光纤温度传感器应用于各种变压器测温

以前，电力行业的可靠性来自于规划具有显着冗余的电力系统的能力。日益激烈的竞争和有限的资源迫使公用事业公司减少资本支出，找到具有成本效益的资源和解决方案，以优化其新设备并对其系统进行适当的预防性维护。

公用事业公司使用各种方法最有效地使用变压器是公平的。最常见的方法包括增加负载的需求和需求。在某些情况下，通过整体生命周期成本分析表明，通过安装更大或更多的变压器来减轻负载，从而使现有变压器过载并接受增加的生命损失的代价更有利可图。增加负载似乎是一种常用的方法，但如果没有采用有效的方法来准确和安全地监控必要的参数，则可能导致严重的问题。变压器寿命周期中最重要的参数依赖于绕组在整个变压器寿命期间的热点值的确定性。

光纤传感器是一种极好且成本效益极高的方式，通过直接测量热点来获取容量并收集有关设备健康状况的信息。光纤温度传感器先前专用于大型电力变压器，主要是由于光纤系统的费用与变压器本身的成本相反。使用直接方法可以准确测量变压器的热点，增加对运行状态评估的了解; 负荷计划，资产管理和寿命终止确定。

考虑到它们的设计特性以及温度对绝缘老化和预期寿命的影响，非常需要对小型，中型和大型电源以及配电变压器进行直接温度测量。

变压器绕组温升热点控制的重要性

很长一段时间，保守地应用变压器负载，并且当变压器超过60％-70％的负载水平时，通常添加或更换变压器。这种负载水平确实可以在更长的时间内保持变压器的健康状态，正如运行或运行了40多年的变压器所证明的那样。如今，更常见的是使变压器更接近其最大铭牌容量，规划更少的冗余并导致更频繁的变压器过载。这种情况对绕组热点温度有直接影响

根据ANSI / IEEE C57.12.80-1978，变压器的连续额定值是“在规定条件下不超过既定温升限制的情况下可连续承载的最大恒定负载”。存在各种温度限制，例如环境温度，顶部油温，芯层压温度，平均绕组温升和最大绕组温升。

确定液体填充变压器内寿命和负载之间平衡的最重要参数之一是“热点”温度或最大绕组温升。这表示变压器内最热部件的温度，通常位于绕组中。如果热点超过给定的限制，变压器中固液绝缘系统的劣化速度将迅速加快。
温度对绝缘老化和变压器寿命有重要影响。因此，对于制造商和最终用户来说，准确预测绕组中的热点非常重要，因为热点是导致变压器油和纸绝缘劣化的原因。

由于变压器内的温度分布不均匀，绝缘纸在暴露于高温时通常会发生最大的劣化。当绝缘纸失去其性能时，它会在介电和机械方面削弱变压器。此外，较高的绕组热点温度不仅会削弱绕组绝缘材料，而且最终会导致形成气泡，从而促进变压器油的介电击穿。不用说，类似的情况是不可取的，因为它在大多数情况下是不可逆转的。

变压器的种类

制造商根据公用事业的要求和需求提供各种变压器类型和设计。考虑到其复杂性和特殊特性，一些变压器设计风险更大。光纤监控系统为这些特定类型的变压器提供附加值。

•自耦变压器; 与典型的变压器相比，这些变压器往往具有更高的漏磁通。

•换流变压器; 这些变压器显示出通量模式的基本差异。

•轴向剖分设计; 变压器，如发电机升压（GSU）设计有两个低压绕组，一个在另一个之上。冷却和磁通分布并不像典型的变压器那样简单，因此需要密切监控。

•移相器

•Zigzag

•降压变压器

•维修或升级的变压器; 特别是如果已经发现设计的已知弱点

在决定选择直接光纤监测与机械或电子模拟方法时，还有其他方面需要考虑。具有特殊特性的变压器经常受到自然但不期望的现象的影响。

•高阻抗; 引起更多漏磁通，使热点恶化
•高次谐波; 知道磁漏磁通量与频率的平方成正比。例如，三次谐波（180Hz）产生的通量比基波（60Hz）多9倍，从而导致绕组涡流损耗。

最后，重要的是要考虑变压器在哪种条件下运行，而不管其设计和/或尺寸如何。

•负载情况

•过载情况

•关键变压器

•更换/备用变压器

•物理位置; 根据IEEE C57.12.90 – 1999（IEEE C57.12.90-1993的修订版）IEEE液体浸入式分配，电源和调节变压器的标准测试代码，必须对温度升高进行高度校正。当变压器在海拔低于1000米（3300英尺）的地方进行测试，应在海拔1000米以上的地方进行测试。

在小型，中型和配电变压器中使用光纤温度传感器测变压器绕组温度

光纤的使用主要应用于大型电力变压器，因为它们设计复杂，直接温度监测带来的好处很容易得到回报。这种技术现在适用于小型，中型和配电变压器，因为它为直接，精确和实时的热点温度测量提供了一种优秀且经济实惠的解决方案。

配电变压器紧密绝缘设计和持续利用以及较少的冷却证明了对较小功率和配电变压器的直接，准确和实时总体温度的显着需求。在小型配电变压器中，与具有较少匝数和较多冷却管道的较大变压器相比，由于绕组中的匝数和层数，温升明显更高。根据IEC 60076-7，室外环境条件可能会影响配电变压器的负载能力。

与大型电力变压器不同，在短期紧急负荷下，配电变压器没有预定的顶部油温和高温，但是已知如果热点超过140℃则这里可能形成气泡。光纤是最准确和最合适的监测方法，用于验证绕组内的热点温度。

根据前面提到的操作条件，中小型变压器也可能需要直接光纤温度监测。

使用光纤传感器进行直接变压器绕组温度监测

使用光纤进行变压器热点监测有一些技术优势好处。

•提供变压器设计和额定值验证方面的帮助;
•安全地最大化装载和过载;
•减少缠绕时的整体物理压力;
•防止过早失效;
•防止中断和灾难性故障。

还有经济效益，例如更好地了解运行状况评估，负载计划和资产管理。考虑到成本较低的干预措施，寿命终止确定变得更容易规划并因此得到管理。

•降低检查和维护成本;
•减少与故障相关的维修或更换成本;
•提高实时变压器负载能力;
•由于负载增长，推迟升级资本成本;
•因设备使用年限或条件而延迟更换资本成本。

点式光纤温度传感器技术在变压器温度监测上的作用
点式光纤传感器是光纤传感器在变压器测温上最常用于热点监测的传感器。有一些技术可用，如GaAs（砷化镓）吸收和荧光光纤温度传感器。用于变压器中的直接绕组温度测量的光纤温度传感器基于半导体（GaAs）的光吸收和光传输。使用这种半导体的温度变化的影响是众所周知和可预测的。使用高温粘合剂将微小的GaAs半导体粘合到良好抛光的光纤的一端。

该传感器由多模光纤组成，包含两层耐用的亮黄色和宝蓝色PTFE TeflonTM，其末端带有半导体（GaAs）晶体和光纤尖端的介电反射涂层。传感器坚固且全电介质结构提供出色的热性能（-30至225°C，主要覆盖预期范围），对多种连接的高耐受性以及对油和煤油蒸汽的弯曲和耐化学性以及对振动和安装应力的高耐受性。

透过半导体的光照射在传感器末端的介电反射涂层上，然后通过光耦合器反射回光谱分析仪。使用CCD（电荷耦合器件）将该光信号转换成电信号，然后处理电子器件评估多波长光谱内的吸收截止波长。因此，频谱分析仪对光谱的分析等同于了解变压器绕组内的半导体温度。算法/计算不依赖于光强度，而是依赖于光谱响应。由于这种通信是光学地进行的，因此使用变压器本身内的高介电元件，信号的可靠性决不会受到电场的影响。

虽然有几种光纤直接绕组温度测量解决方案，但应考虑产品可靠性，公司知识，成本效益和有效支持。成熟且知识渊博的公司不断发展，通过创新和提供适用于电气行业的仪器级解决方案，提供最佳解决方案。

到目前为止，它们是市场上一定数量的可用产品。没有经验的厂家和OEM类型的产品可能不是最合适的选择，因为它们可能不太可靠并且非常适合应用的特殊性。他们的知识和经验可能非常有限，他们无法提供有关其产品长期可靠性的成功和成熟历史。值得注意的是，OEM类型产品的环境和屏蔽（EMI，RF）功能可能会受到质疑，除非集成在经过充分认证的第三方单元中。符合ISO 9001标准的供应商以及产品认证证明并确保了公司在产品设计和制造方面的真实性和严格的质量标准。

结论
初始投资，设计复杂性和公用事业公司的监控能力确实在决定选择光学方法方面发挥着重要作用。

在线监测有一个真正的好处。根据J变压器在线监测和定期监测的盈利能力评估”，据估计，对于不使用的设备，故障解决方案成本不同，如果您根据监测系统的20年预期寿命来比较购买，安装和年度支持的相关成本，则每年从故障解决成本中获得的收益大大不同降低了变压器测温的价格成本。对于变压器总成本的一小部分，各个变压器公司可以联系福州华光天锐光电科技有限公司。选择这样做不仅可以为您提供长期的变压器温度监测，还可以为您大大提高经济效益，例如减少检查，维护成本，故障以及提高实时变压器负载能力。