【正文】 統(tǒng)顯示出無比的優(yōu)越性。如光纖有斷裂或接頭，那么與此相對(duì)應(yīng)的后向散射光信號(hào)將出現(xiàn)一個(gè)突變尖峰。在后向散射光中包含有瑞利散射，拉曼散射，布里淵散射。 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(duì)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。當(dāng)能級(jí)為 E1 的分子被激光光子激發(fā)到 的虛態(tài)，然后回到能級(jí) ， 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(jí) E2的 分 子 被 激 光 光 子 激 發(fā) 到 的虛態(tài)，然后回到能級(jí)，散射出頻率為 光子，這種散射稱為反斯托克斯散射。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。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(cè)量中，直接測(cè)量的是散射光的強(qiáng)度。 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(duì)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(duì)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(duì)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。 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。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(chǎng)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 。式 (415)是分布式光纖溫度傳感器的理論依據(jù)。 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(jí)上，只有極少數(shù)粒子處于激發(fā)能態(tài)上。 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(jí)，反斯托克斯光入射光小約七個(gè)量級(jí)。光子與分子的相互作用可用分子能級(jí)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(jí)，兩個(gè)能級(jí)之間相差 ，即 。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(cè)出光纖中模式耦合點(diǎn)的位置。 從已有結(jié)果看，用光學(xué)反射方法可測(cè)量溫度、應(yīng)變和壓 力等物理量。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(cè)量到的是離光纖入射端距離為 L 處局域的散射光。這種光時(shí)域反射技術(shù)是用來對(duì)光纖通信中光纖電纜故障檢測(cè)而創(chuàng)立的，圖 表示了 OTDR 的基本原理。 (2)測(cè)量范圍大，靈敏度高，線性度好，頻率響應(yīng)范圍寬，測(cè)量精度高。另外該方法還需要知道被測(cè)物體的發(fā)射率，要保證被測(cè)物體的輻射充分抵達(dá)紅外探測(cè)器，還要盡量消除背景噪聲。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。 PD水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。當(dāng)變壓器頂層油溫達(dá)到 55℃時(shí) ，投入風(fēng)扇，當(dāng)油面溫度達(dá)到 45℃時(shí)，退出風(fēng)扇。 壓力式溫控器儀表的特點(diǎn)： 觸點(diǎn)功率大，溫度指示控制器采用功率較大的微動(dòng)開關(guān)，簡化了控制 電路，提高了變壓器運(yùn)行的可靠性。溫度的變化可導(dǎo)致金屬導(dǎo)體電阻的變化。此外，非接 觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒。溫度的測(cè)量是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性通過測(cè)量該性能參數(shù)從而達(dá)到測(cè)量溫度 的目的。但出現(xiàn)高溫?zé)狳c(diǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量 C2H2, 因此不應(yīng)認(rèn)為凡有 C2H2 出現(xiàn)都視為放電性故障。 羅杰斯比值法總結(jié)出了氣體比值代碼 和故障類型之間的內(nèi)在聯(lián)系 , 如表 1所示。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。非功能型光纖傳感器一般采用多模光纖，光纖不再是敏感元件，而是在光纖端面或者接合處放置機(jī)械式或者光學(xué)式的敏感元件來感受被測(cè)量物的變化，從而光纖本身只起傳輸作用。隨著溫度的升高， CO、 CO2 比值逐漸增大。正常運(yùn)行中，變壓器內(nèi)部絕緣油與固體絕緣材料會(huì)產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還產(chǎn)生少量的氫、低分子烴類氣體和碳的氧化物等。由于它們相對(duì)于局放源的位置不同，接收到的超聲波信號(hào)之間存在時(shí)間差，通過計(jì)算就能相對(duì)準(zhǔn)確地定位出局放源的位置。雖然這個(gè)頻率范圍可避開一些電暈干擾，但并不能完全排除。 電脈沖法技術(shù)的關(guān)鍵是如何有效地識(shí)別和抑制干擾，將真正的局放信號(hào)提取。 變壓器內(nèi)部局部放電的檢測(cè)方法 超聲檢測(cè)法 用固定在變壓器油箱壁上的超聲傳感器接收變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超聲波來檢測(cè)局放的大小和位置。以上對(duì)變壓器的聲音、溫度、油位、外觀及其他現(xiàn)象對(duì)配電變壓器故障的判斷，只能作為現(xiàn)場(chǎng)直觀的初步判斷。 運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器溫度異常，應(yīng)先查明原因后，再采取相應(yīng)的措施予以排除，把溫度降下來，如果是變壓器內(nèi)部故障引起的，應(yīng)停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。 (3) 音響中夾有爆炸聲，既大又不均勻時(shí)，可能是變壓器的器身絕緣有擊穿現(xiàn)象。 如果是由于工作人員失誤或者操作器誤動(dòng)作或外部故障， 而非內(nèi)部故障， 則可越過內(nèi)部檢查步驟，直接投入送電；如果屬于差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯保護(hù)或電流速斷保護(hù)等主保護(hù)動(dòng)作，且發(fā)生故障時(shí)有沖擊現(xiàn)象，就需對(duì)變壓器及其系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，并且停電進(jìn)行絕緣測(cè)量。這就要求經(jīng)常檢查油位計(jì)，保證變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)判斷故障有價(jià)值的氣體有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫氣、一氧化碳、二氧化碳，氣體不同，引起故障的原因不同。油溫過高的原因主要有：冷卻裝置運(yùn)行不正常、內(nèi)部緊固螺絲接頭松動(dòng)、內(nèi)部短路放電 以及變壓器過負(fù)荷運(yùn)行等。對(duì)于因鑄造產(chǎn)生的砂眼、氣孔和焊縫、焊點(diǎn)處出現(xiàn)的虛焊、脫焊、裂紋造成的平面接縫處滲油，如果滲漏點(diǎn)較小，可以直接對(duì)其進(jìn)行焊接； 漏點(diǎn)較大時(shí)，應(yīng)先填充石棉繩或金屬填料， 在四周堆焊，再采用小焊條大電流快速引弧補(bǔ)焊。 105Pa 壓強(qiáng)下沒有形變，并且對(duì) 160 ℃溫度下環(huán)氧樹脂中的化學(xué)和物理變化不敏感，其目標(biāo)是連續(xù)測(cè)量范圍從 20~ 160 ℃，測(cè)量精度小于 1 ℃。以目前的研究成果來看，分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫誤差一般為幾個(gè)攝氏度，定位誤差為一米左右，在電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用于電纜的分布溫度監(jiān)測(cè)中。在繞組靠近導(dǎo)線部分埋設(shè)光纖傳感器來測(cè)溫，溫度傳感器采用的是一種穩(wěn)定的耐高溫的熒光材料， LED 光源發(fā)出的光脈沖通過光纖送到與繞組接觸的溫度傳感器，該脈沖激勵(lì)傳感器的熒光材料，使其產(chǎn)生波長較長的熒光，根據(jù)返回?zé)晒獾乃p時(shí)間測(cè)出該傳感器的溫度（需進(jìn)行溫度矯正）。 國外對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究，始于 60 年代，但直到 70~80 年代，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。所以，變壓器溫度在線監(jiān)測(cè)對(duì)保證安全和延長設(shè)備壽命都有重要意義。熱點(diǎn)溫度如超過允許限值，不僅會(huì)影響變壓器使用壽命，還將對(duì)變壓器安全運(yùn)行造成威脅。變壓器本身也是電力系統(tǒng)中最昂貴設(shè)備之一，單以其本身價(jià)格計(jì)算，進(jìn)口的 250 MVA/500 kV 變壓器平均約 133 萬美元 /臺(tái)，國產(chǎn)同規(guī)格的也可達(dá)到 1000 萬元 /臺(tái) 。截至 20xx 年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量已超過 5 億千瓦，預(yù)計(jì)到 2020 年我國人均裝機(jī)容量將達(dá)到 千瓦，總裝機(jī)容量也將超 過 10 億千瓦。136 參考文獻(xiàn)（ References） 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Will eventually be a plex system is deposed into relatively simple, is advantageous to the we use part of the hardware and software implementation. Second, clear the principles of system implemented on the basis of the system of optical fiber part such as sampling and the software behind the operation, according to the design pleted test rig, is researched. Keyword: Winding hot spot temperature。如果變壓器運(yùn)行時(shí)的繞組最熱點(diǎn)溫度過低，則變壓器的能力就沒有得到充分利用，減低了經(jīng)濟(jì)效益，而熱點(diǎn)溫度過高，不僅會(huì)影響變壓器使用壽命，還將對(duì)變壓器安全運(yùn)行造成威脅。首先，深入細(xì)致地分析研究了分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的原理；分析目前世界上光纖測(cè)溫的先進(jìn)技術(shù)以及科研成果，采用基于拉曼散射的反斯托克斯和斯托克斯光的光強(qiáng)比較技術(shù)，從空間和溫度分辨率入手，結(jié)合實(shí)際情況制定本系統(tǒng)的可行方法。Distributed optical fiber sensor。 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 錯(cuò)誤 !未定義書簽。電力變壓器是電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵模菄窠?jīng)濟(jì)各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路。變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障，它對(duì)變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命具有嚴(yán)重威脅。也就是說，在變壓器運(yùn)行時(shí)，在鐵心、繞組和鋼結(jié)構(gòu)件中均要產(chǎn)生損耗，這些損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃堪l(fā)散到周圍介質(zhì)中去，從而引起變壓器發(fā)熱和溫度升高。過去一般采用間接的模擬測(cè)量方法，準(zhǔn)確性差，而且不及時(shí)。 國外已嘗試?yán)冒雽?dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)大型電力設(shè)備的溫度狀況進(jìn)行檢測(cè)，而且取得了較好的效果。 上述兩種測(cè)溫系 統(tǒng)原理簡單，對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)比較容易實(shí)現(xiàn)，均為單點(diǎn)式測(cè)量，但是由于其原理上的限制，不能進(jìn)行光路復(fù)用，如果要測(cè)量多個(gè)不同位置，則每個(gè)位置都需要引出光纖。光纖光柵是 20 世紀(jì) 90 年代 發(fā)展起來的一種新型全光纖無源器件。每個(gè)傳感器的長度為幾厘米，直徑為幾毫米，傳感器之間采用自然連接，耦合器連接或者熔接均可，并且傳感器間距可以從一厘米到幾百米，易于安裝維護(hù)與系統(tǒng)拓展，但是它的不足之處主要是對(duì)波長移位的檢測(cè)需要較復(fù)雜的技術(shù)和較昂貴的儀器。因此， 在購買或檢修更換密封膠墊時(shí)，應(yīng)選擇耐油性、耐高溫、抗老化能力強(qiáng)的密封墊， 如丁腈橡膠、氟橡膠等。 ( 3) 變壓器油質(zhì)異常 新投入運(yùn)行的變壓器， 其油質(zhì)應(yīng)為淺黃色，運(yùn)行一段時(shí)間后， 逐漸變成淺紅色。 因此，在裝油時(shí)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁剡x擇注油的合適高度。 變壓器帶電部分對(duì)地短路的主要原因是變壓器長期過負(fù)荷運(yùn)行， 絕緣老化， 變壓器油變質(zhì)、內(nèi)部絕緣有缺陷而使局部放電逐步加大， 熱穩(wěn)定失衡或局部電擊穿等。 異常響聲 (1) 音響 較大而嘈雜時(shí)，可能是變壓器鐵芯的問題。如果是套管的問題，在氣候惡劣或夜間時(shí)，還可見到電暈輝光或藍(lán)色、紫色的小火花，此時(shí)，應(yīng)清理套管表面的臟污，再涂上硅油或硅脂等涂料。 (2) 斷線產(chǎn)生電?。壕€組導(dǎo)線焊接不良、引線連接松動(dòng)等因素在大電流沖擊下可能造成斷線，斷點(diǎn)處產(chǎn)生高溫電弧使油氣化促使內(nèi)部壓力增高。 第三章 電力變壓器的故障檢測(cè)方法和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體功能 電力變壓器故障從發(fā)展過程上可分為兩大類：即突發(fā)性故障和潛伏性故障。 光測(cè)法 光測(cè)法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)。但對(duì)于三相變壓器而言，該測(cè)試系統(tǒng)得