患，对提高变压器安全、稳定运行具有重要意义。 

1 故障及检查情况 1.1 间接计算测量法 间接计算测量法是根据假定的变压器热学模型，通过绕组热点温升计算公式计算绕组温度。该方法比较简单，虽然计算出的数据作为参考具有一定意义，但是不能完全反映变压器实时运行状况。 1.2 绕组故障 这类故障是最严重的，它分为匝间、层间、相间的短路，接地以及断线等，这些往往会产生电弧放电，即高能量放电。其中绝缘老化和制造过程中绝缘损坏造成的短路；长期的过负荷而导致的绝缘劣化；对受潮的变压器未及时进行处理；雷击过电压；系统的短路冲击使绕组固定松动；油泥过多使得油管道堵塞从而导致温度过高；冷却系统的故障引起温度过高；漏油使得油量不足导致温度过高；环境温度过高等是造成这类故障的主要原因。包裹在线段、纵绝缘以及主绝缘中的故障，如绝缘击穿、断线以及绕组匝、层间短路及绕组变形等。 1.3 光纤温度在线监测技术 荧光式光纤测温原理是在光纤末端加入荧光物质，通过测量荧光物质中的光强衰减时间，即可换算出测量点温度。该测温技术由于衰减时间常数的计算是通过荧光物质受激辐射后的光强测量而换算得来，光强受光纤弯曲、光纤接头和法兰接头等光损耗，以及荧光物质、封装胶质长时间受热老化因素影响，从而导致温度数值计算误差。半导体光纤测温原理是在光纤末端加入砷化镓晶体，通过检测砷化镓晶体反射回来光的频谱，从而换算出测量点的温度。该测温技术在实际操作过程中，光路的变化（光缆的重新布置，传感器的重新焊接）、传感器封装差异、封装胶质的老化等因素会严重影响测温的准确性，需要重新标定来保证测量的准确性。光学光栅（FBG）光纤测温技术测温原理是在光纤上制作布拉格光栅，当光源发出的光到达光栅时，光栅将特定波长的光反射回去；反射光的波长与温度具有优异的线性关系，通过测量光学光栅反射回光的波长即可换算出测量点的温度。 2 应用 2.1 安装前的检查 逐个检查探头和主机的通断，保持各通道探头畅通。可采用横向对比进行检查，通常情况下横向通道探头之间的温度差不超过±0.5 度。若横向对比温度差异大于标准，则需要对其进行软件校准。检查前后一定要注意保护探头前端 2毫米的探头感应区和 3 厘米长度的带有保护层部分，每次将探头连接到主机前，需清洁探头上的连接器。否则，油尘粉末会阻隔连接器内部装置。若光纤很长时信号被截及衰减会影响测温效果。 2.2 接点动作值的设定 根据变压器的设计参数计算可知，温度升高报警，宜将94℃设置为温度升高报警值，将 140℃设定为温度过高跳闸值（不同变压器需要根据设计参数计算及实际情况自行设定）。 2.3 影响传感器测温准确的主要因素及改进设计 主要影响：光纤传感器由于其相对比较脆弱，不能直接承力，因此一般安装在绕组垫块中，这就与绕组真实温度存在一个温度差。改进设计：（1）在垫块上靠近传感器的位置上开孔，使得变压器油能给将热量直接传递给传感器；（2）在不影响垫块强度的情况下降低垫块厚度，减小传感器与绕组间距离；（3）采用将传感器直接安装在绕组铜带上的安装方式。 2.4 传感器安装点与注意事项 根据变压器的特性，考虑到绕组的重要性以及顶层油温、温升特性，选择 8 个点进行监测，其中 6 只传感器放置在绕组上，1 只监测变压器顶层油温，1 只监测变压器底层油温。光纤传感器可放置相邻绕组的垫块中，在垫块上开槽，将光纤传感器探头放置好后粘贴牢固。测量变压器底层油温应靠近出油口，测量顶层油温应靠近绕组接头处。此外，在变压器制造、运输和安装过程中，应注意保护光纤传感器，避免过度弯曲与严重受力，防止光纤断裂。 2.5 安装过程中的工艺控制 安装和使用过程中需要时刻保持各个连接端口的清洁，可使用纯异丙醇或酒精等擦拭剂，来防止由于尘土和杂物的阻挡对测量结果产生的影响。为了确保探头中的光线能直接传递到探头上面，因此，安装过程中不能使探头受压，以保证其处于最佳的松弛状态，既不能使其弯曲更不能使其折断。在捆绑光纤的过程中最好使用布条或棉布条，以免过度紧绷光纤。 牵引变压器绕组光纤温度在线监测技术是一种科学、先进和可安全应用的变压器绕组温度监测技术，相对于其他测温技术具有精度高、误差小、反应快、监测点多、可直接监测热点、使用范围广和施工方便等优点；也可用于监测变压器油道、结构件及铁心等温度。变压器绕组光纤温度在线监测系统作为智能变压器的组件之一，除了进行变压器预警及故障分析，还可以进行变压器负荷、寿命分析；从而提高变压器运行可靠性、优化变压器运行负载，提高变压器智能化水平。

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