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油浸式变压器使用荧光光纤测温

油浸式变压器使用荧光光纤测温

超高压油浸式变压器内部绕组温度实时监测是保障变压器可靠运行的重要部分, 现有的超高压油浸式变压器内部绕组温度是通过绕组温度计算模型推算而来。变压器内部热点温度, 除了线圈发热通过热传递引起其他位置温度的变化外, 还与变压器线圈附近的磁通量有关, 通过模型推算变压器内部温度分布, 误差较大。基于荧光余晖衰减特性与温度关系, 研究出一种荧光光纤温度传感技术, 给出了传感器荧光材料特性、结构封装, 验证了传感器的测温精度和所使用材料的安全可靠性。油浸式变压器荧光光纤温度监测系统已经成功应用500kV以上超高压等级油浸式变压器中, 实现了超高压油浸式变压器内部绕组温度真正意义上的在线监测。

油浸式变压器

为什么要使用荧光光纤温度传感器监测油浸式变压器绕阻温度

变压器是电网一次设备的重要组成部分, 变压器的绕组热点温度是决定其绝缘寿命的主要因素。油浸式电力变压器温度测量技术受制于变压器内部环境高电压、大电流、高绝缘以及强电磁场干扰的影响, 基于传统电信号测量技术使用的热电偶、热电阻传感器无法满足变压器内部绕组热点温度测量的技术需求。目前, 适用直接测量变压器绕组温度的传感器只能选用光纤温度传感器。半导体光纤温度传感器属于光强或波长调制型传感器, 实际使用过程中容易受到温度、光源强度、光纤微弯效益、耦合损耗等因素的影响, 受干扰情况比较严重。基于拉曼/布里渊散射的光纤传感器测量精度、空间分辨率和测温范围相互制约, 保持几个摄氏度的测温误差, 其空间定位误差在1m左右, 对于变压器内部使用误差较大。光纤光栅温度传感器基于波长信号解调, 但光纤光栅在原理上会受压力、应力、形变等等其他因素的干扰, 对光栅的封装要求非常高。

500KV油浸式变压器荧光光纤测温系统

伴随着光电子技术的发展, 荧光光纤温度传感器拥有体积小、耐高温、耐超高压、抗腐蚀、绝缘性能好、性价比高、不受应力振动干扰等诸多优势, 能够突破其他光纤测温技术的局限, 非常适合油浸式变压器内部绕组热点温度的测量。目前为止在500k V以上变压器内部绕组温度监测未有直接采用包括光纤测温在内的任何测温手段。针对高等级变压器设计要求, 特别设计了耐受高等级电压的光纤温度探头, 并经过工频耐压及雷电冲击试验, 完全达到变压器内部高等级电压安装要求。

油浸式变压器荧光光纤温度监测系统构成及传感器基本原理

荧光光纤温度监测系统主要由荧光光纤温度传感器、贯通器、光纤跳线、荧光解调主机、监控App组成。荧光光纤温度传感器是该系统中的感温部分, 也是唯一安装在变压器内部的部件。贯通器被安装在变压器壁上, 用于连接内部荧光光纤温度传感器和外部光纤跳线, 起到光学联通并能够达到隔油密封的作用, 能够承受的压力约7MPa。荧光解调主机用来解调荧光光纤温度传感器传送出来的光学信号解析出温度。温度信号再通过485总线方式输出至上位机监控App, 实时读出、保存、分析温度数据。

油浸式变压器荧光光纤测温系统原理

荧光物质的发光是能量高的光照射荧光物质, 激发出比其能量低的荧光, 激发出的荧光强度随时间成指数规律衰减。根据《光子学报》, 稀土荧光特性与温度关系推算到荧光衰减时间与温度有这样的关系, 即荧光衰减时间是温度参数的单值函数, 温度升高, 荧光寿命减小, 通过测量荧光寿命可以得到温度值, 利用该方法测量的温度只取决于荧光寿命, 而与其他参量无关。

荧光光纤温度传感器安装油浸式变压器

具有绝缘固定块的抗轴向拉力设计, 配合油浸式变压器用绝缘垫块的开孔, 能够将荧光光纤温度传感器牢固地安装在变压器的线圈内。通常变压器内部线圈绕好后, 在套装过程中即可进行荧光光纤温度传感器的安装。在变压器绝缘垫块上根据设定的尺寸进行开孔, 随着绝缘垫块一起将荧光光纤温度传感器装在变压器绕组内。

荧光光纤测温传感器感温部分需要安装在被检测的变压器内部热点上, 连接器端通过贯通器连接到测温主机上, 对荧光信号进行解析并实时显示温度值。数据通过485总线传输到监视上位机, 上位机能够显示实时温度曲线并将温度保存在后台数据库中。实现整个温度监测系统的运行。

荧光光纤传感器的优点

荧光光纤传感器成功应用到超高电压等级油浸式变压器中, 解决了变压器内部由于高压环境的局限难以对温度进行实时监控的难题, 克服了传统测温技术在电力系统应用的不足。荧光光纤测温监测系统能够提供动态、实时、安全可靠的高电压内部环境的温度信息, 有效地评估变压器运行状态, 为变压器设计水平和制造质量提供数据支撑。荧光光纤传感器在变压器企业500k V油浸式变压器中监测温度分布, 是荧光光纤传感器在变压器中的成功应用, 也是荧光光纤传感器在的电力系统中的标志性应用。

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