110kv油浸式变压器绕组热点温度光纤测量方法的研究

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1、liokv油浸式变压器绕组热点温度光纤测量方法的研宄（陕丙省地方电力设计有限公司陕丙丙安710065）摘要：变压器温升是影响其寿命的关键因素，而变压器温升最大的是绕组热点温度。木文主要介绍了变压器绕组热点的分布、热点温度的特性以及目前较为成熟的几种变压器绕组热点温度的光纤测量方法，并对几种测量方法进行了对比分析。关键字：变压器绕组温度光纤测温1变压器温升对其绝缘老化的影响绝缘老化是影响变压器寿命的主要原因，引起绝缘老化最主要的因素便是温度，在实际的运行中由于变压器的绝缘系统内热量分布不均匀，变压器内部各个点的温度差别很大，其中以绕组的热点温升最为显著。通常，在变

2、压器寿命与温度之间满足6°C法则，即当变压器运行在标定的98°C时，变压器的寿命为设计寿命即正常使用寿命，而当变压器运行在80°C-140°C时，温度每上升6°C,变压器寿命将减少一半。因此，变压器内部的热点温升对其绝缘老化的影响直接关系到变压器的寿命。2变压器绕组热点的分布及其温度特性变压器绕组温度的分布与绕组外的流场和绕组内部的热传导密切相关,从最根木上来说，决定变压器温度场分布的是其内部损耗的分布，而其中主要的是涡流损耗。通过现有的涡流损耗计算方法（定涡流系数法、理论计算法以及按线饼分布法）可以得知变压器绕组各点的漏磁密度大小、方向不同，导致涡流损耗也不尽

3、相同，在漏磁通道相近处漏磁密度最高，在外圈绕组的地方漏磁密度基木为零，在轴向的上下两端涡流损耗最为严重。因此，热点一般出现在绕组总高度的80%-90%之间，因为，虽然在绕组上端及下端涡流损耗最大，但油流温度在绕组下端较低，而绕组上端由于出U效应不可能出现热点。图3.1荧光寿命与温度关系曲线图3变压器绕组热点温度的测量方法在对绕组热点温度的测量中，大量研究表明采用间接法所得的温度值比实际的温度值要低，并i不能实时的反应变压器最热点的温度，因而在0前智能变压器中通常采用直接测量法来准确的反映绕组的实吋温度。直接测量法是将光纤的传感器探头直接埋设在线圈中，传感器将温度

4、信号通过光纤传播出来，从而实现绕组热点温度的测量。0前较为成熟的测量法包括光纤荧光式、光纤半导体式以及光纤光栅式，下面将对这三种方法进行详细的介绍。3.1光纤荧光式测量法荧光反射式测量法的原理为当光源照射到荧光物质吋，苏内部电子获得能量从基态跃迁到激发态，再从激发态返冋到基态吋放出辐射能而使得荧光物质发光，发光吋间取决于激发态的寿命，也称为荧光寿命，而荧光寿命与该荧光物质所接触的温度呈一定关系，可以说荧光寿命的长短由温度的高低来确定，如图3.1所不。从上图可知，荧光余晖的衰减与温度呈指数衰减趋势，因此，通过测量荧光余晖衰减的吋间常数，得到该传感器所处位置的温度值

5、。3.2光纤半导体式测量法光纤半导体测量法即利用半导体材料对光谱的吸收受温度的影响来进行测温，0前工程中较多的是采用GaAs材料作为温敏器件，当中心波长的光通过GaAs晶体吋，光强呈指数规律衰减，衰减后的强度为：图3.2光纤光栅测量法原理3.4三种光纤测温法的比较对上述三种绕组热点测温方法从光源性质、价位、安装方式的可靠性以及结构特点等方面进行对比分析，如下表：由上表可知，当电压等级较高时（≥220kV）,半导体式的光纤测温法不再适用；当要求测量点数较多，需精确得知变压器绕组热点位置吋，建议采用光纤光栅测温方式，但光栅比其他传感器探头脆弱，该方法对光纤及苏

6、安装方式均有较高的要求，且价位高；对于一般情况，建议采用荧光反射式测温法，价位适中，光纤探头强度较高，iL技术比较成熟，结构简单，安装方便。4某llOkV变电站工程变压器绕组测温配置实例变压器为SSZ10-M-31500/110kVYN.yno.dll110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kVUd2-3%=6.5Udl-3%=17.5Udl-2%=10.5型低损耗、检修周期长的三相三绕组自冷式全密封有载调压变压器。绕组测温系统配置方案：对变压器各相绕组温度进行实吋在线监测和故障报警，变压器每相

7、绕组各配置3个测温点，能通过IEC-61850规约传至本站智能监控一体化平台。系统包含以下几部分组成：光纤解调仪、传感探针、光纤、规约转换接口装置。技术要求：1）测温范围：-20~+150°C2）测温精度：±0.5°C3）探头直径不大于3mm4）探头寿命不小于25年。本工程采用荧光反射式光纤测温原理，基于稀上荧光物质来实现。系统安装示意如图4.1所示。图4.1系统安装示意图5结语智能变压器在线监测中，绕组的热点温度监测十分重要，如今光纤测温技术己十分成熟，iL测量精度高，实吋性好。但仍然存在一些不足之处，例如，光纤测温是将温度传感器直接埋入变压器绕

8、组之中，这就会对变压器的