【正文】 而影響絕緣能力的最主要因素是變壓器運(yùn)行時(shí)的繞組溫度。其次對(duì)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(jiǎn)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 本論文的主要內(nèi)容 各節(jié)點(diǎn)一級(jí)題序及標(biāo)題小 3 號(hào)黑體 錯(cuò)誤 !未定義書簽。如果一臺(tái)大型電力變壓器在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)發(fā)生事故，則可能導(dǎo)致大面積停電，其檢修期一般要半年以上，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。長(zhǎng)期研究表明，大型電力變壓器的運(yùn)行可靠性在很大程度取決于其絕緣狀態(tài)。隨著繞組及鐵心溫度的升 高，它們與周圍的變壓器油通過(guò)散熱器將熱量傳遞給外部冷卻介質(zhì)。因此，準(zhǔn)確測(cè)量油溫 (尤其是其熱點(diǎn)溫度 )就顯得十分重要。國(guó)內(nèi)有學(xué)者用砷化鎵半導(dǎo)體晶片做敏感元件，用發(fā)光二極管做光源，光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換元件，構(gòu)成了半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器并對(duì)其進(jìn)行了研究。對(duì)于變壓器內(nèi)部溫度的分布測(cè)量需要采用多個(gè)傳感頭，引出多條光纖通道，因此其應(yīng)用會(huì)受到一定限制。當(dāng)外界的被測(cè)量溫度、應(yīng)力等改變時(shí)都會(huì)導(dǎo)致反射光的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化。 論文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與原有 電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合 自己的體會(huì)。如果密封墊壓緊面上有異物， 接觸面糙、偏斜都會(huì)出現(xiàn)滲漏。 如果變壓器油色發(fā)黑，說(shuō)明油質(zhì)變壞。 如果變壓器油位低于變壓器的上蓋則可能導(dǎo)致瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作， 嚴(yán)重時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致變壓器線圈或引線油面露出，引發(fā) 絕緣擊穿事故。 由于大氣過(guò)電壓或操作過(guò)電壓，使繞組匝間或相間絕緣被擊穿而發(fā)生短路； 如果線圈繞得不緊， 線匝間絕緣在負(fù)載激烈變化時(shí)， 絕緣紙摩擦破損反復(fù)重合閘， 也會(huì)造成匝間短路； 變壓器油面過(guò)低或散熱受限， 致使繞組溫度過(guò)高而損壞絕緣造成整體短路等， 都會(huì)使變壓器發(fā)生短路故障。例如，夾件或壓緊鐵芯的螺釘松動(dòng)時(shí)，儀表的指示一般正常，絕緣油的顏色、溫度與油位也無(wú)大變化，這時(shí)應(yīng)停止變壓器的運(yùn)行，進(jìn)行檢查。此時(shí)，要停下變壓器，檢查鐵芯接地與各帶電部位對(duì)地的距離是否符合要求。 (3) 調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)故障：配電變壓器高壓繞組的調(diào)壓段線圈是經(jīng) 分接開(kāi)關(guān)連接在一起的，分接開(kāi)關(guān)觸頭串接在高壓繞組回路中，和繞組一起通過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，如分接開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭發(fā)熱，跳火起弧，使調(diào)壓段線圈短路。突發(fā)性故障發(fā)展過(guò)程很快，瞬間就會(huì)造成嚴(yán)重后果。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長(zhǎng)不同，光電轉(zhuǎn)換后，通過(guò)檢測(cè)光電流的特征可以實(shí)現(xiàn)局放的識(shí)別。隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展，該方法在局放在線監(jiān)測(cè)中已有較廣泛的應(yīng)用，尤其是在發(fā)電 機(jī)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。 超聲波監(jiān)測(cè)法 局部放電所伴隨的爆裂狀的聲發(fā)射，會(huì)產(chǎn)生超聲波并以球面波的形式快速向四面八方傳播。所以該方法存在受環(huán)境噪聲、電磁干擾等問(wèn)題和本身衰減等因素影響，所以運(yùn)用該方法 的精度往往不夠，時(shí)有誤測(cè)漏測(cè)。故障點(diǎn)溫度較低時(shí)， 甲烷占的比例大。 超聲一光纖監(jiān)測(cè)法 光纖傳感器利用光線本身或外部敏感元件將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成光強(qiáng)信號(hào)的變化，再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行受溫度、局部放電、雜質(zhì)等多種因素的影響， 絕緣介質(zhì)會(huì)發(fā)生老化， 使絕緣性能下降，影響到變壓器運(yùn)行的可靠性。其次，由于脫氣速度慢，所以檢測(cè)周期較長(zhǎng)不能做到理想的“即時(shí)在線”監(jiān)測(cè)的任務(wù)；而且因?yàn)樯V儀設(shè)備復(fù)雜，檢測(cè)過(guò)程會(huì)消耗樣氣和載氣，長(zhǎng)期使用過(guò)程中色譜柱和傳感器的性能會(huì)逐漸老化，為保證準(zhǔn)確度，需要定期用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，需要大量的系統(tǒng)維護(hù)工作。隨著故障點(diǎn)溫度的升高 , CH4 所占的比例逐漸減少 , 而 C2H4 和 C2H2 所占的比例逐漸增加 , 嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)將產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的 C2H2, 當(dāng)達(dá)到電弧弧道溫度時(shí) , C2H2 將 成為主要成分 , 因此可用表 2 所列的方法判斷故障性質(zhì) , 其中特征氣體注意值 : H2 0. 15%。變壓器運(yùn)行時(shí)，其繞組和鐵芯的電能損耗都能轉(zhuǎn)化為熱能。任何物體受熱后都有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量 就越多。 獨(dú)立式電阻傳感器的結(jié)構(gòu)：由熱電阻、絕緣套管、保護(hù)套管、接線盒及接線盒蓋組成。 （二） 壓力式溫控器測(cè)溫 壓力式溫控器的結(jié)構(gòu)及原理：主要有彈性 元件（波紋管和彈簧管）、毛細(xì)管和溫包組成，三部分所構(gòu)成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充填感溫介質(zhì)，當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，溫包內(nèi)的感溫介質(zhì)所產(chǎn)生的壓力隨之改變。 隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，變壓器溫度測(cè)量不僅要有本體溫度的指示，還要有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到數(shù)百米遠(yuǎn)的控制室里在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。幾種典型的油中溶解氣體，如 H CO、 CH C2H C2H4和 C2H2，常被用作分析的特征氣體。 紅外測(cè)溫技術(shù)。目前已開(kāi)發(fā)出一種用于大型變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)的新技術(shù)， 即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測(cè)量繞組的實(shí)時(shí)溫度，從而改進(jìn)變壓器的預(yù)測(cè)建模技術(shù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組溫度狀態(tài)的目的。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)。光纖傳感器的傳感頭，重量小于 1 公斤。 當(dāng)窄帶光脈沖被注入到光纖中時(shí)，通過(guò)測(cè)后向散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的關(guān)系來(lái)檢查光纖的連續(xù)性并測(cè)出其衰減。信號(hào)包括脈沖沿光纖向前傳輸過(guò)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(duì)單模光纖和梯度多模光纖均適合。但是它也約只是入射光的 45dB。對(duì)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。 自發(fā)拉曼散射 自發(fā)拉曼散射簡(jiǎn)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。整數(shù)倍的旁頻。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(duì)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。 受激拉曼散射的實(shí)質(zhì)是非線性效應(yīng)的一種。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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)度 —— 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的拉曼功率增益系數(shù) h—— 普朗克常數(shù)。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(wú)明顯的方向性； (2)受激拉曼散射光的功率很強(qiáng)。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(duì)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(wú)關(guān)。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(jí)，由經(jīng)典理論不能解釋這一現(xiàn)象。在頻移波數(shù)與入射光波長(zhǎng)無(wú)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) )。 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。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。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。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。 另外，光纖光柵傳感器相對(duì)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(lái)測(cè)量繞組溫度，這樣不但保證測(cè)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(wèn)題，同時(shí) 提高靈敏度和測(cè)量精度。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(jiǎn)單。大部分電廠和變電站采用的基于電信號(hào)傳感器的測(cè)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(cè)量效果不是很理想。當(dāng)變壓器引線接觸不良、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等情況時(shí)都會(huì)引起導(dǎo)電回路局部過(guò)熱，鐵芯多點(diǎn)接地也會(huì)引起鐵芯過(guò)熱。 局部放電在線監(jiān)測(cè)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。 同時(shí)壓力的變化經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)迫使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出信號(hào)。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)。 而在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)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。下面著重闡述獨(dú)立式電阻傳感器測(cè)溫和壓力式溫控器測(cè)溫及運(yùn)行中常見(jiàn)故障。 總烴 ( CH4+ C2H4+ C2H6+C2H2) 0. 15%。光譜法可測(cè)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(shì)是安裝方便，維護(hù)工作量少，但仍需要現(xiàn)場(chǎng)脫氣和定時(shí)檢測(cè)且有靈敏度不高等缺點(diǎn)?？梢圆捎脺y(cè)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(duì)絕緣套管介質(zhì)損耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)。功能型光纖傳感器一般采用單模光纖，光纖同時(shí)起傳輸和傳感作用，即光纖本身即是敏感元件。當(dāng)嚴(yán)重過(guò)熱 ( 800e ) 時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔， 但其含量不超過(guò)乙烯量的 10%。變壓器油和固體絕緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生一些特征氣體。這種局部 放電的監(jiān)測(cè)方法就稱之為超聲波檢測(cè)法。脈沖電流法中將試品看作一個(gè)集中參數(shù)的對(duì)地電容，發(fā)生一次局放時(shí)， 試品電容兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化，通過(guò)耦合電容在檢測(cè)阻抗中產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流；而 UHF 法中傳感器并非起電容耦合的作用， 而是接收超高頻信號(hào)的天線。盡管如此， 光纖技術(shù)作為超聲技術(shù)的輔助手段應(yīng)用于局放檢測(cè)，將光纖伸入到變壓器油中， 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)， 超聲波在油中傳播，這種機(jī)械力波擠壓光纖，引起光纖變形，導(dǎo)致光纖折射率和光纖長(zhǎng)度發(fā)生變化，從而光波被調(diào)制，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測(cè)量出超聲波，實(shí)現(xiàn)放電定位。突發(fā)性故障具有偶然性， 且沒(méi)有一個(gè)供運(yùn)行人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析和維護(hù)的過(guò)程，只能通過(guò)避雷器、繼電保護(hù)、高頻保護(hù)等手段， 使突發(fā)性故障被限制在最小的范圍之內(nèi)。變壓器套管因外力沖撞或機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力而破損也是引起閃絡(luò)的因素。 溫度異常 變壓器在負(fù)荷和散熱條件、環(huán)境溫度都不變的情況下，較原來(lái)同條件時(shí)的溫度高，并有不斷升高的趨勢(shì)，也是變壓器溫度異常升高，與超極限溫度升高同樣是變壓器故障象征。分接開(kāi)關(guān)的接觸不良而局部點(diǎn)有嚴(yán)重過(guò)熱或變壓器匝間短路，都會(huì)發(fā)出這種聲音。 防止這種現(xiàn)象發(fā)生就要做到規(guī)范設(shè)計(jì)，重視線圈制造的軸向壓緊工藝； 對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)；加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，使用可靠的短路保護(hù)系統(tǒng)，如采用差動(dòng)保護(hù)和變壓器本身的重瓦斯動(dòng)作來(lái)保護(hù)。如果油位過(guò)高，則易引起溢油。為防止繞組與外殼間或線圈繞組間發(fā)生擊穿，應(yīng)立即取樣進(jìn)行化驗(yàn) 分析，