電力變壓器溫度的在線監(jiān)測(cè)與診斷畢業(yè)論文

1、電力變壓器溫度的在線監(jiān)測(cè)與診斷摘要伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的電網(wǎng)運(yùn)行水平也在不斷提高，電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的、最昂貴的設(shè)備之一，它的可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)是否安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。大部分變壓器壽命的終結(jié)是因?yàn)槠鋯适Я藨?yīng)有的絕緣能力，而影響絕緣能力的最主要因素是變壓器運(yùn)行時(shí)的繞組溫度。如果變壓器運(yùn)行時(shí)的繞組最熱點(diǎn)溫度過(guò)低，則變壓器的能力就沒(méi)有得到充分利用，減低了經(jīng)濟(jì)效益，而熱點(diǎn)溫度過(guò)高，不僅會(huì)影響變壓器使用壽命，還將對(duì)變壓器安全運(yùn)行造成威脅。電力變壓器內(nèi)部屬于高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境，對(duì)于變壓器繞組溫度的監(jiān)測(cè)，光纖光柵傳感技術(shù)與傳統(tǒng)的電信號(hào)傳感技術(shù)相比具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是適于電力

2、變壓器內(nèi)部的復(fù)雜電磁環(huán)境。本論文研究分布式光纖傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括兩方面。首先，深入細(xì)致地分析研究了分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的原理；分析目前世界上光纖測(cè)溫的先進(jìn)技術(shù)以及科研成果，采用基于拉曼散射的反斯托克斯和斯托克斯光的光強(qiáng)比較技術(shù)，從空間和溫度分辨率入手，結(jié)合實(shí)際情況制定本系統(tǒng)的可行方法。其次對(duì)系統(tǒng)的每一部分都以物理公式的推導(dǎo)為基礎(chǔ)，以變使系統(tǒng)各部分的構(gòu)建達(dá)到最優(yōu)化；最終將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為較為簡(jiǎn)單的、有利于我們用軟硬件實(shí)現(xiàn)的部分。其次，在系統(tǒng)原理明確的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的光纖采樣及后面的軟件運(yùn)算等部分，依據(jù)設(shè)計(jì)方案完成了試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了試驗(yàn)研究。關(guān)鍵詞：繞組熱點(diǎn)溫度；光纖光柵；在線監(jiān)測(cè)

3、；分布式光纖傳感器；單片機(jī)power transformer on-line monitoring and diagnosisabstractalong with the rapid development of economy in our country, the level of power grid operation in our country are also constantly improve, power system of power transformer is one of the most important and most expensive equipment

4、, its reliability is directly related to the power grid is safe, efficient and economic operation. most of the end of the transformer life because it lost its insulating ability, is the most important factors which affect the ability of the insulation transformer winding temperature at runtime. if t

5、ransformer winding at runtime the hot spot temperature is too low, the ability of the transformer is underutilized, reduced economic efficiency, and the hot spot temperature is too high, will not only affect the service life of the transformer, will also pose a threat to the safe operation of the tr

6、ansformer. power transformer internal belong to high voltage and strong electromagnetic environment, for the transformer winding temperature monitoring, fiber bragg grating sensing technology compared with the traditional electrical sensor technology has incomparable advantages, particularly suitabl

7、e for power transformer internal complex electromagnetic environment.application of distributed fiber optic sensor system are studied in this paper, mainly including two aspects. first of all, analyzed deeply and in detail the principle of distributed optical fiber temperature sensor system; analysi

8、s of the current optical fiber temperature measurement in the world advanced technology and scientific research, based on the anti stokes raman scattering and stokes light intensity is more technology, from the perspective of the space resolution and temperature, combined with the actual situation m

9、ake the feasible method of this system. secondly the system each part based on the physical formula is derived, with variable to optimize the system each part of the building; will eventually be a complex system is decomposed into relatively simple, is advantageous to the we use part of the hardware

10、 and software implementation. second, clear the principles of system implemented on the basis of the system of optical fiber part such as sampling and the software behind the operation, according to the design completed test rig, is researched.keyword: winding hot spot temperature; fiber bragg grati

11、ng; on-line monitoring;distributed optical fiber sensor; single chip microcomputer目錄摘要abstract第一章 緒 論11.1 本論文的背景和意義11.2 本論文的主要方法和研究進(jìn)展11.3 本論文的主要內(nèi)容11.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排1第二章 各章題序及標(biāo)題小2號(hào)黑體22.1 各節(jié)點(diǎn)一級(jí)題序及標(biāo)題小3號(hào)黑體22.1.1 各節(jié)的二級(jí)題序及標(biāo)題4號(hào)黑體22.2 頁(yè)眉、頁(yè)腳說(shuō)明22.3 段落、字體說(shuō)明22.4 公式、插圖和插表說(shuō)明2結(jié)論136參考文獻(xiàn)（references）138致謝150附 錄 1 標(biāo)題8附 錄 2

12、 標(biāo)題9第一章 緒論1.1變壓器在線監(jiān)測(cè)的意義伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的電網(wǎng)運(yùn)行水平也在不斷提高，各級(jí)調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況，提高變電站的可控性，進(jìn)而要求更多地采用遠(yuǎn)方集中控制、操作、反事故措施等，即采用無(wú)人值班的管理模式，以減少人為誤操作的可能性，提高運(yùn)行的可靠性。同時(shí)在簡(jiǎn)化系統(tǒng)，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價(jià)等方面變電站已改變了運(yùn)行的面貌，變電站自動(dòng)化己轉(zhuǎn)向了實(shí)用化階段。國(guó)家電網(wǎng)公司先后出臺(tái)了國(guó)家電網(wǎng)公司“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃、關(guān)于開(kāi)展電網(wǎng)運(yùn)行管理控制技術(shù)研究和推廣應(yīng)用的實(shí)施意見(jiàn)，將變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)、高壓輸變電主設(shè)備安全運(yùn)行技術(shù)作為

13、重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，以便為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)提供必要的技術(shù)支持和保障。截至 2005年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量已超過(guò)5 億千瓦，預(yù)計(jì)到 2020 年我國(guó)人均裝機(jī)容量將達(dá)到 0.8千瓦，總裝機(jī)容量也將超過(guò)10 億千瓦。在電網(wǎng)規(guī)模如此大，電壓等級(jí)如此高的情況下，一旦發(fā)生大面積的停電事故，將給國(guó)家造成巨大損失，給人民帶來(lái)巨大不便，電力系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題就顯得尤為重要。電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的、最昂貴的設(shè)備之一，它的可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)是否安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。電力變壓器是電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵?，是?guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)和千家萬(wàn)戶能量來(lái)源的必經(jīng)之路。如果一臺(tái)大型電力變壓器在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)發(fā)生事故，則可能導(dǎo)致大面積停

14、電，其檢修期一般要半年以上，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。以一套三相500 kv ，360 mva的大型變壓器為例，若發(fā)生絕緣故障，其維修費(fèi)用當(dāng)在數(shù)百萬(wàn)元，停電一天的直接電量損失（按 1 kwh 電0.4元計(jì)）達(dá)280萬(wàn)元，若計(jì)入間接損失和社會(huì)損失，那么它給整個(gè)社會(huì)造成的損失將更大。同時(shí)隨著特高壓項(xiàng)目的起動(dòng)建設(shè)，對(duì)變壓器工作可靠性的要求更高。因?yàn)橐坏┨馗邏弘娋W(wǎng)的樞紐電力變壓器出現(xiàn)故障，其帶來(lái)的損失將是500 kv等超高壓變壓器的 34 倍甚至更高。變壓器本身也是電力系統(tǒng)中最昂貴設(shè)備之一，單以其本身價(jià)格計(jì)算，進(jìn)口的250 mva/500 kv變壓器平均約133 萬(wàn)美元/臺(tái)，國(guó)產(chǎn)同規(guī)格的也可達(dá)到1000 萬(wàn)

15、元/臺(tái)。電力變壓器是電力系統(tǒng)中輸變電能的高壓電氣設(shè)備，擔(dān)負(fù)著電壓、電流的轉(zhuǎn)換及功率傳輸?shù)娜蝿?wù)，其性能的好壞直接影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于變壓器采用封閉式結(jié)構(gòu)，散熱效果差，熱積累大，并長(zhǎng)期處于高電壓、大電流和滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，直接導(dǎo)致熱量集結(jié)加劇、溫度升高，威脅電氣絕緣性能。變壓器過(guò)熱故障是常見(jiàn)的多發(fā)性故障，它對(duì)變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命具有嚴(yán)重威脅。長(zhǎng)期研究表明，大型電力變壓器的運(yùn)行可靠性在很大程度取決于其絕緣狀態(tài)。大部分變壓器的壽命終結(jié)是因?yàn)槠鋯适Я藨?yīng)有的絕緣能力，而影響絕緣能力的最主要因素是變壓器運(yùn)行時(shí)的繞組溫度。變壓器繞組最熱點(diǎn)的絕緣會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而老化。若繞組最熱點(diǎn)的溫度過(guò)低，則變壓

16、器的能力就沒(méi)有得到充分利用，減低了經(jīng)濟(jì)效益。熱點(diǎn)溫度如超過(guò)允許限值，不僅會(huì)影響變壓器使用壽命，還將對(duì)變壓器安全運(yùn)行造成威脅。因此有必要對(duì)電力變壓器的繞組溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，防止變壓器過(guò)熱以保證變壓器安全運(yùn)行和延長(zhǎng)其設(shè)備壽命。變壓器運(yùn)行時(shí)，有一部分電磁能量將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。也就是說(shuō)，在變壓器運(yùn)行時(shí)，在鐵心、繞組和鋼結(jié)構(gòu)件中均要產(chǎn)生損耗，這些損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃堪l(fā)散到周?chē)橘|(zhì)中去，從而引起變壓器發(fā)熱和溫度升高。隨著繞組及鐵心溫度的升高，它們與周?chē)淖儔浩饔屯ㄟ^(guò)散熱器將熱量傳遞給外部冷卻介質(zhì)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，繞組、鐵心和油的溫度上升達(dá)到穩(wěn)定。一般來(lái)講，由于產(chǎn)生的損耗不同，變壓器內(nèi)部各部分的溫度也不同，繞組最高

17、，其次為鐵心和變壓器油。從變壓器絕緣運(yùn)行壽命看，一般認(rèn)為應(yīng)遵循六度法則：變壓器繞組年平均溫度為98攝氏度，每上升或降低6攝氏度，則變壓器壽命降低一半或延長(zhǎng)一倍。所以，變壓器溫度在線監(jiān)測(cè)對(duì)保證安全和延長(zhǎng)設(shè)備壽命都有重要意義。1.2 背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)外油浸式變壓器在線監(jiān)測(cè)的范圍很廣，主要包括：( 1) 利用光纖傳感器監(jiān)測(cè)變壓器的過(guò)熱故障, 并通過(guò)計(jì)算實(shí)時(shí)顯示變壓器各熱點(diǎn)的運(yùn)行溫度；( 2) 監(jiān)測(cè)油中可燃?xì)怏w總量；( 3) 在線監(jiān)測(cè)局部放電, 包括電氣局部放電、聲音局部放電、超高頻局部放電、靜態(tài)局部放電；( 4) 在線監(jiān)測(cè)套管的功率因數(shù)和電容；( 5) 在線監(jiān)測(cè)油中濕度、溫度、酸度；

18、( 6) 在線監(jiān)測(cè)負(fù)載電流；( 7) 在線監(jiān)測(cè)繞組頂部和底部油溫；( 8) 在線監(jiān)測(cè)鐵心接地故障和繞組缺陷；( 9) 在線監(jiān)測(cè)儲(chǔ)油柜的油位, 通過(guò)安裝傳感器提供油滲漏信息；( 10) 在線監(jiān)測(cè)冷卻裝置的功能及運(yùn)行情況。在線監(jiān)測(cè)變壓器油溫和繞組熱點(diǎn)溫度對(duì)早期診斷變壓器故障十分重要， 但是因變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 影響其安全運(yùn)行的因素較多， 使得在線監(jiān)測(cè)的難度很大。過(guò)去一般采用間接的模擬測(cè)量方法，準(zhǔn)確性差，而且不及時(shí)。因此，準(zhǔn)確測(cè)量油溫(尤其是其熱點(diǎn)溫度)就顯得十分重要。由于在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)確定繞組熱點(diǎn)具有很高的準(zhǔn)確性， 本研究介紹的變壓器在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集不同點(diǎn)的油溫，經(jīng)上位機(jī)智能系統(tǒng)的分

19、析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油的熱點(diǎn)溫度。光纖傳感技術(shù)種類(lèi)很多，根據(jù)被外界信號(hào)調(diào)制的光波的物理特征參量的變化情況，可以將光波的調(diào)制分為光強(qiáng)度調(diào)制、光頻率調(diào)制、光波長(zhǎng)調(diào)制、光相位調(diào)制和偏振調(diào)制等五種類(lèi)型。這些類(lèi)型的光纖傳感技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，傳感器的形式也種類(lèi)繁多，就目前來(lái)看用于電力變壓器內(nèi)部溫度測(cè)量的光纖傳感系統(tǒng)還不是太多。 國(guó)外對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究，始于60年代，但直到 7080 年代，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。 利用半導(dǎo)體材料的光吸收與溫度的關(guān)系，可以制成半導(dǎo)體透射式和反射式光纖溫度傳感器。半導(dǎo)體材料的吸收波長(zhǎng)隨著溫度的增加而向長(zhǎng)波長(zhǎng)位移，選

20、擇適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體光源，使其光譜范圍正好在吸收區(qū)域，這樣透過(guò)半導(dǎo)體材料的光強(qiáng)隨溫度的增加而減少，而從半導(dǎo)體材料反射回來(lái)的光強(qiáng)隨溫度的增加而增加，利用光探測(cè)器檢測(cè)出光強(qiáng)的大小進(jìn)而檢測(cè)出溫度。國(guó)外已嘗試?yán)冒雽?dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)大型電力設(shè)備的溫度狀況進(jìn)行檢測(cè)，而且取得了較好的效果。國(guó)內(nèi)有學(xué)者用砷化鎵半導(dǎo)體晶片做敏感元件，用發(fā)光二極管做光源，光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換元件，構(gòu)成了半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器并對(duì)其進(jìn)行了研究。這種傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本低廉且便于制作，其主要缺點(diǎn)是這種技術(shù)對(duì)光強(qiáng)度的改變比較敏感，測(cè)量前需要對(duì)光強(qiáng)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。因?yàn)楣鈴?qiáng)度不僅與檢測(cè)的溫度有關(guān)，其還與光源強(qiáng)度的

21、起伏、光纖微彎效應(yīng)引起的隨機(jī)起伏、耦合損耗、光探測(cè)器性能等因素有關(guān)，所以其受干擾的情況也比較嚴(yán)重。 熒光光纖測(cè)溫技術(shù)也是近年來(lái)光纖測(cè)溫領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在繞組靠近導(dǎo)線部分埋設(shè)光纖傳感器來(lái)測(cè)溫，溫度傳感器采用的是一種穩(wěn)定的耐高溫的熒光材料，led光源發(fā)出的光脈沖通過(guò)光纖送到與繞組接觸的溫度傳感器，該脈沖激勵(lì)傳感器的熒光材料，使其產(chǎn)生波長(zhǎng)較長(zhǎng)的熒光，根據(jù)返回?zé)晒獾乃p時(shí)間測(cè)出該傳感器的溫度（需進(jìn)行溫度矯正）。這種溫度傳感器對(duì)變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)在上世紀(jì)八十年代就有應(yīng)用，典型產(chǎn)品是美國(guó)luxtron公司研制的 wts-11型變壓器繞組溫度光纖熒光型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能在 0200 范圍內(nèi)，達(dá)到1 的測(cè)溫分辨

22、率，最快能每10 s測(cè)量一次，光纖長(zhǎng)度帶探頭光纖最長(zhǎng)可達(dá)到10 m，能廣泛應(yīng)用在電力變壓器，負(fù)載的抽頭轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，高壓開(kāi)關(guān)柜母線溫度和母線開(kāi)關(guān)的監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。這種方法一般在制造或繞組改造過(guò)程中埋設(shè)測(cè)點(diǎn)才可能實(shí)施，如能多埋設(shè)幾點(diǎn)可能碰上真正的最熱點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但維護(hù)技術(shù)復(fù)雜，絕緣處理比較困難，其價(jià)格也非常昂貴，四探頭的典型價(jià)格為二十多萬(wàn)人民幣。 上述兩種測(cè)溫系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)比較容易實(shí)現(xiàn)，均為單點(diǎn)式測(cè)量，但是由于其原理上的限制，不能進(jìn)行光路復(fù)用，如果要測(cè)量多個(gè)不同位置，則每個(gè)位置都需要引出光纖。對(duì)于變壓器內(nèi)部溫度的分布測(cè)量需要采用多個(gè)傳感頭，引出多條光纖通道，因此其應(yīng)用會(huì)受到一定限

23、制。 要獲得一定跨度范圍的整個(gè)溫度信息，使用單點(diǎn)移動(dòng)式或由多個(gè)單點(diǎn)組成的準(zhǔn)分布式傳感方式既浪費(fèi)資源又在布線上造成很大的困難，這時(shí)若使用分布式光纖溫度傳感器顯然是最有效的方法。分布式光纖溫度傳感器通常是將光纖沿溫度場(chǎng)分布，借助于光在傳輸時(shí)光時(shí)域后向散射技術(shù)，根據(jù)散射光所攜帶的溫度信息來(lái)進(jìn)行測(cè)量溫度。目前研究最多，最有影響力的基于散射機(jī)理的分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)有基于光纖瑞利散射的光時(shí)域反射測(cè)量系統(tǒng)，基于光纖喇曼散射的光時(shí)域反射測(cè)量系統(tǒng)和基于光纖布里淵散射的光時(shí)域反射測(cè)量系統(tǒng)。以目前的研究成果來(lái)看，分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫誤差一般為幾個(gè)攝氏度，定位誤差為一米左右，在電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用于電纜的分布

24、溫度監(jiān)測(cè)中。對(duì)于變壓器內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)其定位誤差顯然較大，若提高其定位的精度就又會(huì)降低其對(duì)溫度的分辨率，所以這種溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在變壓器內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。 近年來(lái)迅速發(fā)展的光纖光柵(fiber bragg grating, fbg) 傳感器由于其特殊的結(jié)構(gòu)為市場(chǎng)提供了一種新的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。光纖光柵是 20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型全光纖無(wú)源器件。當(dāng)外界的被測(cè)量溫度、應(yīng)力等改變時(shí)都會(huì)導(dǎo)致反射光的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化。由于光纖光柵對(duì)被感測(cè)信息用波長(zhǎng)編碼，而波長(zhǎng)是一種絕對(duì)參量，它不會(huì)受到光源功率波動(dòng)以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性。由于

25、光纖光柵與光纖之間存在固有的兼容性，容易實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和準(zhǔn)分布式傳感。 光纖光柵在高壓設(shè)備溫度檢測(cè)中的應(yīng)用也在研究中，如德國(guó)西門(mén)子公司正在將光纖光柵傳感器用于氣冷渦輪發(fā)電機(jī)定子的溫度監(jiān)測(cè)中，光纖光柵經(jīng)過(guò)特殊的封裝，以保證在真空和 4105pa 壓強(qiáng)下沒(méi)有形變，并且對(duì) 160 溫度下環(huán)氧樹(shù)脂中的化學(xué)和物理變化不敏感，其目標(biāo)是連續(xù)測(cè)量范圍從 20 160 ，測(cè)量精度小于1 。而在國(guó)內(nèi)光纖光柵在高壓設(shè)備中的溫度檢測(cè)的應(yīng)用仍處于研發(fā)階段，缺乏國(guó)家權(quán)威標(biāo)準(zhǔn), 制造工藝及質(zhì)量控制等方面都難以滿足市場(chǎng)及安裝要求，尚有許多關(guān)鍵技術(shù)和工藝問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和完善。 分布式光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫精度高，空間定位準(zhǔn)確。

26、每個(gè)傳感器的長(zhǎng)度為幾厘米，直徑為幾毫米，傳感器之間采用自然連接，耦合器連接或者熔接均可，并且傳感器間距可以從一厘米到幾百米，易于安裝維護(hù)與系統(tǒng)拓展，但是它的不足之處主要是對(duì)波長(zhǎng)移位的檢測(cè)需要較復(fù)雜的技術(shù)和較昂貴的儀器。1.3 論文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與原有電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合自己的體會(huì)。本課題主要研究以下內(nèi)容：1總結(jié)電力變壓器的常見(jiàn)故障類(lèi)型2總結(jié)電力變壓器的故障檢測(cè)方法3.分析變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體功能4. 闡述了運(yùn)用光纖光柵傳感器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)；5.分析了光纖光柵的傳感理論，主要利用耦合模理論分析了均勻周期光纖布喇格光柵的傳輸特性，并研究了光纖布拉格光柵的溫

27、度特性和應(yīng)變特性；6.光纖傳感器對(duì)變壓器溫度監(jiān)測(cè)與診斷的工作原理7. 分析了常用的分布式光纖光柵解調(diào)技術(shù)，并最終選用對(duì)強(qiáng)度波分復(fù)用解調(diào)法進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的在線監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一種雙通道分布式光纖光柵溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。8.電力變壓器溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。第二章 電力變壓器的常見(jiàn)故障類(lèi)型及診斷2.1 變壓器油故障原因及處理( 1) 變壓器滲油變壓器質(zhì)量問(wèn)題造成滲油變壓器在制造過(guò)程中因鑄造、焊接質(zhì)量不合格，造成砂眼、氣孔、虛焊、脫焊等現(xiàn)象而使變壓器滲、漏油. 這就需要加強(qiáng)出廠驗(yàn)收，防止制造缺陷。對(duì)于因鑄造產(chǎn)生的砂眼、氣孔和焊縫、焊點(diǎn)處出現(xiàn)的虛焊、脫焊、裂紋造成的平面接縫處滲

28、油，如果滲漏點(diǎn)較小，可以直接對(duì)其進(jìn)行焊接； 漏點(diǎn)較大時(shí)，應(yīng)先填充石棉繩或金屬填料， 在四周堆焊，再采用小焊條大電流快速引弧補(bǔ)焊。對(duì)于拐角及加強(qiáng)筋連接處的滲油或者補(bǔ)焊后仍滲漏的， 則需要使用鐵板在兩面連接處將鐵板裁成紡錘狀再補(bǔ)焊。密封不嚴(yán)造成滲油變壓器滲漏多發(fā)生在密封膠墊處，主要是由于密封墊耐油性能差，在高溫下老化速度快造成的。因此， 在購(gòu)買(mǎi)或檢修更換密封膠墊時(shí)，應(yīng)選擇耐油性、耐高溫、抗老化能力強(qiáng)的密封墊， 如丁腈橡膠、氟橡膠等。如果密封墊壓緊面上有異物， 接觸面糙、偏斜都會(huì)出現(xiàn)滲漏。檢修時(shí)如發(fā)現(xiàn)異物， 應(yīng)先取出異物再壓緊。 對(duì)于粗糙處，應(yīng)打磨平整或用速效堵漏密封膠將凹處填平；或采用有密封槽或有

29、限位圓鋼( 方鋼)結(jié)構(gòu)的合適的、合格的密封墊。( 2) 變壓器油溫異常變壓器正常工作時(shí)，上層油溫應(yīng)控制在85 e以下。油溫過(guò)高的原因主要有：冷卻裝置運(yùn)行不正常、內(nèi)部緊固螺絲接頭松動(dòng)、內(nèi)部短路放電以及變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等。 排除故障時(shí)， 首先要檢查冷卻裝置運(yùn)行是否正常， 變壓器是否過(guò)負(fù)荷。若變壓器處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，就要立刻減輕變壓器負(fù)荷；如果負(fù)荷減輕后變壓器的溫度依然沒(méi)有明顯下降，就要立刻切斷電源，查找故障原因。( 3) 變壓器油質(zhì)異常新投入運(yùn)行的變壓器， 其油質(zhì)應(yīng)為淺黃色，運(yùn)行一段時(shí)間后， 逐漸變成淺紅色。 如果變壓器油色發(fā)黑，說(shuō)明油質(zhì)變壞。 主要原因可能是由于變壓器在使用過(guò)程中，油溫經(jīng)常過(guò)熱

30、、使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、運(yùn)行時(shí)侵入潮氣或漏進(jìn)雨水等。為防止繞組與外殼間或線圈繞組間發(fā)生擊穿，應(yīng)立即取樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，檢驗(yàn)合格方可繼續(xù)運(yùn)行。正常老化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體主要是co和co2， 如果油質(zhì)異常，在電或熱的作用下會(huì)產(chǎn)生各種氣體。對(duì)判斷故障有價(jià)值的氣體有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、一氧化碳、二氧化碳，氣體不同，引起故障的原因不同。( 4) 變壓器油位異常正常運(yùn)行時(shí)，變壓器油位應(yīng)在油位計(jì)的1/ 31/ 4處。油位下降或上升主要取決于油溫的下降或上升。 因此，在裝油時(shí)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁剡x擇注油的合適高度。 如果變壓器油位低于變壓器的上蓋則可能導(dǎo)致瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作， 嚴(yán)重時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致變壓器線圈或引線油面露

31、出，引發(fā)絕緣擊穿事故。 引起油位過(guò)低的原因主要有：環(huán)境溫度過(guò)低、殼體滲油、變壓器放油后沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)油等。如果油位過(guò)高，則易引起溢油。如果油溫發(fā)生變化時(shí)，起油標(biāo)的油位沒(méi)有跟隨變化，說(shuō)明油位是假的， 其原因可能是由于油標(biāo)管堵塞、防爆管通氣孔堵塞、呼吸管堵塞等。這就要求經(jīng)常檢查油位計(jì)，保證變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.2 變壓器短路故障、原因及處理變壓器短路故障主要有: 變壓器出口短路， 變壓器內(nèi)部引線或繞組間對(duì)地短路、相間短路等。 最常見(jiàn)的是單相線圈的線匝之間、層間的短路，當(dāng)短路電流很大時(shí)，線圈就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形，使故障進(jìn)一步擴(kuò)大.主要原因有：制作繞組時(shí)， 導(dǎo)線的表面有毛刺或尖棱、絕緣扭傷、接頭焊接不良；變

32、壓器未經(jīng)干燥處理，在運(yùn)行中受潮等。變壓器帶電部分對(duì)地短路的主要原因是變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行， 絕緣老化， 變壓器油變質(zhì)、內(nèi)部絕緣有缺陷而使局部放電逐步加大， 熱穩(wěn)定失衡或局部電擊穿等。由于大氣過(guò)電壓或操作過(guò)電壓，使繞組匝間或相間絕緣被擊穿而發(fā)生短路； 如果線圈繞得不緊， 線匝間絕緣在負(fù)載激烈變化時(shí)， 絕緣紙摩擦破損反復(fù)重合閘， 也會(huì)造成匝間短路； 變壓器油面過(guò)低或散熱受限， 致使繞組溫度過(guò)高而損壞絕緣造成整體短路等， 都會(huì)使變壓器發(fā)生短路故障。如果發(fā)生匝間短路， 就會(huì)使各相直流電阻表現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致電源側(cè)電流略有增大， 變壓器過(guò)熱， 油溫增高，甚至?xí)忻芭萋? 匝間短路較輕時(shí)，可引起瓦斯保護(hù)動(dòng)作；

33、嚴(yán)重時(shí)，可能造成電源側(cè)過(guò)流保護(hù)或者差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。防止這種現(xiàn)象發(fā)生就要做到規(guī)范設(shè)計(jì)，重視線圈制造的軸向壓緊工藝； 對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)；加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，使用可靠的短路保護(hù)系統(tǒng)，如采用差動(dòng)保護(hù)和變壓器本身的重瓦斯動(dòng)作來(lái)保護(hù)。2.3 變壓器自動(dòng)跳閘故障及處理當(dāng)變壓器各側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘后， 應(yīng)先將跳閘斷路器的控制開(kāi)關(guān)操作至跳閘后的位置， 并迅速投入備用變壓器， 調(diào)整運(yùn)行方式和負(fù)荷分配， 維持運(yùn)行系統(tǒng)及其設(shè)備處于正常狀態(tài)，然后進(jìn)行外部檢查，查明引起跳閘的原因。 如果是由于工作人員失誤或者操作器誤動(dòng)作或外部故障， 而非內(nèi)部故障， 則可越過(guò)內(nèi)部檢查步驟，直接投入送電；如果屬于差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯保護(hù)或電流速斷保護(hù)

34、等主保護(hù)動(dòng)作，且發(fā)生故障時(shí)有沖擊現(xiàn)象，就需對(duì)變壓器及其系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，并且停電進(jìn)行絕緣測(cè)量。在沒(méi)有查清原因之前， 嚴(yán)禁將變壓器投入運(yùn)行。 必須指出，不管系統(tǒng)有沒(méi)有備用的電源，絕對(duì)不允許將變壓器強(qiáng)制送電。2.4異常響聲(1)音響較大而嘈雜時(shí)，可能是變壓器鐵芯的問(wèn)題。例如，夾件或壓緊鐵芯的螺釘松動(dòng)時(shí)，儀表的指示一般正常，絕緣油的顏色、溫度與油位也無(wú)大變化，這時(shí)應(yīng)停止變壓器的運(yùn)行，進(jìn)行檢查。(2)音響中夾有水的沸騰聲，發(fā)出咕嚕咕嚕的氣泡逸出聲，可能是繞組有較嚴(yán)重的故障，使其附近的零件嚴(yán)重發(fā)熱使油氣化。分接開(kāi)關(guān)的接觸不良而局部點(diǎn)有嚴(yán)重過(guò)熱或變壓器匝間短路，都會(huì)發(fā)出這種聲音。此時(shí)，應(yīng)立即停止變壓器運(yùn)行

35、，進(jìn)行檢修。(3)音響中夾有爆炸聲，既大又不均勻時(shí)，可能是變壓器的器身絕緣有擊穿現(xiàn)象。這時(shí)，應(yīng)將變壓器停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。(4)音響中夾有放電的吱吱聲時(shí)，可能是變壓器器身或套管發(fā)生表面局部放電。如果是套管的問(wèn)題，在氣候惡劣或夜間時(shí)，還可見(jiàn)到電暈輝光或藍(lán)色、紫色的小火花，此時(shí)，應(yīng)清理套管表面的臟污，再涂上硅油或硅脂等涂料。此時(shí)，要停下變壓器，檢查鐵芯接地與各帶電部位對(duì)地的距離是否符合要求。(5)音響中夾有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊或摩擦聲時(shí)，可能是變壓器某些部件因鐵芯振動(dòng)而造成機(jī)械接觸，或者是因?yàn)殪o電放電引起的異常響聲，而各種測(cè)量表計(jì)指示和溫度均無(wú)反應(yīng)，這類(lèi)響聲雖然異常，但對(duì)運(yùn)行無(wú)大危害，不必立即停止

36、運(yùn)行，可在計(jì)劃?rùn)z修時(shí)予以排除。2.5溫度異常變壓器在負(fù)荷和散熱條件、環(huán)境溫度都不變的情況下，較原來(lái)同條件時(shí)的溫度高，并有不斷升高的趨勢(shì)，也是變壓器溫度異常升高，與超極限溫度升高同樣是變壓器故障象征。引起溫度異常升高的原因有：變壓器匝間、層間、股間短路；變壓器鐵芯局部短路；因漏磁或渦流引起油箱、箱蓋等發(fā)熱；長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，事故過(guò)負(fù)荷；散熱條件惡化等。運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器溫度異常，應(yīng)先查明原因后，再采取相應(yīng)的措施予以排除，把溫度降下來(lái)，如果是變壓器內(nèi)部故障引起的，應(yīng)停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。2.6噴油爆炸噴油爆炸的原因是變壓器內(nèi)部的故障短路電流和高溫電弧使變壓器油迅速老化，而繼電保護(hù)裝置又未能及時(shí)切斷電源，

37、使故障較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)存在，使箱體內(nèi)部壓力持續(xù)增長(zhǎng)，高壓的油氣從防爆管或箱體其它強(qiáng)度薄弱之處噴出形成事故。(1)絕緣損壞：匝間短路等局部過(guò)熱使絕緣損壞；變壓器進(jìn)水使絕緣受潮損壞；雷擊等過(guò)電壓使絕緣損壞等導(dǎo)致內(nèi)部短路的基本因素。(2)斷線產(chǎn)生電弧：線組導(dǎo)線焊接不良、引線連接松動(dòng)等因素在大電流沖擊下可能造成斷線，斷點(diǎn)處產(chǎn)生高溫電弧使油氣化促使內(nèi)部壓力增高。(3)調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)故障：配電變壓器高壓繞組的調(diào)壓段線圈是經(jīng)分接開(kāi)關(guān)連接在一起的，分接開(kāi)關(guān)觸頭串接在高壓繞組回路中，和繞組一起通過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，如分接開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭發(fā)熱，跳火起弧，使調(diào)壓段線圈短路。2.7套管閃絡(luò)變壓器套管積垢，在大霧或小雨時(shí)造成污

38、閃，使變壓器高壓側(cè)單相接地或相間短路。變壓器套管因外力沖撞或機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力而破損也是引起閃絡(luò)的因素。變壓器箱蓋上落異物，如大風(fēng)將樹(shù)枝吹落在箱蓋時(shí)引起套管放電或相間短路。以上對(duì)變壓器的聲音、溫度、油位、外觀及其他現(xiàn)象對(duì)配電變壓器故障的判斷，只能作為現(xiàn)場(chǎng)直觀的初步判斷。因?yàn)?，變壓器的?nèi)部故障不僅是單一方面的直觀反映，它涉及諸多因素，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)假象。必要時(shí)必須進(jìn)行變壓器特性試驗(yàn)及綜合分析，才能準(zhǔn)確可靠地找出故障原因，判明事故性質(zhì)，提出較完備的合理的處理方法。第三章 電力變壓器的故障檢測(cè)方法和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體功能電力變壓器故障從發(fā)展過(guò)程上可分為兩大類(lèi)：即突發(fā)性故障和潛伏性故障。突發(fā)性故障發(fā)展過(guò)程很快

39、，瞬間就會(huì)造成嚴(yán)重后果。如雷擊、誤操作、負(fù)荷突變等。突發(fā)性故障具有偶然性， 且沒(méi)有一個(gè)供運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析和維護(hù)的過(guò)程，只能通過(guò)避雷器、繼電保護(hù)、高頻保護(hù)等手段， 使突發(fā)性故障被限制在最小的范圍之內(nèi)。電力變壓器的潛伏性故障一般有三種：即變壓器內(nèi)部的局部放電、局部過(guò)熱和變壓器絕緣的老化。3.1變壓器內(nèi)部局部放電的檢測(cè)方法1、超聲檢測(cè)法用固定在變壓器油箱壁上的超聲傳感器接收變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超聲波來(lái)檢測(cè)局放的大小和位置。通常采用的超聲傳感器為壓電傳感器，為避開(kāi)鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲，選用的頻率范圍為70150 khz 。超聲檢測(cè)法主要用于定性判斷是否有局放信號(hào)，結(jié)合電脈沖信號(hào)或直接

40、利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。2、光測(cè)法光測(cè)法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長(zhǎng)不同，光電轉(zhuǎn)換后，通過(guò)檢測(cè)光電流的特征可以實(shí)現(xiàn)局放的識(shí)別。雖然在實(shí)驗(yàn)室中利用光測(cè)法來(lái)分析局放特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低， 在實(shí)際中并未直接使用。盡管如此， 光纖技術(shù)作為超聲技術(shù)的輔助手段應(yīng)用于局放檢測(cè)，將光纖伸入到變壓器油中， 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)， 超聲波在油中傳播，這種機(jī)械力波擠壓光纖，引起光纖變形，導(dǎo)致光纖折射率和光纖長(zhǎng)度發(fā)生變化，從而光波被調(diào)制，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測(cè)量出超聲波，實(shí)現(xiàn)放電定位。3、電脈沖法電脈沖法又稱(chēng)脈沖

41、電流法，通過(guò)檢測(cè)阻抗、變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線及繞組中由于局放引起的脈沖電流， 獲得視在放電量。電脈沖法技術(shù)的關(guān)鍵是如何有效地識(shí)別和抑制干擾，將真正的局放信號(hào)提取。4、射頻檢測(cè)法利用羅哥夫斯基線圈從電氣設(shè)備的中性點(diǎn)處測(cè)取信號(hào)，測(cè)量的信號(hào)頻率可達(dá)30 mhz，提高了局放的測(cè)量頻率。該測(cè)試系統(tǒng)安裝方便，檢測(cè)設(shè)備不改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式。但對(duì)于三相變壓器而言，該測(cè)試系統(tǒng)得到的信號(hào)是三相局放量的總和，無(wú)法進(jìn)行分辨，信號(hào)容易受外界干擾。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，該方法在局放在線監(jiān)測(cè)中已有較廣泛的應(yīng)用，尤其是在發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。5、超高頻檢測(cè)法超高頻局放檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超

42、高頻(3003 000 mhz) 電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)和定位，uhf 法和脈沖電流法不同，脈沖電流法的頻率測(cè)量范圍一般不超過(guò)1 mhz，uhf 法的頻率范圍為3003 000 mhz3。脈沖電流法中將試品看作一個(gè)集中參數(shù)的對(duì)地電容，發(fā)生一次局放時(shí)， 試品電容兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化，通過(guò)耦合電容在檢測(cè)阻抗中產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流；而uhf 法中傳感器并非起電容耦合的作用， 而是接收超高頻信號(hào)的天線。6、甚高頻法甚高頻法與uhf法類(lèi)似，它檢測(cè)信號(hào)的頻率范圍在30300 mhz。雖然這個(gè)頻率范圍可避開(kāi)一些電暈干擾，但并不能完全排除。由于甚高頻法會(huì)受到一些電暈干擾的影響，所以，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)不使用外置

43、傳感器，而只采用內(nèi)置傳感器來(lái)獲取pd信號(hào)。同時(shí)，用甚高頻法也可以對(duì)pd進(jìn)行定位。甚高頻法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)放電量的校準(zhǔn)比較可靠。7、超聲波監(jiān)測(cè)法局部放電所伴隨的爆裂狀的聲發(fā)射，會(huì)產(chǎn)生超聲波并以球面波的形式快速向四面八方傳播。因此，一旦能設(shè)法截取到這種超聲波，就可以判斷是否有局部放電的發(fā)生，進(jìn)而可以對(duì)局部放電位置進(jìn)行定位。這種局部放電的監(jiān)測(cè)方法就稱(chēng)之為超聲波檢測(cè)法。超聲波監(jiān)測(cè)pd，首先要在變壓器箱壁上的不同位置安放多個(gè)超聲波傳感器。由于它們相對(duì)于局放源的位置不同，接收到的超聲波信號(hào)之間存在時(shí)間差，通過(guò)計(jì)算就能相對(duì)準(zhǔn)確地定位出局放源的位置。超聲波監(jiān)測(cè)法有靈敏度高，能對(duì)局放源定位等優(yōu)點(diǎn)。但由于超聲波傳輸

44、的多路徑問(wèn)題（這是由于超聲波在不同介質(zhì)間傳播速度的差異引起的），注定了這種定位是粗糙的，難以進(jìn)行定量。另外，因?yàn)槌暡▊鞲衅魍ǔｎl帶為30200 khz。所以該方法存在受環(huán)境噪聲、電磁干擾等問(wèn)題和本身衰減等因素影響，所以運(yùn)用該方法的精度往往不夠，時(shí)有誤測(cè)漏測(cè)。3.2變壓器內(nèi)部局部過(guò)熱的檢測(cè)局部過(guò)熱故障包括接點(diǎn)接觸不良、磁路故障、導(dǎo)體故障等。變壓器油和固體絕緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生一些特征氣體。在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，外界對(duì)變壓器油的理化作用不同，產(chǎn)生的氣體的成分和含量也不相同。正常運(yùn)行中，變壓器內(nèi)部絕緣油與固體絕緣材料會(huì)產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還產(chǎn)生少量的氫、低分子烴類(lèi)氣體和碳的氧化物等

45、。其中碳的氧化物( co、co2) 成分最多，其次是氫和烴類(lèi)氣體。當(dāng)發(fā)生過(guò)熱性故障時(shí)，熱點(diǎn)只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣的裸金屬過(guò)熱性故障。油中溶解氣體以ch4 和c2h4為特征氣體，二者之和常占總烴的80%以上。故障點(diǎn)溫度較低時(shí)， 甲烷占的比例大。隨著熱點(diǎn)溫度的升高( 500e 以上) ，乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。當(dāng)嚴(yán)重過(guò)熱( 800e ) 時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔， 但其含量不超過(guò)乙烯量的10%。涉及固體絕緣的過(guò)熱性故障時(shí)， 除產(chǎn)生上述的低分子烴類(lèi)氣體外，還產(chǎn)生較多的co、co2。隨著溫度的升高，co、co2比值逐漸增大。因此，根據(jù)電力系統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程及導(dǎo)則，通過(guò)分析油中溶解氣體

46、的成分、特征氣體含量、變化趨勢(shì)、iec三比值法來(lái)判斷變壓器是否存在內(nèi)部潛伏性故障及故障的性質(zhì)。1、磁回路過(guò)熱性故障判據(jù)在四比值法中，當(dāng)ch4/ h2= 13， c2h6/ ch4 3，c2h2/ ch4 0. 5時(shí)，變壓器存在磁回路過(guò)熱性故障。2、將三比值法與磁回路過(guò)熱判據(jù)結(jié)合使用來(lái)判斷磁回路與導(dǎo)電回路的過(guò)熱性故障。3、超聲一光纖監(jiān)測(cè)法光纖傳感器利用光線本身或外部敏感元件將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成光強(qiáng)信號(hào)的變化，再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。利用光纖傳輸光波的特性和外加光源以及光敏元件可以構(gòu)成兩種類(lèi)型的光纖傳感器，即功能型光纖傳感器和非功能型光纖傳感器。功能型光纖傳感器一般采用單模光纖，光纖同時(shí)起傳輸和傳感作用，即光纖

47、本身即是敏感元件。該類(lèi)傳感器利用光纖本身的傳輸特性（光強(qiáng)、波長(zhǎng)、相位和頻率等）受被測(cè)量物的作用而發(fā)生變化，即被調(diào)制，在輸出端通過(guò)合適的解調(diào)而測(cè)量被測(cè)量物，能測(cè)量作用于光纖的微弱信號(hào)。非功能型光纖傳感器一般采用多模光纖，光纖不再是敏感元件，而是在光纖端面或者接合處放置機(jī)械式或者光學(xué)式的敏感元件來(lái)感受被測(cè)量物的變化，從而光纖本身只起傳輸作用。這類(lèi)光纖傳感器易實(shí)現(xiàn)，但是測(cè)量精度和靈敏度較低。3.3絕緣老化及其檢測(cè) 大多變壓器的損壞和故障都是因絕緣系統(tǒng)的損壞而造成。電力變壓器的絕緣基本上可以分為二種：液體絕緣和固體絕緣。由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行受溫度、局部放電、雜質(zhì)等多種因素的影響， 絕緣介質(zhì)會(huì)發(fā)生老化， 使

48、絕緣性能下降，影響到變壓器運(yùn)行的可靠性。絕緣介質(zhì)老化往往反映在絕緣介質(zhì)在交變電場(chǎng)的使用下，其極化過(guò)程發(fā)生了改變，非彈性極化增強(qiáng),使極化過(guò)程中的有功損耗增加，使絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗率增大?？梢圆捎脺y(cè)量電力變壓器絕緣套管電壓與套管末屏接地電流間相位差的方法，對(duì)絕緣套管介質(zhì)損耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)。1、變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)在變壓器運(yùn)行中，絕緣油和有機(jī)絕緣材料在放電和過(guò)熱作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量低分子烴類(lèi)氣體如氫氣（h2）、甲烷（ch4）、乙烯（c2h4）、乙烷（c2h6）、乙炔（c2h2）及二氧化碳（co2）和一氧化碳（co）等特征氣體，并大量溶解在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障的類(lèi)型及其嚴(yán)重程度

49、有密切關(guān)系。因此，分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由油氣分離、混合氣體分離、氣體監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理和故障診斷等環(huán)節(jié)組成。油色譜在線監(jiān)測(cè)雖然已經(jīng)很普遍地被運(yùn)用，但也有許多缺點(diǎn)：首先，氣體傳感器對(duì)所監(jiān)測(cè)各種氣體均敏感，準(zhǔn)確度不高，目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品準(zhǔn)確度都達(dá)不到25%。其次，由于脫氣速度慢，所以檢測(cè)周期較長(zhǎng)不能做到理想的“即時(shí)在線”監(jiān)測(cè)的任務(wù)；而且因?yàn)樯V儀設(shè)備復(fù)雜，檢測(cè)過(guò)程會(huì)消耗樣氣和載氣，長(zhǎng)期使用過(guò)程中色譜柱和傳感器的性能會(huì)逐漸老化，為保證準(zhǔn)確度，需要定期用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，需要大量的系統(tǒng)維護(hù)工作。2、 紅外吸

50、收光譜法利用紅外光譜法還可以對(duì)變壓器油析出氣體的單一組分或混合物中各組分進(jìn)行定量分析，尤其是對(duì)于一些較難分離，并在紫外、可見(jiàn)光區(qū)找不到明顯特征峰的樣品可方便、迅速地完成定量分析。光譜法可測(cè)量甲烷（ch4）、乙烯（c2h4）、乙烷（c2h6）和乙炔（c2h2）等故障氣體，與色譜法相比，它的優(yōu)勢(shì)是安裝方便，維護(hù)工作量少，但仍需要現(xiàn)場(chǎng)脫氣和定時(shí)檢測(cè)且有靈敏度不高等缺點(diǎn)。3.4變壓器故障綜合檢測(cè)方法1、羅杰斯比值法羅杰斯比值法是利用ch4、h2、c2h2、c2h6和c2h4 等5種氣體間的4對(duì)比值來(lái)判斷變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的方法, 經(jīng)實(shí)踐表明, 具有所需油樣少、分析速度快的優(yōu)點(diǎn), 是變壓器故障診斷的一個(gè)

51、有效方法。羅杰斯比值法總結(jié)出了氣體比值代碼和故障類(lèi)型之間的內(nèi)在聯(lián)系, 如表1所示。從粗糙集理論的觀點(diǎn), 羅杰斯比值法的故障診斷表也是一張決策表。條件屬性集為ch4/ h2、c2h6/ ch4、c2h4/ c2h6 和c2h2/ c2h4 這4對(duì)氣體的比值, 決策屬性為診斷結(jié)果。2、特征氣體法故障點(diǎn)產(chǎn)生氣體的特征是隨故障類(lèi)型、故障能量的級(jí)別以及所涉及的絕緣材料的不同而不同。隨著故障點(diǎn)溫度的升高, ch4 所占的比例逐漸減少, 而c2h4 和c2h2 所占的比例逐漸增加, 嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)將產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的c2h2, 當(dāng)達(dá)到電弧弧道溫度時(shí), c2h2將成為主要成分, 因此可用表2所列的方法判斷故障性質(zhì),

52、其中特征氣體注意值: h2 0. 15%; c2h2 5*10- 4%; 總烴( ch4+ c2h4+ c2h6+c2h2) 0. 15%。用特征氣體法應(yīng)注意以下問(wèn)題:( 1) c2h2 是故障點(diǎn)周?chē)^緣油分解的特征氣體, 其含量是區(qū)分過(guò)熱和放電2種性質(zhì)的主要指標(biāo)。但出現(xiàn)高溫?zé)狳c(diǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量c2h2, 因此不應(yīng)認(rèn)為凡有c2h2出現(xiàn)都視為放電性故障。另外, 低能量的局部放電并不產(chǎn)生c2h2 或只產(chǎn)生少量的c2h2。( 2) 如果h2 的含量增大, 而其它成分不增加時(shí), 有可能是設(shè)備進(jìn)水或有泡存在, 引起鐵和水的化學(xué)反應(yīng)。3.5變壓器溫度監(jiān)測(cè)方法變壓器是變電站重要設(shè)備之一。變壓器運(yùn)行時(shí)，其繞組和

53、鐵芯的電能損耗都能轉(zhuǎn)化為熱能。為了有效地監(jiān)測(cè)變壓器溫度，防止變壓器的絕緣老化，延長(zhǎng)變壓器的運(yùn)行壽命，必須采用更先進(jìn)、更可靠的監(jiān)測(cè)手段。下面著重闡述獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫和壓力式溫控器測(cè)溫及運(yùn)行中常見(jiàn)故障。3.5.1溫度及其測(cè)量 溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。溫度的測(cè)量是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性通過(guò)測(cè)量該性能參數(shù)從而達(dá)到測(cè)量溫度的目的。 溫度測(cè)量有兩種基本形式：接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量（一） 接觸式測(cè)量 接觸式測(cè)量是以“處于同一平衡狀態(tài)下的物體具有相同溫度”的原理為基礎(chǔ)，測(cè)量時(shí)儀表的觸頭要與被測(cè)物處于熱平衡狀態(tài)，顯示結(jié)果才準(zhǔn)確。 接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之

54、間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。（二） 非接觸式測(cè)量非接觸測(cè)溫主要是利用光輻射來(lái)測(cè)量物體溫度。任何物體受熱后都有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，溫度越高，則發(fā)射到周?chē)臻g的能量就越多。輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)，其波長(zhǎng)的范圍極廣，從短波、x光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光一直到電磁波。 而在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)光和紅外光，因?yàn)榇祟?lèi) 能量被接收以后，多轉(zhuǎn)換為熱能，使物體的溫度升高，所以一般就稱(chēng)為熱輻射。非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸式測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接 觸測(cè)溫法熱慣性小，可

55、達(dá)千分之一秒。3.5.2變壓器溫度的監(jiān)測(cè)變壓器溫度的測(cè)試主要是接觸式測(cè)溫，測(cè)試方 法介紹以下兩種。（一） 獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫 獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫主要用于變壓器上層油溫的測(cè)量。 傳感器：是指將感受到的物理量、化學(xué)量等信息，按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量和傳輸?shù)男盘?hào)的裝置。 獨(dú)立式電阻傳感器的結(jié)構(gòu)：由熱電阻、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒及接線盒蓋組成。 獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫工作原理：采用熱電阻作為測(cè)溫元件，利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。純金屬及多數(shù)合金的電阻率隨溫度升高而增加，即具有正的溫度系數(shù)。在一定溫度范圍內(nèi)，電阻-溫度關(guān)系是線性的。溫度的變化可導(dǎo)致金屬導(dǎo)體電阻的變化。

56、這樣，只要測(cè)出電阻值的變化，就可達(dá)到測(cè)量溫度的目的。 電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示為 rt = r01+ a0t - t0rt為溫度t時(shí)的電阻值；r0為溫度t0時(shí)的電阻值；t0為起始溫度；一般規(guī)定為0；a0為溫度系數(shù)（以0為起始溫度）。獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫常見(jiàn)的故障有:熱電阻電阻絲之間短路或接地；熱電阻電阻絲斷開(kāi)；保護(hù)套管內(nèi)有積水或污物，局部短路；電阻元件接線盒間引出導(dǎo)線斷路：連接導(dǎo)線接觸不良使電阻值增大 或有局部短路等。（二） 壓力式溫控器測(cè)溫 壓力式溫控器的結(jié)構(gòu)及原理：主要有彈性元件（波紋管和彈簧管）、毛細(xì)管和溫包組成，三部分所構(gòu)成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充填感溫介質(zhì)，當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，溫包內(nèi)的感溫介

57、質(zhì)所產(chǎn)生的壓力隨之改變。壓力的變化通過(guò)毛細(xì)管道傳遞到儀表內(nèi)的彈性元件，使彈性元件產(chǎn)生位移，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后，于標(biāo)度盤(pán)上指示出被測(cè)液體的溫度。 同時(shí)壓力的變化經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)迫使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出信號(hào)。這些微動(dòng)開(kāi)關(guān)分別用于控制變壓器冷卻系統(tǒng)、溫升報(bào)警系統(tǒng)、溫升跳閘系統(tǒng)，達(dá)到指示變壓器油溫和控制溫升的目的。 壓力式溫控器儀表的特點(diǎn)： 1、觸點(diǎn)功率大，溫度指示控制器采用功率較大的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)化了控制電路，提高了變壓器運(yùn)行的可靠性。 2、設(shè)定溫度可調(diào)，溫度指示控制器內(nèi)有兩組接點(diǎn)用戶可根據(jù)需要在規(guī)定的范圍內(nèi)設(shè)定溫度。 3、標(biāo)尺指示范圍大，溫度指示控制器分設(shè)定溫度指示和實(shí)際溫度指示。設(shè)定溫度指示分左、右兩個(gè)刻度盤(pán)，各自可獨(dú)立設(shè)定，實(shí)際溫度指示為圓弧270分度，具有指示范圍大、指示清晰的特點(diǎn)。隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，變壓器溫度測(cè)量不僅要有本體溫度的指示，還要有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到數(shù)百米遠(yuǎn)的控制室里在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。壓力式溫控器及電接點(diǎn)僅完成本體溫度監(jiān)控功能，而遠(yuǎn)方微機(jī)監(jiān)測(cè)及越限報(bào)警等功能則需要加裝非電量/電量轉(zhuǎn)換變送器后再進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，送到監(jiān)控 微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3.5.3變壓器冷卻系統(tǒng)的溫度控制及運(yùn)行溫度 變壓器冷卻系統(tǒng)控制邏輯有“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種方式，“自動(dòng)”方式是指按變壓器頂層油溫控制冷卻 器的啟、停,片式、管式散熱器的冷卻器包括風(fēng)扇電機(jī)和油