光纖溫度傳感器應(yīng)用于各種變壓器測(cè)溫

以前，電力行業(yè)的可靠性來(lái)自于規(guī)劃具有顯著冗余的電力系統(tǒng)的能力。日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)和有限的資源迫使公用事業(yè)公司減少資本支出，找到具有成本效益的資源和解決方案，以?xún)?yōu)化其新設(shè)備并對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)防性維護(hù)。

公用事業(yè)公司使用各種方法最有效地使用變壓器是公平的。最常見(jiàn)的方法包括增加負(fù)載的需求和需求。在某些情況下，通過(guò)整體生命周期成本分析表明，通過(guò)安裝更大或更多的變壓器來(lái)減輕負(fù)載，從而使現(xiàn)有變壓器過(guò)載并接受增加的生命損失的代價(jià)更有利可圖。增加負(fù)載似乎是一種常用的方法，但如果沒(méi)有采用有效的方法來(lái)準(zhǔn)確和安全地監(jiān)控必要的參數(shù)，則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題。變壓器壽命周期中最重要的參數(shù)依賴(lài)于繞組在整個(gè)變壓器壽命期間的熱點(diǎn)值的確定性。

光纖傳感器是一種極好且成本效益極高的方式，通過(guò)直接測(cè)量熱點(diǎn)來(lái)獲取容量并收集有關(guān)設(shè)備健康狀況的信息。光纖溫度傳感器先前專(zhuān)用于大型電力變壓器，主要是由于光纖系統(tǒng)的費(fèi)用與變壓器本身的成本相反。使用直接方法可以準(zhǔn)確測(cè)量變壓器的熱點(diǎn)，增加對(duì)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的了解;?負(fù)荷計(jì)劃，資產(chǎn)管理和壽命終止確定。

考慮到它們的設(shè)計(jì)特性以及溫度對(duì)絕緣老化和預(yù)期壽命的影響，非常需要對(duì)小型，中型和大型電源以及配電變壓器進(jìn)行直接溫度測(cè)量。

變壓器繞組溫升熱點(diǎn)控制的重要性

很長(zhǎng)一段時(shí)間，保守地應(yīng)用變壓器負(fù)載，并且當(dāng)變壓器超過(guò)60％-70％的負(fù)載水平時(shí)，通常添加或更換變壓器。這種負(fù)載水平確實(shí)可以在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持變壓器的健康狀態(tài)，正如運(yùn)行或運(yùn)行了40多年的變壓器所證明的那樣。如今，更常見(jiàn)的是使變壓器更接近其最大銘牌容量，規(guī)劃更少的冗余并導(dǎo)致更頻繁的變壓器過(guò)載。這種情況對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度有直接影響

根據(jù)ANSI / IEEE C57.12.80-1978，變壓器的連續(xù)額定值是“在規(guī)定條件下不超過(guò)既定溫升限制的情況下可連續(xù)承載的最大恒定負(fù)載”。存在各種溫度限制，例如環(huán)境溫度，頂部油溫，芯層壓溫度，平均繞組溫升和最大繞組溫升。

確定液體填充變壓器內(nèi)壽命和負(fù)載之間平衡的最重要參數(shù)之一是“熱點(diǎn)”溫度或最大繞組溫升。這表示變壓器內(nèi)最熱部件的溫度，通常位于繞組中。如果熱點(diǎn)超過(guò)給定的限制，變壓器中固液絕緣系統(tǒng)的劣化速度將迅速加快。
溫度對(duì)絕緣老化和變壓器壽命有重要影響。因此，對(duì)于制造商和最終用戶來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)繞組中的熱點(diǎn)非常重要，因?yàn)闊狳c(diǎn)是導(dǎo)致變壓器油和紙絕緣劣化的原因。

由于變壓器內(nèi)的溫度分布不均勻，絕緣紙?jiān)诒┞队诟邷貢r(shí)通常會(huì)發(fā)生最大的劣化。當(dāng)絕緣紙失去其性能時(shí)，它會(huì)在介電和機(jī)械方面削弱變壓器。此外，較高的繞組熱點(diǎn)溫度不僅會(huì)削弱繞組絕緣材料，而且最終會(huì)導(dǎo)致形成氣泡，從而促進(jìn)變壓器油的介電擊穿。不用說(shuō)，類(lèi)似的情況是不可取的，因?yàn)樗诖蠖鄶?shù)情況下是不可逆轉(zhuǎn)的。

變壓器的種類(lèi)

制造商根據(jù)公用事業(yè)的要求和需求提供各種變壓器類(lèi)型和設(shè)計(jì)。考慮到其復(fù)雜性和特殊特性，一些變壓器設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)更大。光纖監(jiān)控系統(tǒng)為這些特定類(lèi)型的變壓器提供附加值。

?自耦變壓器;?與典型的變壓器相比，這些變壓器往往具有更高的漏磁通。

?換流變壓器;?這些變壓器顯示出通量模式的基本差異。

?軸向剖分設(shè)計(jì);?變壓器，如發(fā)電機(jī)升壓（GSU）設(shè)計(jì)有兩個(gè)低壓繞組，一個(gè)在另一個(gè)之上。冷卻和磁通分布并不像典型的變壓器那樣簡(jiǎn)單，因此需要密切監(jiān)控。

?移相器

?Zigzag

?降壓變壓器

?維修或升級(jí)的變壓器;?特別是如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的已知弱點(diǎn)

在決定選擇直接光纖監(jiān)測(cè)與機(jī)械或電子模擬方法時(shí)，還有其他方面需要考慮。具有特殊特性的變壓器經(jīng)常受到自然但不期望的現(xiàn)象的影響。

?高阻抗;?引起更多漏磁通，使熱點(diǎn)惡化
?高次諧波;?知道磁漏磁通量與頻率的平方成正比。例如，三次諧波（180Hz）產(chǎn)生的通量比基波（60Hz）多9倍，從而導(dǎo)致繞組渦流損耗。

最后，重要的是要考慮變壓器在哪種條件下運(yùn)行，而不管其設(shè)計(jì)和/或尺寸如何。

?負(fù)載情況

?過(guò)載情況

?關(guān)鍵變壓器

?更換/備用變壓器

?物理位置;?根據(jù)IEEE C57.12.90 – 1999（IEEE C57.12.90-1993的修訂版）IEEE液體浸入式分配，電源和調(diào)節(jié)變壓器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試代碼，必須對(duì)溫度升高進(jìn)行高度校正。當(dāng)變壓器在海拔低于1000米（3300英尺）的地方進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)在海拔1000米以上的地方進(jìn)行測(cè)試。

在小型，中型和配電變壓器中使用光纖溫度傳感器測(cè)變壓器繞組溫度

光纖的使用主要應(yīng)用于大型電力變壓器，因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)計(jì)復(fù)雜，直接溫度監(jiān)測(cè)帶來(lái)的好處很容易得到回報(bào)。這種技術(shù)現(xiàn)在適用于小型，中型和配電變壓器，因?yàn)樗鼮橹苯?，精確和實(shí)時(shí)的熱點(diǎn)溫度測(cè)量提供了一種優(yōu)秀且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。

配電變壓器緊密絕緣設(shè)計(jì)和持續(xù)利用以及較少的冷卻證明了對(duì)較小功率和配電變壓器的直接，準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)總體溫度的顯著需求。在小型配電變壓器中，與具有較少匝數(shù)和較多冷卻管道的較大變壓器相比，由于繞組中的匝數(shù)和層數(shù)，溫升明顯更高。根據(jù)IEC 60076-7，室外環(huán)境條件可能會(huì)影響配電變壓器的負(fù)載能力。

與大型電力變壓器不同，在短期緊急負(fù)荷下，配電變壓器沒(méi)有預(yù)定的頂部油溫和高溫，但是已知如果熱點(diǎn)超過(guò)140℃則這里可能形成氣泡。光纖是最準(zhǔn)確和最合適的監(jiān)測(cè)方法，用于驗(yàn)證繞組內(nèi)的熱點(diǎn)溫度。

根據(jù)前面提到的操作條件，中小型變壓器也可能需要直接光纖溫度監(jiān)測(cè)。

使用光纖傳感器進(jìn)行直接變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)

使用光纖進(jìn)行變壓器熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)有一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)好處。

?提供變壓器設(shè)計(jì)和額定值驗(yàn)證方面的幫助;
?安全地最大化裝載和過(guò)載;
?減少纏繞時(shí)的整體物理壓力;
?防止過(guò)早失效;
?防止中斷和災(zāi)難性故障。

還有經(jīng)濟(jì)效益，例如更好地了解運(yùn)行狀況評(píng)估，負(fù)載計(jì)劃和資產(chǎn)管理?？紤]到成本較低的干預(yù)措施，壽命終止確定變得更容易規(guī)劃并因此得到管理。

?降低檢查和維護(hù)成本;
?減少與故障相關(guān)的維修或更換成本;
?提高實(shí)時(shí)變壓器負(fù)載能力;
?由于負(fù)載增長(zhǎng)，推遲升級(jí)資本成本;
?因設(shè)備使用年限或條件而延遲更換資本成本。

點(diǎn)式光纖溫度傳感器技術(shù)在變壓器溫度監(jiān)測(cè)上的作用
點(diǎn)式光纖傳感器是光纖傳感器在變壓器測(cè)溫上最常用于熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的傳感器。有一些技術(shù)可用，如GaAs（砷化鎵）吸收和熒光光纖溫度傳感器。用于變壓器中的直接繞組溫度測(cè)量的光纖溫度傳感器基于半導(dǎo)體（GaAs）的光吸收和光傳輸。使用這種半導(dǎo)體的溫度變化的影響是眾所周知和可預(yù)測(cè)的。使用高溫粘合劑將微小的GaAs半導(dǎo)體粘合到良好拋光的光纖的一端。

該傳感器由多模光纖組成，包含兩層耐用的亮黃色和寶藍(lán)色PTFE TeflonTM，其末端帶有半導(dǎo)體（GaAs）晶體和光纖尖端的介電反射涂層。傳感器堅(jiān)固且全電介質(zhì)結(jié)構(gòu)提供出色的熱性能（-30至225°C，主要覆蓋預(yù)期范圍），對(duì)多種連接的高耐受性以及對(duì)油和煤油蒸汽的彎曲和耐化學(xué)性以及對(duì)振動(dòng)和安裝應(yīng)力的高耐受性。

透過(guò)半導(dǎo)體的光照射在傳感器末端的介電反射涂層上，然后通過(guò)光耦合器反射回光譜分析儀。使用CCD（電荷耦合器件）將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后處理電子器件評(píng)估多波長(zhǎng)光譜內(nèi)的吸收截止波長(zhǎng)。因此，頻譜分析儀對(duì)光譜的分析等同于了解變壓器繞組內(nèi)的半導(dǎo)體溫度。算法/計(jì)算不依賴(lài)于光強(qiáng)度，而是依賴(lài)于光譜響應(yīng)。由于這種通信是光學(xué)地進(jìn)行的，因此使用變壓器本身內(nèi)的高介電元件，信號(hào)的可靠性決不會(huì)受到電場(chǎng)的影響。

雖然有幾種光纖直接繞組溫度測(cè)量解決方案，但應(yīng)考慮產(chǎn)品可靠性，公司知識(shí)，成本效益和有效支持。成熟且知識(shí)淵博的公司不斷發(fā)展，通過(guò)創(chuàng)新和提供適用于電氣行業(yè)的儀器級(jí)解決方案，提供最佳解決方案。

到目前為止，它們是市場(chǎng)上一定數(shù)量的可用產(chǎn)品。沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的廠家和OEM類(lèi)型的產(chǎn)品可能不是最合適的選擇，因?yàn)樗鼈兛赡懿惶煽坎⑶曳浅＿m合應(yīng)用的特殊性。他們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)可能非常有限，他們無(wú)法提供有關(guān)其產(chǎn)品長(zhǎng)期可靠性的成功和成熟歷史。值得注意的是，OEM類(lèi)型產(chǎn)品的環(huán)境和屏蔽（EMI，RF）功能可能會(huì)受到質(zhì)疑，除非集成在經(jīng)過(guò)充分認(rèn)證的第三方單元中。符合ISO 9001標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商以及產(chǎn)品認(rèn)證證明并確保了公司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方面的真實(shí)性和嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論
初始投資，設(shè)計(jì)復(fù)雜性和公用事業(yè)公司的監(jiān)控能力確實(shí)在決定選擇光學(xué)方法方面發(fā)揮著重要作用。

在線監(jiān)測(cè)有一個(gè)真正的好處。根據(jù)J變壓器在線監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)的盈利能力評(píng)估”，據(jù)估計(jì)，對(duì)于不使用的設(shè)備，故障解決方案成本不同，如果您根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的20年預(yù)期壽命來(lái)比較購(gòu)買(mǎi)，安裝和年度支持的相關(guān)成本，則每年從故障解決成本中獲得的收益大大不同降低了變壓器測(cè)溫的價(jià)格成本。對(duì)于變壓器總成本的一小部分，各個(gè)變壓器公司可以聯(lián)系福州華光天銳光電科技有限公司。選擇這樣做不僅可以為您提供長(zhǎng)期的變壓器溫度監(jiān)測(cè)，還可以為您大大提高經(jīng)濟(jì)效益，例如減少檢查，維護(hù)成本，故障以及提高實(shí)時(shí)變壓器負(fù)載能力。