油浸式變壓器使用熒光光纖測溫
油浸式變壓器使用熒光光纖測溫
超高壓油浸式變壓器內(nèi)部繞組溫度實時監(jiān)測是保障變壓器可靠運行的重要部分, 現(xiàn)有的超高壓油浸式變壓器內(nèi)部繞組溫度是通過繞組溫度計算模型推算而來。變壓器內(nèi)部熱點溫度, 除了線圈發(fā)熱通過熱傳遞引起其他位置溫度的變化外, 還與變壓器線圈附近的磁通量有關(guān), 通過模型推算變壓器內(nèi)部溫度分布, 誤差較大。基于熒光余暉衰減特性與溫度關(guān)系, 研究出一種熒光光纖溫度傳感技術(shù), 給出了傳感器熒光材料特性、結(jié)構(gòu)封裝, 驗證了傳感器的測溫精度和所使用材料的安全可靠性。油浸式變壓器熒光光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用500kV以上超高壓等級油浸式變壓器中, 實現(xiàn)了超高壓油浸式變壓器內(nèi)部繞組溫度真正意義上的在線監(jiān)測。
為什么要使用熒光光纖溫度傳感器監(jiān)測油浸式變壓器繞阻溫度
變壓器是電網(wǎng)一次設(shè)備的重要組成部分, 變壓器的繞組熱點溫度是決定其絕緣壽命的主要因素。油浸式電力變壓器溫度測量技術(shù)受制于變壓器內(nèi)部環(huán)境高電壓、大電流、高絕緣以及強電磁場干擾的影響, 基于傳統(tǒng)電信號測量技術(shù)使用的熱電偶、熱電阻傳感器無法滿足變壓器內(nèi)部繞組熱點溫度測量的技術(shù)需求。目前, 適用直接測量變壓器繞組溫度的傳感器只能選用光纖溫度傳感器。半導(dǎo)體光纖溫度傳感器屬于光強或波長調(diào)制型傳感器, 實際使用過程中容易受到溫度、光源強度、光纖微彎效益、耦合損耗等因素的影響, 受干擾情況比較嚴重。基于拉曼/布里淵散射的光纖傳感器測量精度、空間分辨率和測溫范圍相互制約, 保持幾個攝氏度的測溫誤差, 其空間定位誤差在1m左右, 對于變壓器內(nèi)部使用誤差較大。光纖光柵溫度傳感器基于波長信號解調(diào), 但光纖光柵在原理上會受壓力、應(yīng)力、形變等等其他因素的干擾, 對光柵的封裝要求非常高。
500KV油浸式變壓器熒光光纖測溫系統(tǒng)
伴隨著光電子技術(shù)的發(fā)展, 熒光光纖溫度傳感器擁有體積小、耐高溫、耐超高壓、抗腐蝕、絕緣性能好、性價比高、不受應(yīng)力振動干擾等諸多優(yōu)勢, 能夠突破其他光纖測溫技術(shù)的局限, 非常適合油浸式變壓器內(nèi)部繞組熱點溫度的測量。目前可以實現(xiàn)500kV以上變壓器內(nèi)部繞組溫度監(jiān)測，直接采用包括熒光光纖測溫。針對高等級變壓器設(shè)計要求, 特別設(shè)計了耐受高等級電壓的光纖溫度探頭, 并經(jīng)過工頻耐壓及雷電沖擊試驗, 完全達到變壓器內(nèi)部高等級電壓安裝要求。
油浸式變壓器熒光光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成及傳感器基本原理
熒光光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要由熒光光纖溫度傳感器、貫通器、光纖跳線、熒光解調(diào)主機、監(jiān)控軟件組成。熒光光纖溫度傳感器是該系統(tǒng)中的感溫部分, 也是唯一安裝在變壓器內(nèi)部的部件。貫通器被安裝在變壓器壁上, 用于連接內(nèi)部熒光光纖溫度傳感器和外部光纖跳線, 起到光學(xué)聯(lián)通并能夠達到隔油密封的作用, 能夠承受的壓力約7MPa。熒光解調(diào)主機用來解調(diào)熒光光纖溫度傳感器傳送出來的光學(xué)信號解析出溫度。溫度信號再通過485總線方式輸出至上位機監(jiān)控軟件, 實時讀出、保存、分析溫度數(shù)據(jù)。
油浸式變壓器熒光光纖測溫系統(tǒng)原理
熒光物質(zhì)的發(fā)光是能量高的光照射熒光物質(zhì), 激發(fā)出比其能量低的熒光, 激發(fā)出的熒光強度隨時間成指數(shù)規(guī)律衰減。根據(jù)《光子學(xué)報》, 稀土熒光特性與溫度關(guān)系推算到熒光衰減時間與溫度有這樣的關(guān)系, 即熒光衰減時間是溫度參數(shù)的單值函數(shù), 溫度升高, 熒光壽命減小, 通過測量熒光壽命可以得到溫度值, 利用該方法測量的溫度只取決于熒光壽命, 而與其他參量無關(guān)。
熒光光纖溫度傳感器安裝油浸式變壓器
具有絕緣固定塊的抗軸向拉力設(shè)計, 配合油浸式變壓器用絕緣墊塊的開孔, 能夠?qū)晒夤饫w溫度傳感器牢固地安裝在變壓器的線圈內(nèi)。通常變壓器內(nèi)部線圈繞好后, 在套裝過程中即可進行熒光光纖溫度傳感器的安裝。在變壓器絕緣墊塊上根據(jù)設(shè)定的尺寸進行開孔, 隨著絕緣墊塊一起將熒光光纖溫度傳感器裝在變壓器繞組內(nèi)。
熒光光纖測溫傳感器感溫部分需要安裝在被檢測的變壓器內(nèi)部熱點上, 連接器端通過貫通器連接到測溫主機上, 對熒光信號進行解析并實時顯示溫度值。數(shù)據(jù)通過485總線傳輸?shù)奖O(jiān)視上位機, 上位機能夠顯示實時溫度曲線并將溫度保存在后臺數(shù)據(jù)庫中。實現(xiàn)整個溫度監(jiān)測系統(tǒng)的運行。
熒光光纖傳感器的優(yōu)點
熒光光纖傳感器成功應(yīng)用到超高電壓等級油浸式變壓器中, 解決了變壓器內(nèi)部由于高壓環(huán)境的局限難以對溫度進行實時監(jiān)控的難題, 克服了傳統(tǒng)測溫技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的不足。熒光光纖測溫監(jiān)測系統(tǒng)能夠提供動態(tài)、實時、安全可靠的高電壓內(nèi)部環(huán)境的溫度信息, 有效地評估變壓器運行狀態(tài), 為變壓器設(shè)計水平和制造質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。熒光光纖傳感器在變壓器公司500k V油浸式變壓器中監(jiān)測溫度分布, 是熒光光纖傳感器在變壓器中的成功應(yīng)用, 也是熒光光纖傳感器在的電力系統(tǒng)中的標志性應(yīng)用。
