【正文】 而影響絕緣能力的最主要因素是變壓器運行時的繞組溫度。其次對系統(tǒng)的每一部分都以物理公式的推導為基礎，以變使系統(tǒng)各部分的構建達到最優(yōu)化；最終將復雜的系統(tǒng)分解為較為簡單的、有利于 我們用軟硬件實現(xiàn)的部分。 Single chip microputer 目錄 摘要 本論文的主要內容 各節(jié)點一級題序及標題小 3 號黑體 錯誤 !未定義書簽。如果一臺大型電力變壓器在系統(tǒng)中運行時發(fā)生事故，則可能導致大面積停電，其檢修期一般要半年以上，造成巨大的經(jīng)濟損失。長期研究表明，大型電力變壓器的運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散熱器將熱量傳遞給外部冷卻介質。因此，準確測量油溫 (尤其是其熱點溫度 )就顯得十分重要。國內有學者用砷化鎵半導體晶片做敏感元件，用發(fā)光二極管做光源，光電二極管作為光電轉換元件，構成了半導體吸收式光纖溫度傳感器并對其進行了研究。對于變壓器內部溫度的分布測量需要采用多個傳感頭，引出多條光纖通道，因此其應用會受到一定限制。當外界的被測量溫度、應力等改變時都會導致反射光的中心波長發(fā)生變化。 論文的主要內容和結構安排 根據(jù)行業(yè)標準與原有 電力變壓器在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 運行經(jīng)驗，并結合 自己的體會。如果密封墊壓緊面上有異物， 接觸面糙、偏斜都會出現(xiàn)滲漏。 如果變壓器油色發(fā)黑，說明油質變壞。 如果變壓器油位低于變壓器的上蓋則可能導致瓦斯保護誤動作， 嚴重時， 會導致變壓器線圈或引線油面露出，引發(fā) 絕緣擊穿事故。 由于大氣過電壓或操作過電壓，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， 線匝間絕緣在負載激烈變化時， 絕緣紙摩擦破損反復重合閘， 也會造成匝間短路； 變壓器油面過低或散熱受限， 致使繞組溫度過高而損壞絕緣造成整體短路等， 都會使變壓器發(fā)生短路故障。例如，夾件或壓緊鐵芯的螺釘松動時，儀表的指示一般正常，絕緣油的顏色、溫度與油位也無大變化，這時應停止變壓器的運行，進行檢查。此時，要停下變壓器，檢查鐵芯接地與各帶電部位對地的距離是否符合要求。 (3) 調壓分接開關故障：配電變壓器高壓繞組的調壓段線圈是經(jīng) 分接開關連接在一起的，分接開關觸頭串接在高壓繞組回路中，和繞組一起通過負荷電流和短路電流，如分接開關動靜觸頭發(fā)熱，跳火起弧，使調壓段線圈短路。突發(fā)性故障發(fā)展過程很快，瞬間就會造成嚴重后果。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長不同，光電轉換后，通過檢測光電流的特征可以實現(xiàn)局放的識別。隨著數(shù)字濾波技術的發(fā)展，該方法在局放在線監(jiān)測中已有較廣泛的應用，尤其是在發(fā)電 機在線監(jiān)測領域。 超聲波監(jiān)測法 局部放電所伴隨的爆裂狀的聲發(fā)射，會產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、電磁干擾等問題和本身衰減等因素影響，所以運用該方法 的精度往往不夠，時有誤測漏測。故障點溫度較低時， 甲烷占的比例大。 超聲一光纖監(jiān)測法 光纖傳感器利用光線本身或外部敏感元件將聲信號轉變成光強信號的變化，再轉變成電信號。由于長時間的運行受溫度、局部放電、雜質等多種因素的影響， 絕緣介質會發(fā)生老化， 使絕緣性能下降，影響到變壓器運行的可靠性。其次，由于脫氣速度慢，所以檢測周期較長不能做到理想的“即時在線”監(jiān)測的任務；而且因為色譜儀設備復雜，檢測過程會消耗樣氣和載氣，長期使用過程中色譜柱和傳感器的性能會逐漸老化，為保證準確度，需要定期用標準氣體對監(jiān)測裝置進行校準，需要大量的系統(tǒng)維護工作。隨著故障點溫度的升高 , CH4 所占的比例逐漸減少 , 而 C2H4 和 C2H2 所占的比例逐漸增加 , 嚴重過熱時將產生適當數(shù)量的 C2H2, 當達到電弧弧道溫度時 , 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 , 其中特征氣體注意值 : H2 0. 15%。變壓器運行時，其繞組和鐵芯的電能損耗都能轉化為熱能。任何物體受熱后都有一部分的熱能轉變?yōu)檩椛淠?，溫度越高，則發(fā)射到周圍空間的能量 就越多。 獨立式電阻傳感器的結構：由熱電阻、絕緣套管、保護套管、接線盒及接線盒蓋組成。 （二） 壓力式溫控器測溫 壓力式溫控器的結構及原理：主要有彈性 元件（波紋管和彈簧管）、毛細管和溫包組成，三部分所構成的密閉系統(tǒng)內充填感溫介質，當被測溫度變化時，溫包內的感溫介質所產生的壓力隨之改變。 隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)的廣泛應用，變壓器溫度測量不僅要有本體溫度的指示，還要有數(shù)據(jù)遠傳到數(shù)百米遠的控制室里在計算機上顯示出來。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。 紅外測溫技術。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， 即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測量繞組的實時溫度，從而改進變壓器的預測建模技術，并達到實時監(jiān)測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。光纖傳感器的傳感頭，重量小于 1 公斤。 當窄帶光脈沖被注入到光纖中時，通過測后向散射光強隨時間變化的關系來檢查光纖的連續(xù)性并測出其衰減。信號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。但是它也約只是入射光的 45dB。對后面在分布光纖溫度傳感器信號處理系統(tǒng)中的研究作了理論上的鋪墊。 自發(fā)拉曼散射 自發(fā)拉曼散射簡介 在 1923 年， A． Smekal 從理論上預言：當頻率一定的單色光入射到介質以后， 除了產生光的反射和折射外，還會產生散射現(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—— 絕對溫度 E—— 運動能量 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。 受激拉曼散射的實質是非線性效應的一種。以受激斯托克斯光為例，當激光在光纖中傳輸時，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 —— 實驗測得的拉曼功率增益系數(shù) h—— 普朗克常數(shù)。當受激拉曼散射產生時，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。取上述二式之比，有 （ 4— 15） 式中 —— 反斯托克斯與斯托克斯光強之比 —— 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）得到的結論是：自發(fā)拉曼散射中反斯托克斯與斯托克斯光強之比僅是介質所處溫度的函數(shù)，而與注入光源的光功率等其它條件無關。而且從分析可以知道斯托克斯散射強度和反斯托克斯散射強度大體相當，這與受激拉曼現(xiàn)象相一致，但試驗表明自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯散射比斯托克斯要弱幾個數(shù)量級，由經(jīng)典理論不能解釋這一現(xiàn)象。在頻移波數(shù)與入射光波長無關而與組成光纖的二氧化硅結構和運動狀態(tài)有關的十分微弱的拉曼 (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 直接影響著信號的大小，局部光纖總損耗系數(shù) 間接地影響著信號的大小。當激光脈沖在光纖中傳輸時，由于光纖中存在折射率的微觀不均勻性，會產生散射。 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、可應用在惡劣的環(huán)境中、可實現(xiàn)傳輸?shù)蛽p耗的分布式傳感網(wǎng)絡的優(yōu)點，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，還可以解決埋設傳感器技術復雜、價格昂貴的問題，同時 提高靈敏度和測量精度。光纖傳感器所用材料主要是石英光纖自身就是絕緣體，結構簡單。大部分電廠和變電站采用的基于電信號傳感器的測溫系統(tǒng)，如電阻溫度計，熱電偶等，這類電信號的傳感器易受電磁干擾，測量效果不是很理想。當變壓器引線接觸不良、過負荷運行等情況時都會引起導電回路局部過熱，鐵芯多點接地也會引起鐵芯過熱。 局部放電在線監(jiān)測技術。 變壓器冷卻系統(tǒng)的溫度控制及運行溫度 變壓器冷卻系統(tǒng)控制邏輯有 “手動 ”和 “自動 ”兩種方式， “自動 ”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扇電機和油泵電機的控制。 同時壓力的變化經(jīng)機械傳動迫使微動開關動作，輸出信號。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)。 而在溫度測量中主要是可見光和紅外光，因為此類 能量被接收以后，多轉換為熱能，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。下面著重闡述獨立式電阻傳感器測溫和壓力式溫控器測溫及運行中常見故障。 總烴 ( CH4+ C2H4+ C2H6+C2H2) 0. 15%。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，維護工作量少，但仍需要現(xiàn)場脫氣和定時檢測且有靈敏度不高等缺點?？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，對絕緣套管介質損耗進行監(jiān)測。功能型光纖傳感器一般采用單模光纖，光纖同時起傳輸和傳感作用，即光纖本身即是敏感元件。當嚴重過熱 ( 800e ) 時，也會產生少量乙炔， 但其含量不超過乙烯量的 10%。變壓器油和固體絕緣材料在電或熱的作用下分解產生一些特征氣體。這種局部 放電的監(jiān)測方法就稱之為超聲波檢測法。脈沖電流法中將試品看作一個集中參數(shù)的對地電容，發(fā)生一次局放時， 試品電容兩端產生一個瞬時的電壓變化，通過耦合電容在檢測阻抗中產生一個脈沖電流；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的天線。盡管如此， 光纖技術作為超聲技術的輔助手段應用于局放檢測，將光纖伸入到變壓器油中， 當變壓器內部發(fā)生局放時， 超聲波在油中傳播，這種機械力波擠壓光纖，引起光纖變形，導致光纖折射率和光纖長度發(fā)生變化，從而光波被調制，通過適當?shù)慕庹{器即可測量出超聲波，實現(xiàn)放電定位。突發(fā)性故障具有偶然性， 且沒有一個供運行人員進行監(jiān)測分析和維護的過程，只能通過避雷器、繼電保護、高頻保護等手段， 使突發(fā)性故障被限制在最小的范圍之內。變壓器套管因外力沖撞或機械應力、熱應力而破損也是引起閃絡的因素。 溫度異常 變壓器在負荷和散熱條件、環(huán)境溫度都不變的情況下，較原來同條件時的溫度高，并有不斷升高的趨勢，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。分接開關的接觸不良而局部點有嚴重過熱或變壓器匝間短路，都會發(fā)出這種聲音。 防止這種現(xiàn)象發(fā)生就要做到規(guī)范設計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝； 對變壓器進行短路試驗；加強運行維護，使用可靠的短路保護系統(tǒng)，如采用差動保護和變壓器本身的重瓦斯動作來保護。如果油位過高，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，應立即取樣進行化驗 分析，