【正文】 其次對系統(tǒng)的每一部分都以物理公式的推導(dǎo)為基礎(chǔ)，以變使系統(tǒng)各部分的構(gòu)建達(dá)到最優(yōu)化；最終將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為較為簡單的、有利于 我們用軟硬件實(shí)現(xiàn)的部分。 Single chip microputer 目錄 摘要 錯誤 !未定義書簽。 頁眉、頁腳說明 150 附 錄 1 標(biāo)題 錯誤 !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)對大型電力設(shè)備的溫度狀況進(jìn)行檢測，而且取得了較好的效果。 上述兩種測溫系 統(tǒng)原理簡單，對微弱信號的檢測比較容易實(shí)現(xiàn)，均為單點(diǎn)式測量，但是由于其原理上的限制，不能進(jìn)行光路復(fù)用，如果要測量多個不同位置，則每個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波長移位的檢測需要較復(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方法和監(jiān)測系統(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。 光測法 光測法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。但對于三相變壓器而言，該測試系統(tǒng)得到的信號是三相局放量的總和，無法進(jìn)行分辨，信號容易受外界干擾。甚高頻法的主要優(yōu)點(diǎn)是對放電量的校準(zhǔn)比較可靠。 另外，因?yàn)槌暡▊鞲衅魍ǔｎl帶為 30～ 200 kHz。油中溶解氣體以 CH4 和 C2H4 為特征氣體，二者之和常占總烴的 80%以上。 將三比值法與磁回路過熱判據(jù)結(jié)合使用來判斷磁回路與導(dǎo)電回路的過熱性故障。電力變壓器的絕緣基本上可以分為二種：液體絕緣和固體絕緣。油色譜在線監(jiān)測雖然已經(jīng)很普遍地被 運(yùn)用，但也有許多缺點(diǎn)：首先，氣體傳感器對所監(jiān)測各種氣體均敏感，準(zhǔn)確度不高，目前國內(nèi)的產(chǎn)品準(zhǔn)確度都達(dá)不到 25%。 特征氣體法 故障點(diǎn)產(chǎn)生氣體的特征是隨故障類型、故障能量的級別以及所涉及的絕緣材料的不同而不同。 變壓器溫度監(jiān)測方法 變壓器是變電站重要設(shè)備之一。 （二） 非接觸式測量 非接觸測溫主要是利用光輻射來測量物體溫度。 傳感器：是指將感受到的物理量、化學(xué)量等信息，按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)男盘柕难b置。 獨(dú)立式電阻傳感器測溫常見的故障有 :熱電阻電阻絲之間短路或接地；熱電阻電阻絲斷開；保護(hù)套管內(nèi)有積水或污物，局部短路；電阻元件接線盒間引出導(dǎo)線斷路：連接導(dǎo)線接觸不良使電阻值增大 或有局部短路等。設(shè)定溫度指示分左、右兩個刻度盤，各自可獨(dú)立設(shè)定，實(shí)際溫度指示為圓弧 270分度，具有指示范圍大、指示清晰的特點(diǎn)。由于變壓器內(nèi)部不同的故障會產(chǎn)生不同的氣體，因此通過分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對百分比，就可達(dá)到對變壓器絕緣診斷的目的。通過對變壓器振動信號的監(jiān)測和分析，從而達(dá)到對變壓器狀態(tài)監(jiān)測的目的。繞組溫度指示器就是用于監(jiān)測變壓器繞組的溫度，給出越限報(bào)警，并在需要時(shí)啟動保護(hù)跳閘。光纖光柵傳感技術(shù)相比傳統(tǒng)的電信號傳感技術(shù)有無法比擬的優(yōu)勢，尤其是適于電力變壓器內(nèi)部的復(fù)雜電磁環(huán)境。 (4)體積小，重量輕。 1980 年羅杰斯首次提出了利用 OTDR 原理來實(shí)現(xiàn)對空間分布的溫度的測量。 系統(tǒng)的基本工作過程是將窄 的高強(qiáng)度光脈沖入射光纖后，測量該脈沖后向散射信號的時(shí)間函數(shù)。 光纖中最強(qiáng)的散射是 Rayleigh 散射。本節(jié)介紹了 Raman 散射，接著對傳感光纖中 Raman 散射進(jìn)行了理論分析。 由于在一般情況下絕大多數(shù)分子均處于基態(tài) (即 E1 能級 )，只有少數(shù)分子 才可能處于受激態(tài) (即 E2 能級，服從玻爾茲曼分布 )，故在自發(fā)拉曼散射中，發(fā)生低頻移拉曼散射 (斯托克斯散射 )的幾率要比發(fā)生高頻移拉曼散射 (反斯托克斯散射 )幾率高 倍。 設(shè)拉曼介質(zhì)由每單位體積Ⅳ個相互獨(dú)立的諧振子組成，對應(yīng)于各個分子，其運(yùn)動方程為 （ 4— 4） 式中 F(z， t)—— 外場作用力 X（ z,t)—— 分子相對于勢能最低點(diǎn)的偏離 、 m、 —— 分別為分子的振動頻率、質(zhì)量和阻尼系數(shù) 介質(zhì)分子極化率 是 x 的函數(shù)，可用級數(shù)表示 （ 4— 5） 取 n 階近似，則介 質(zhì)的介電常數(shù)為 （ 4— 6） 頻率為 ，電場 E(z， t)的靜電儲能密度為 （ 4— 7） 因而作用在每個分子上的力為 （ 4— 8） 上述分析表明，頻率為 的分子振動會引起介電常數(shù) 在 處出現(xiàn)調(diào)制，這導(dǎo)致對輻射場的調(diào)制，從而產(chǎn)生頻率偏移為珊。在拉曼散射過程中，斯托克斯光強(qiáng)度正比于處于基態(tài)的二氧化硅分子密度，反斯托克斯光強(qiáng)度正比于激發(fā)態(tài)的二氧化硅分子密度。 受激拉曼散射 在研究拉曼散射時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)照射到介質(zhì)上的光功率提高到一定值時(shí)，介質(zhì)的散射過程具有受激性質(zhì)，即出現(xiàn)受激拉曼散射。 假定單模的激光器在光纖始端 z=0 處注入單橫模的光纖中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出受激拉 曼散射具有不同于自發(fā)拉曼散射的明顯特點(diǎn)，表現(xiàn)在： (1)受激拉曼散射具有極好的方向性。 D． LLong 通過嚴(yán)密的理論推導(dǎo)得出反斯托克斯、斯托克斯散射光強(qiáng)分別為 （ 4— 13） （ 4— 14） 式中 與光纖所處環(huán)境溫度無關(guān)，取決于光纖結(jié)構(gòu)和物理特性、入射 光強(qiáng)等。 可以證明，在頻率為 的外場作用下，非線性介質(zhì)的簡諧振子，會出現(xiàn)新的頻率為 的極化強(qiáng)度分量，振蕩的極化強(qiáng)度將發(fā)生輻射，從而產(chǎn)生頻率為 的電磁波，即為各階斯 托克斯或反斯托克斯散射。 圖 拉曼散射示意圖 對于由二氧化硅分子組成的光纖，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在光纖的散射信號中，除了與入射光頻率相同的瑞利 (Rayleigh)散射外，還有一些其它頻率分量的散射。 拉曼散射的基本原理 在任何分子介質(zhì)中，自發(fā)拉曼散射將一小部分 (一般約為 )入射功率由一光束轉(zhuǎn)移到另一頻率下移的光束中，頻率下移量由介質(zhì)的振動模式?jīng)Q定，此過程稱為拉曼效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)和理論都發(fā)現(xiàn)玻璃 (它是組成光纖的主要成分 )的 Rayleigh 散射系數(shù)的溫度靈敏度極其微弱。 測量位置可由脈沖從入射端到該點(diǎn)，再由該點(diǎn)返回所用的時(shí)間討算出來。圖 以 OTDR 技術(shù)中最常見的應(yīng)用方式描述了其工作原理。 (5)適應(yīng)電力計(jì)量、保護(hù)的數(shù)字式、微機(jī)化、自動化及光通信等的發(fā)展潮流。 (1)絕緣性能好，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量。 第四章 分布式光纖光柵溫度傳感的理論基礎(chǔ) 分布式光纖光柵傳感器技術(shù)的優(yōu)勢 我國 60 年代就提出了不少電信號傳感器測量試驗(yàn)方法，早期的電氣設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場試用考驗(yàn)，出現(xiàn)長期運(yùn)行穩(wěn)定性較差，壽命短，維護(hù)工作量大等問題。紅外熱像技術(shù)是利用紅外探測器接受被測目標(biāo)的紅外輻射信號，經(jīng)放大處理 ，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號，然后通過電視屏或監(jiān)視器顯示紅外熱像圖。在檢測出各氣體成分及含量后，用特征 氣體法或比值法等方法判斷變壓器的內(nèi)部故障。壓力式溫控器及電接點(diǎn)僅完成本體溫度監(jiān)控功能，而遠(yuǎn)方微機(jī)監(jiān)測及越限報(bào)警等功能則需要加裝非電量 /電量轉(zhuǎn)換變送器后再進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，送到監(jiān)控 微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。壓力的變化通過毛細(xì)管道傳遞到儀表內(nèi)的彈性元件，使彈性元件產(chǎn)生位移，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)放大后，于標(biāo)度盤上指示出被測液體的溫度。 獨(dú)立式電阻傳感器測溫工作原理：采用熱電阻作為測溫元件，利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來進(jìn)行測量的。輻射能以波動形式表現(xiàn)出來，其波長的范圍極廣，從短波、 X 光、紫外光、可見光、紅外光一直到電磁波。為了有效地監(jiān)測變壓器溫度，防止變壓器的絕緣老化，延長變壓器的運(yùn)行壽命，必須采用更先進(jìn)、更可靠的監(jiān)測手段。 C2H2 5*10 4%。 紅外吸收光譜法 利用紅外光譜法還可以對變壓器油析出氣體的單一組分或混合物中各組分進(jìn)行定量分析，尤其是對于一些較難分離，并在紫外、可見光區(qū)找不到明顯 特征峰的樣品可方便、迅速地完成定量分析。 絕緣介質(zhì)老化往往反映在絕緣介質(zhì)在交變電場的使用下，其極化過程發(fā)生了改變，非彈性極化增強(qiáng) ,使極化過程中的有功損耗增加，使絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗率增大。 利用光纖傳輸光波的特性和外加光源以及光敏元件可以構(gòu)成兩種類型的光纖傳感器，即功能型光纖傳感器 和非功能型光纖傳感器。隨著熱點(diǎn)溫度的升高 ( 500e 以上 ) ，乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。 變壓器內(nèi)部局部過熱的檢測 局部過熱故障包括接點(diǎn)接觸不良、磁路故障、導(dǎo)體故障等。因此，一旦能設(shè)法截取到這種超聲波，就可以判斷是否有局部放電的發(fā)生，進(jìn)而可以對局部放電位置進(jìn)行定位。 超高頻檢測法 超高頻局放檢測通過檢測變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超高頻 (300～ 3 000 MHz) 電信號，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測和定位， UHF 法和脈沖電流法不同，脈沖電流法的頻率測量范圍一般不超過 1 MHz， UHF 法的頻率范圍為 300～ 3 000 MHz[3]。雖然在實(shí)驗(yàn)室中利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低， 在實(shí)際中并未直接使用。如雷擊、誤操作、負(fù)荷突變等。 套管閃絡(luò) 變壓器套管積垢，在大霧或小雨時(shí)造成污閃，使變壓器高壓側(cè)單相接地或相間短路。 (5) 音響中夾有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊或摩擦聲時(shí)，可能是變壓器某些部件因鐵芯振動而造成機(jī)械接觸，或者是因?yàn)殪o電放電引起的異常響聲，而各種測量表計(jì)指示和溫度均無反應(yīng)，這類響聲雖然異常，但對運(yùn)行無大危害，不必立即停止運(yùn)行，可在計(jì)劃檢修時(shí)予以排除 。 (2) 音響中夾有水的沸騰聲，發(fā)出 咕嚕咕嚕 的氣泡逸出聲，可能是繞組有較嚴(yán)重的故障，使其附近的零件嚴(yán)重發(fā)熱使油氣化。如果發(fā)生匝間短路， 就會使各相直流電阻表現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致電源側(cè)電流略有增大， 變壓器過熱， 油溫增高，甚至?xí)忻芭萋?. 匝間短路較輕時(shí)，可引起瓦斯保護(hù)動作；嚴(yán)重時(shí)，可能造成電源側(cè)過流保護(hù)或者差動保護(hù)動作。 引起油位過低的原因主要有：環(huán)境溫度過低、殼體滲油、變壓器放油后沒有及時(shí)補(bǔ)油等。 主要原因可能是由于變壓器在使用過程中，油溫經(jīng)常過熱、使用時(shí)間過長、運(yùn)行時(shí)侵入潮氣或漏進(jìn)雨水等。檢修時(shí)如發(fā)現(xiàn)異物， 應(yīng)先取出異物再壓緊。 本課題主要 研究以下內(nèi)容： 1． 總結(jié)電力變壓器的常見故障類型 2． 總結(jié)電力變壓器的故障檢測方法 4. 闡述了運(yùn)用光纖光柵傳感器技術(shù)的 優(yōu)勢； ，主要利用耦合模理論分析了均勻周期光纖布喇格光柵的傳輸特性，并研究了光纖布拉格光柵的溫度特性和應(yīng)變特性； 7. 分析了常用的分布式光纖光柵解調(diào)技術(shù)，并最終選用對強(qiáng)度波分復(fù)用解調(diào)法進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對溫度的在線監(jiān)測，設(shè)計(jì)了一種雙通道分布式光纖光柵溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。由于光纖光柵對被感測信息用波長編碼，而波長是一種絕對參量，它不會受到光源功率波動以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性。 要獲得一定跨度范圍的整個溫度信息，使用單點(diǎn)移動式或由多個單點(diǎn)組成的準(zhǔn)分布式傳感方式既浪費(fèi)資源又在布線上造成很大的困難，這時(shí)若使用分布式光纖溫度傳感器顯然是最有效的方法。這種傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低廉且便于制作，其主要缺點(diǎn)是這種技術(shù)對光強(qiáng)度的改變比較敏感，測量前需要對光強(qiáng)與溫度的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)