【正文】 平及其增長速率的明顯變化，能夠指示變壓器內(nèi)部正在發(fā)生的變化或反映絕緣中由于某些缺陷狀態(tài)而產(chǎn)生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡等。 紅外測溫技術(shù)。頻率響應(yīng)分析法是一種用于判斷變壓器繞組或引線結(jié)構(gòu)是否偏移的有效方法。目前已開發(fā)出一種用于大型變壓器繞組溫度監(jiān)測的新技術(shù)， 即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測量繞組的實(shí)時(shí)溫度，從而改進(jìn)變壓器的預(yù)測建模技術(shù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器繞組溫度狀態(tài)的目的。另外該方法還需要知道被測物體的發(fā)射率，要保證被測物體的輻射充分抵達(dá)紅外探測器，還要盡量消除背景噪聲。由光纖光柵組成的傳感器與傳統(tǒng)的電傳感器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。 (2)測量范圍大，靈敏度高，線性度好，頻率響應(yīng)范圍寬，測量精度高。光纖傳感器的傳感頭，重量小于 1 公斤。這種光時(shí)域反射技術(shù)是用來對光纖通信中光纖電纜故障檢測而創(chuàng)立的，圖 表示了 OTDR 的基本原理。 當(dāng)窄帶光脈沖被注入到光纖中時(shí)，通過測后向散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的關(guān)系來檢查光纖的連續(xù)性并測出其衰減。激光脈沖在光纖中所走過的路程可用下式描述 2L=vt (41) 式中： t— 入射光經(jīng)背向散射返回到光纖入射端所需的時(shí)間； v— 光在光纖中傳播的速度 v=C／ n， C 為真空中的光速， n 為光纖的折射率； L 一光纖某處到光纖入射端的距離；在 t 時(shí)刻測量到的是離光纖入射端距離為 L 處局域的散射光。信號(hào)包括脈沖沿光纖向前傳輸過程中的散射光和在返回方向上被導(dǎo)向器 (Waveguide)回收的光，它是散射單元 dx 位置 z 的函數(shù)，可表示為 （ 4— 2） 式中 Pj—— 發(fā)射功率 W—— 脈沖寬度 —— 散射波在光纖中的傳播速度 —— 分別為散射損耗和總損耗系數(shù)，是位置 z 的函數(shù) —— 俘獲率，代表光學(xué)系統(tǒng)收集到的散射光的比例 俘獲率 可近似地由光纖數(shù)值孔徑 NA 和纖芯折射系數(shù) 的關(guān)系式得 出，即 (4— 3) 式 (4— 3)對單模光纖和梯度多模光纖均適合。 從已有結(jié)果看，用光學(xué)反射方法可測量溫度、應(yīng)變和壓 力等物理量。但是它也約只是入射光的 45dB。以后向 Rayleigh 散射為基礎(chǔ)的光學(xué)時(shí)域反射(OTDR)法能夠探測出光纖中模式耦合點(diǎn)的位置。對后面在分布光纖溫度傳感器信號(hào)處理系統(tǒng)中的研究作了理論上的鋪墊。光子與分子的相互作用可用分子能級圖來表示，如圖 所示， E1， E2 分別表示分子振動(dòng)的兩個(gè)能級，兩個(gè)能級之間相差 ，即 。 自發(fā)拉曼散射 自發(fā)拉曼散射簡介 在 1923 年， A． Smekal 從理論上預(yù)言：當(dāng)頻率一定的單色光入射到介質(zhì)以后， 除了產(chǎn)生光的反射和折射外，還會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象。 一般情況下，在光纖的拉曼散射光中，斯托克斯光比入射光小約六個(gè)量級，反斯托克斯光入射光小約七個(gè)量級。整數(shù)倍的旁頻。 根據(jù)波爾茲曼分布律，在熱平衡下，介質(zhì)分子振動(dòng)基態(tài)和激發(fā)奩的粒子分布為 （ 4— 9） 式中 N1—— 分子振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù) N2—— 分子振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù) —— 分子振動(dòng)頻率 在常態(tài)下，絕大多數(shù)粒子處于基態(tài)能級上，只有極少數(shù)粒子處于激發(fā)能態(tài)上。一般情況下，二氧化硅分子密度服從波爾茲曼因子分布 （ 4— 12） 式中 k—— 波爾茲曼常數(shù) T—— 絕對溫度 E—— 運(yùn)動(dòng)能量 式（ 4— 12）表明，由于激發(fā)態(tài) E1 的能量高，故處于激發(fā)態(tài) E1 的二氧化硅分 子較處于基態(tài) E2 的二 氧化硅分子少，即自發(fā)拉曼散射中反斯托克斯光較斯托克斯光弱。式 (415)是分布式光纖溫度傳感器的理論依據(jù)。 受激拉曼散射的實(shí)質(zhì)是非線性效應(yīng)的一種。受激拉曼散射產(chǎn)生的前提是入射到介質(zhì)的光功率必須超過某一閩值，而自發(fā)拉曼散射的產(chǎn)生則不論入射到介質(zhì)的光功率的強(qiáng)弱，總是存在自發(fā)拉曼散射，只不過入射到介質(zhì)的光強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的自發(fā)拉曼散射強(qiáng)，而入射到介質(zhì)的光弱時(shí)產(chǎn)生的自發(fā)拉曼散射弱而已： (4)根據(jù)耦合模式理論，導(dǎo)出受激拉曼散射中反斯托克斯 光波與斯托克斯光波電場強(qiáng)度之比為 （ 4— 21） 式中 —— 斯托克斯頻率 —— 斯托克斯極化率 —— 非共振極化率 —— 動(dòng)量失配量即 。以受激斯托克斯光為例，當(dāng)激光在光纖中傳輸時(shí)，泵浦激光功率 、斯托克斯光功率分別為 （ 4— 22） （ 4— 23） 、 分別為 （ 4— 24） （ 4— 25） 式中 —— z=0 處泵浦功率 —— z=0 處斯托克斯光功率 —— 分 別是光纖在泵浦光、斯托克斯光波長上的衰減系數(shù)，且表示為 ? q—— 有效的斯托克斯模數(shù) ， 、 —— 分別對應(yīng)泵浦和斯托克斯光波數(shù) —— 光纖中光的速度 (c 真空中光速，啊光纖芯折射率 )， A—— 光纖有效截面積 L—— 光纖長度 —— 實(shí)驗(yàn)測得的拉曼功率增益系數(shù) h—— 普朗克常數(shù)。 因此，受激拉曼散射不同于我們利用的自發(fā)拉曼散射，應(yīng)根據(jù)它具有明顯閾值的特點(diǎn)，在系統(tǒng)中嚴(yán)格控制注入光纖的泵浦光功率的大小，使之 小于閩值功率，以抑制光纖受激拉曼散射的產(chǎn)生。當(dāng)受激拉曼散射產(chǎn)生時(shí)，受激拉曼散射光束的空間發(fā)散角顯著變小，可與入射光發(fā)散角接近；而自發(fā)拉曼散射無明顯的方向性； (2)受激拉曼散射光的功率很強(qiáng)。 由式 (4— 13)、 (4— 14)和式 (4— 17)、 (4— 18)可求得斯托克斯光、反斯托克斯光隨溫度變化的相對值，即 (4— 19) (4— 20) 根據(jù)式 (4— 17)和式 (4— 18)，從理論上講，反斯托克斯光、斯托克斯光對溫度的敏感性大致相當(dāng)，他們均可作為溫敏信號(hào)：但式 (4— 19)和式 (4— 20)表明，反斯托克斯光隨溫度變化的相對值較斯托克斯光的大 倍，所以單 靠反斯托克斯光提取溫度信息較單靠斯托克斯光提取容易，這也是實(shí)際應(yīng)用中取反斯托克斯光作溫敏信號(hào)而認(rèn)為斯托克斯光與溫度無關(guān)的原因。取上述二式之比，有 （ 4— 15） 式中 —— 反斯托克斯與斯托克斯光強(qiáng)之比 —— 反斯托克斯光波數(shù) —— 斯托克斯光波數(shù) c—— 真空中光速 —— 拉曼頻移 h—— 普朗克常數(shù) K—— 波爾茲曼常數(shù) T—— 環(huán)境的絕對溫度 從式（ 4— 15）得到的結(jié)論是：自發(fā)拉曼散射中反斯托克斯與斯托克斯光強(qiáng)之比僅是介質(zhì)所處溫度的函數(shù)，而與注入光源的光功率等其它條件無關(guān)。由此可得斯托克斯和反斯托克斯散射的幾率分別為 （ 4— 10） （ 4— 11） 自發(fā)拉曼散射的強(qiáng)度公式 實(shí)際的測量中，直接測量的是散射光的強(qiáng)度。而且從分析可以知道斯托克斯散射強(qiáng)度和反斯托克斯散射強(qiáng)度大體相當(dāng)，這與受激拉曼現(xiàn)象相一致，但試驗(yàn)表明自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯散射比斯托克斯要弱幾個(gè)數(shù)量級，由經(jīng)典理論不能解釋這一現(xiàn)象。這種電極化使泵浦光頻率產(chǎn)生變化，產(chǎn)生斯托克斯和反斯托克斯散射。在頻移波數(shù)與入射光波長無關(guān)而與組成光纖的二氧化硅結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的十分微弱的拉曼 (Raman)散射光譜中，低于入射光波的頻率分量稱斯托克斯(Stokes)光，高于入射光波的頻率分量稱反斯托克斯 (Anti— stokes)光，圖 描述出了各種散射光 (圖中 是入射光波數(shù) )。當(dāng)能級為 E1 的分子被激光光子激發(fā)到 的虛態(tài)，然后回到能級 ， 散射出頻率為 的光子，這種散射稱為斯托克斯散射；而原來處于能級 E2的 分 子 被 激 光 光 子 激 發(fā) 到 的虛態(tài)，然后回到能級，散射出頻率為 光子，這種散射稱為反斯托克斯散射。 激發(fā)光子與光纖分子的相互作用，分為彈性碰撞和非彈性碰撞。 拉曼散射原理 光纖中的 Raman 散射理論是一個(gè)很復(fù)雜的問題，它的研究為分布式光纖溫度傳感器奠定了傳感的理論基礎(chǔ)，對傳感器系統(tǒng)光源的選用、傳感光纖的選取和信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也都起著非 常重要的作用。因此，實(shí)現(xiàn)基于 Rayleigh 后向散射的全光纖的溫度分布系統(tǒng)是很困難的。在后向散射光中包含有瑞利散射，拉曼散射，布里淵散射。由式 (42)可知，散射損失 和局部俘獲率 直接影響著信號(hào)的大小，局部光纖總損耗系數(shù) 間接地影響著信號(hào)的大小。如光纖有斷裂或接頭，那么與此相對應(yīng)的后向散射光信號(hào)將出現(xiàn)一個(gè)突變尖峰。當(dāng)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，由于光纖中存在折射率的微觀不均勻性，會(huì)產(chǎn)生散射。對于較長距離的分布測溫應(yīng)用，基于散射機(jī)理的分 布傳感系統(tǒng)顯示出無比的優(yōu)越性。 另外，光纖光柵傳感器相對于其他傳感器還具有抗電磁干擾性強(qiáng)、可應(yīng)用在惡劣的環(huán)境中、可實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)蛽p耗的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，并且光纖光柵溫度傳感器還可以粘貼在變壓器繞組上來測量繞組溫度，這樣不但保證測得的溫度是繞組的溫度，還可以解決埋設(shè)傳感器技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的問題，同時(shí) 提高靈敏度和測量精度。 (3)由光來傳輸信號(hào)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，避免了由電引起的石油易燃易爆等問題。光纖傳感器所用材料主要是石英光纖自身就是絕緣體，結(jié)構(gòu)簡單。 電力變壓器內(nèi)部屬于高電壓、強(qiáng)電磁場環(huán)境，若采用常規(guī)的電信號(hào)傳感器來測量變壓器內(nèi)部的溫度（特別是繞組的熱點(diǎn)溫度），如電信號(hào)傳感器測量、光纖測溫儀測量和紅外溫度傳感器測量這三種方法都沒有和變壓器繞組真 正接觸，因此測得的溫度不一定是繞組的溫度，將難以滿足要求。大部分電廠和變電站采用的基于電信號(hào)傳感器的測溫系統(tǒng)，如電阻溫度計(jì)，熱電偶等，這類電信號(hào)的傳感器易受電磁干擾，測量效果不是很理想。 繞組溫度指示。當(dāng)變壓器引線接觸不良、過負(fù)荷運(yùn)行等情況時(shí)都會(huì)引起導(dǎo)電回路局部過熱，鐵芯多點(diǎn)接地也會(huì)引起鐵芯過熱。振動(dòng)分析法就是一種廣泛用于監(jiān)測這種變壓器故障的有效方法。 局部放電在線監(jiān)測技術(shù)。 油中溶解性氣體分析技術(shù)。 變壓器冷卻系統(tǒng)的溫度控制及運(yùn)行溫度 變壓器冷卻系統(tǒng)控制邏輯有 “手動(dòng) ”和 “自動(dòng) ”兩種方式， “自動(dòng) ”方式是指按變壓器頂層油溫控制冷卻 器的啟、停 ,片式、管式散熱器的冷卻器包括風(fēng)扇電機(jī)和油泵電機(jī)的控制。 標(biāo)尺指示范圍大，溫度指示控制器分設(shè)定溫度指示和實(shí)際溫度指示。 同時(shí)壓力的變化經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)迫使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，輸出信號(hào)。 電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示為 Rt = R0〔 1+ a0﹙ t t0﹚〕 Rt 為溫度 t 時(shí)的電阻值； R0 為溫度 t0時(shí)的電阻值； t0為起始溫度；一般規(guī)定為 0℃； a0 為溫度系數(shù)（以 0℃為起始溫度）。純金屬及多數(shù)合金的電阻率隨溫度升高而增加，即具有正的溫度系數(shù)。 （一） 獨(dú)立式電阻傳感器測溫 獨(dú)立式電阻傳感器測溫主要用于變壓器上層油溫的測量。 而在溫度測量中主要是可見光和紅外光，因?yàn)榇祟? 能量被接收以后，多轉(zhuǎn)換為熱能，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。 接觸式的特點(diǎn)是測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值。下面著重闡述獨(dú)立式電阻傳感器測溫和壓力式溫控器測溫及運(yùn)行中常見故障。 ( 2) 如果 H2 的含 量增大 , 而其它成分不增加時(shí) , 有可能是設(shè)備進(jìn)水或有泡存在 , 引起鐵和水的化學(xué)反應(yīng)。 總烴 ( CH4+ C2H4+ C2H6+C2H2) 0. 15%。條件屬性集為 CH4/ H C2H6/ CH C2H4/ C2H6 和 C2H2/ C2H4 這 4 對氣體的比值 , 決策屬性為診斷結(jié)果。光譜法可測量甲烷（ CH4）、乙烯（ C2H4）、乙烷（ C2H6）和乙炔（ C2H2）等故障氣體，與色譜法相比，它的優(yōu)勢是安裝方便，維護(hù)工作量少，但仍需要現(xiàn)場脫氣和定時(shí)檢測且有靈敏度不高等缺點(diǎn)。 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)由油氣分離、混合氣體分離、氣體監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和故障診斷等環(huán)節(jié)組成?？梢圆捎脺y量電力變壓器絕緣套管電壓與套管末屏接地電流間相位差的方法，對絕緣套管介質(zhì)損耗進(jìn)行監(jiān)測。 絕緣老化及其檢測 大 多