油浸式變壓器熒光光纖測溫原理
油浸式變壓器的熒光光纖測溫是一種基于熒光特性與溫度關系的測溫技術。
熒光產生原理：在油浸式變壓器中，當特定的光束射入繞組時，繞組中的熒光分子會吸收光束的能量。這種能量吸收使得熒光分子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。而后，熒光分子會從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，并發(fā)射出熒光信號。這一過程中，熒光信號的特性與溫度存在關聯(lián)。
溫度與熒光余暉的關系：熒光余暉，也就是熒光分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)過程中的持續(xù)發(fā)光現(xiàn)象。在油浸式變壓器繞組中，溫度的變化會影響熒光余暉的特性。一般來說，隨著溫度的升高，熒光余暉的壽命會發(fā)生變化。通過精確測量熒光信號的壽命，就能夠間接確定繞組的溫度。
與傳統(tǒng)測溫方法對比優(yōu)勢明顯
抗干擾能力強：傳統(tǒng)的測溫方法，如熱電偶測溫、熱電阻測溫等，它們是通過金屬導線來傳輸信號。而油浸式變壓器工作環(huán)境惡劣，其內部存在電磁場干擾，熱電阻和熱電偶的金屬導線長期處于油中容易產生短路現(xiàn)象，并且會受到電磁干擾的影響。而熒光光纖測溫技術中，信號傳輸介質是光纖，以光信號進行傳輸，避免了電磁干擾的影響，抗干擾能力強，同時也避免了傳統(tǒng)測溫方法中的接點熱阻和測溫領域限制等問題。
測溫精度高：熒光光纖測溫采用熒光信號與溫度之間的非線性關系進行測溫，可以實現(xiàn)較高的測溫精度。研究顯示，變壓器繞組熒光測溫的精度可達到0.1度，這是傳統(tǒng)測溫方法難以企及的精度水平。
全面測溫能力：像英諾熒光測溫技術可以實現(xiàn)對變壓器繞組的全面測溫，不受局部故障或復雜工況影響。并且能夠進行實時、連續(xù)的溫度監(jiān)測，從而更全面準確地反映變壓器內部的溫度狀況，而傳統(tǒng)方法可能只能監(jiān)測局部或者特定部位的溫度，難以做到全面的溫度監(jiān)測。
油浸式變壓器熒光光纖測溫步驟
油浸式變壓器熒光光纖測溫主要有以下步驟：
傳感器探頭安裝與數(shù)據(jù)采集
內部光纖探頭布置：首先，油浸式變壓器熒光光纖測溫系統(tǒng)中的內部光纖要根據(jù)設計需求進行布置。這些內部光纖會被放置于繞組線圈、鐵芯、油面等部位。這些部位都是在變壓器運行過程中溫度監(jiān)測的關鍵位置。例如，繞組線圈在變壓器工作時會產生熱量，是容易出現(xiàn)熱點的地方；鐵芯也會有一定的熱量產生，而油面的溫度也能反映出變壓器整體的散熱等情況。內部光纖上的探頭端部的熒光光纖溫度傳感器負責采集溫度數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸準備：采集到的數(shù)據(jù)需要通過光纖進行傳輸。內部光纖通過法蘭盤上的貫通器與外部光纖連接，從而為數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠吭O備做好準備。貫通器安裝在變壓器壁上，它起到光學聯(lián)通并且隔油密封的作用，還能夠承受壓力，確保內部光纖與外部光纖之間穩(wěn)定的連接，使得數(shù)據(jù)可以順利傳輸?shù)酵獠抗饫w。
信號傳輸與處理
外部光纖傳導：連接好的外部光纖負責將從內部光纖傳來的光信號傳導至測溫主機。外部光纖在這個過程中起到了信號傳輸通道的作用，將包含溫度信息的光信號完整地傳輸?shù)綔y溫主機。
主機解析溫度：測溫主機接收到光信號后，會對其進行解析。測溫主機內部有相應的算法和處理模塊，利用這些算法對采集到的數(shù)據(jù)進行處理。先算出對應的熒光余輝壽命，再利用預先設定好的算法求出對應的溫度值。例如，主機內部可能通過將接收到的光信號強度、頻率等特征與已知的溫度 - 熒光特性關系模型進行對比和計算，從而得出精確的溫度值。
溫度監(jiān)控與反饋
數(shù)據(jù)存儲與顯示：求出的溫度數(shù)據(jù)會被傳輸?shù)紺PU中，CPU對溫度數(shù)據(jù)進行存儲及顯示。這樣，相關工作人員就可以直觀地看到變壓器內部各監(jiān)測點的溫度情況。
溫度超限處理：當溫度超出變壓器工作的上限時，CPU會使油浸式變壓器冷卻裝置工作，從而使用冷卻設備對油浸式變壓器的油迅速降溫，確保變壓器在安全的溫度范圍內運行。這一環(huán)節(jié)實現(xiàn)了對變壓器溫度的實時監(jiān)控和自動控制，保障了變壓器的安全運行。
油浸式變壓器熒光光纖測溫注意事項
在油浸式變壓器熒光光纖測溫過程中，有以下注意事項：
設備安裝方面
探頭固定穩(wěn)定性：針對大型高電壓等級的油浸式變壓器，由于變壓器本身價格昂貴、電壓等級高，加之繞組部分處于高電勢處，所以光纖測溫探頭的固定既要不能對變壓器產生影響，同時也需要具有較高的穩(wěn)定性。例如，如果探頭固定不牢固，在變壓器運行過程中的振動等因素可能導致探頭移位，從而影響溫度測量的準確性，還可能對變壓器內部結構造成損害，因此要避免重復安裝的繁瑣和對變壓器的損害。
光纖連接可靠性：內部光纖與外部光纖通過法蘭盤上的貫通器連接，這個連接必須保證可靠。貫通器要能夠實現(xiàn)良好的光學聯(lián)通并且保證隔油密封，能夠承受變壓器內部的壓力。如果光纖連接出現(xiàn)松動、破損或者密封不良等情況，會導致光信號傳輸中斷或者衰減，進而影響溫度測量的準確性和穩(wěn)定性。
測量準確性方面
傳感器特性校準：熒光光纖溫度傳感器的特性可能會受到環(huán)境因素、使用時長等影響。需要定期對傳感器進行校準，確保其測量的準確性。例如，傳感器的熒光特性可能隨著時間推移發(fā)生微小變化，校準過程中可以將傳感器置于已知溫度環(huán)境下，對比測量值與真實值的偏差，并進行調整。
避免干擾因素：雖然熒光光纖測溫具有抗電磁干擾的特性，但在實際應用中仍要盡量避免其他干擾因素。例如，光纖的鋪設要避免靠近強磁場源或者其他可能影響光信號傳輸?shù)脑O備。同時，要確保光纖外部沒有受到擠壓、彎曲過度等情況，這些都可能改變光信號的傳輸特性，影響溫度測量結果。
系統(tǒng)維護方面
定期檢查光纖狀況：要定期檢查光纖是否有破損、老化等情況。光纖長期處于變壓器內部的油環(huán)境中，可能會受到油質變化、化學腐蝕等影響。例如，油中的雜質可能附著在光纖表面，影響光信號的傳輸效率，所以需要定期清理或者更換光纖。
測溫主機維護：測溫主機作為數(shù)據(jù)處理和解析的核心設備，要定期進行維護。包括對主機內部電路的檢查、軟件算法的更新等。例如，隨著技術的發(fā)展，可能會有更精確的溫度 - 熒光特性關系算法出現(xiàn)，及時更新主機軟件可以提高溫度測量的準確性。
油浸式變壓器熒光光纖測溫設備安裝
油浸式變壓器熒光光纖測溫設備的安裝涉及多個部件和環(huán)節(jié)：
內部光纖及傳感器安裝
繞組線圈部位：在繞組線圈上安裝內部光纖時，要考慮繞組的結構和電氣特性。因為繞組是變壓器產生熱量的主要部位之一，也是容易出現(xiàn)熱點的地方，所以內部光纖要能夠準確地監(jiān)測到繞組的溫度變化。安裝過程中要避免損傷繞組的絕緣層，確保光纖與繞組緊密接觸又不影響其電氣性能。例如，可以采用特殊的固定裝置將光纖固定在繞組表面，同時要保證光纖能夠承受變壓器運行時的振動。
鐵芯部位：鐵芯處安裝內部光纖時，同樣要注意不能影響鐵芯的正常工作。鐵芯在變壓器中起到導磁的重要作用，安裝光纖時要避免干擾鐵芯的磁場分布。光纖的布置要合理，能夠準確反映鐵芯的溫度情況，例如可以沿著鐵芯的邊緣或者特定的散熱通道附近布置光纖。
油面部位：油面的溫度監(jiān)測對于了解變壓器整體的散熱狀況非常重要。在油面安裝內部光纖時，要確保光纖能夠穩(wěn)定地漂浮在油面上或者固定在油面附近的合適位置。同時，要考慮到油面的波動對光纖的影響，避免光纖被油流沖擊而移位或者損壞。
貫通器與外部光纖安裝
貫通器安裝：貫通器被安裝在變壓器壁上，這一安裝過程要嚴格按照操作規(guī)范進行。貫通器的密封性能至關重要，要確保其能夠在變壓器運行過程中有效隔油，防止油泄漏到外部光纖一側，同時也要保證良好的光學聯(lián)通。安裝時要檢查貫通器與變壓器壁的連接是否牢固，密封材料是否完好無損。
外部光纖連接：外部光纖連接到貫通器上時，要保證連接的準確性和穩(wěn)定性。外部光纖的布線要合理，避免過度彎曲或者受到外力擠壓。例如，可以采用線槽或者保護管對外部光纖進行保護，確保其從貫通器到測溫主機之間的光信號傳輸暢通無阻。
測溫主機安裝與連接
主機安裝位置：IF-G英諾科技光纖測溫主機的安裝位置要選擇在合適的地方，一般要遠離變壓器的強電磁場干擾源，同時要便于操作和維護。例如，可以安裝在變壓器附近的控制室內，室內環(huán)境要保持干燥、清潔，溫度和濕度在合適的范圍內。
電氣連接：測溫主機需要與外部電源、數(shù)據(jù)傳輸線路等進行連接。在連接過程中，要確保電氣連接的正確性，避免接錯線路導致設備損壞。同時，要做好接地保護措施，防止電氣事故的發(fā)生。
數(shù)據(jù)傳輸接口連接：根據(jù)設計需要，測溫主機要通過合適的數(shù)據(jù)傳輸接口，如RS485接口、4 - 20mA、RJ485等接口將溫度數(shù)據(jù)實時回傳后臺。在連接這些接口時，要保證接口的兼容性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。例如，如果采用RS485接口連接，要檢查接口的通信參數(shù)設置是否正確，線路的屏蔽是否良好等。
油浸式變壓器熒光光纖測溫實例分析
220kV油浸式變壓器應用案例
測溫系統(tǒng)配置：在某220kV油浸式變壓器上應用了熒光光纖測溫技術。該系統(tǒng)配置包括內部光纖、法蘭盤、外部光纖和測溫主機等組件。內部光纖根據(jù)變壓器的結構特點和溫度監(jiān)測需求，布置在繞組線圈、鐵芯和油面等關鍵部位。例如，在繞組線圈的熱點可能出現(xiàn)區(qū)域加密布置了內部光纖，以更精確地監(jiān)測熱點溫度。
測量效果與優(yōu)勢體現(xiàn)：通過熒光光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)對該變壓器三相繞組溫度、頂層油溫及底層油溫升進行直接實時測量。與傳統(tǒng)的PT100溫度傳感器測量數(shù)據(jù)對比，熒光光纖測溫系統(tǒng)能夠更直接、準確地反映變壓器內部的實際溫度情況。例如，在變壓器負載變化時，熒光光纖測溫系統(tǒng)能夠快速捕捉到繞組溫度的變化，而PT100傳感器由于溫度傳遞的滯后性，測量值不能及時反映繞組的真實溫度。同時，熒光光纖測溫不受電磁干擾的特性在該220kV變壓器的強電磁場環(huán)境中得到了很好的體現(xiàn)，保證了溫度測量的準確性和穩(wěn)定性。
500kV以上超高壓油浸式變壓器應用案例
系統(tǒng)應對高電壓環(huán)境：在500kV以上超高壓油浸式變壓器中，熒光光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)面臨著高電壓、大電流、高絕緣以及強電磁場干擾等挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)中的熒光光纖傳感器（余暉型）發(fā)揮了重要作用，其以抗電磁干擾、高安全性、多點測量和長期穩(wěn)定性等特點，成功實現(xiàn)了超高壓油浸式變壓器內部繞組溫度真正意義上的在線監(jiān)測。例如，在這種高電壓環(huán)境下，傳統(tǒng)的基于電信號測量技術使用的熱電偶等傳感器會受到嚴重干擾，而熒光光纖傳感器能夠正常工作，準確測量溫度。
保障變壓器安全運行：通過對變壓器內部繞組等關鍵部位的實時溫度監(jiān)測，當溫度出現(xiàn)異常升高時，可以及時采取措施，如啟動冷卻裝置等，保障變壓器的安全運行。這對于超高壓油浸式變壓器這種電力系統(tǒng)中的關鍵設備尤為重要，因為其一旦發(fā)生故障，可能會對整個電力系統(tǒng)造成嚴重影響。