【正文】 （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。 受激拉曼散射在研究拉曼散射時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)照射到介質(zhì)上的光功率提高到一定值時，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。根據(jù)Smith理論，多模光纖的受激闕值應(yīng)根據(jù)模式特性計算，一般僅需對單模光纖為基礎(chǔ)計算的閾值加以一個積分因子修正，大多數(shù)多模光纖的修正因子為整數(shù)，故以式(430)計算出來的作為控制多模光纖產(chǎn)生受激散射的閾值功率更保險?？偤蜕鲜鰩c，我們最常用的即光電倍增管和雪崩光電二極管(APD)。雪崩二極管負(fù)載電阻的熱噪聲為：所以,崩二極管的總噪聲(即電流均方值)為:上式表明，雪崩二極管的噪聲與其加載的反向工作電壓有著很大的關(guān)系。考慮到雪崩二極管輸出信號的特點，采取普通芯片做成的放大電路可能會引起阻抗失配，從而削弱輸入的信號。由上式可以表明，加在APD上的反向電壓不斷增大的接近時，其雪崩增益M就會迅速增大。2)時間常數(shù)：即光電元件的反應(yīng)速度，當(dāng)有階躍信號輸入時。(3)當(dāng)時。設(shè)單位長度光纖的反斯托克斯光、斯托克斯光散射損耗(散射系數(shù))分別為和，則長度為的光纖上的反斯托克斯、斯托克斯散射光強之比仍滿足式(4—15)，即 （4—16）考慮到光在光纖中傳輸時存在著諸如光源功率不穩(wěn)、光纖的傳輸損耗、光纖彎曲造成的傳輸損耗增加等非溫度因素對反斯托克斯光強的影響，在分布式光纖溫度傳感器中，取式（4—15）反斯托克斯與斯托克斯光強的比值作溫度的傳感信號，而不是單純的取反斯托克斯光強作溫敏信號。 纖散射光譜圖微弱的自發(fā)拉曼散射現(xiàn)象用拉曼散射的經(jīng)典理論可定性的解釋為：光纖的成分是石英即二氧化硅分子，而二氧化硅分子是由硅和氧原子組成的，它們在分子內(nèi)部按一定的方式處于運動狀態(tài)，二氧化硅分子內(nèi)部粒子間的這種相對運動導(dǎo)致分子間感生電偶極距隨時間的周期性調(diào)制，從而對入射到光纖中的光產(chǎn)生散射作用；對于單色光入射，將使散射光的頻率相對于入射光而言發(fā)生一定的移動，頻率移動量的大小正好等于上述調(diào)制頻率。用OTDR技術(shù)可以確定光纖處的損耗、光纖故障點、斷點位置，對測量點定位，因此也可以稱為光纖雷達(dá)。散射是由光纖中非傳播的局域密度的不均勻和成分的不均勻所致，這種不均勻性是在拉纖階段，二氧化硅由熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟虘B(tài)的過程中形成的。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。當(dāng)變壓器引線接觸不良、過負(fù)荷運行等情況時都會引起導(dǎo)電回路局部過熱，鐵芯多點接地也會引起鐵芯過熱。 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(fēng)扇電機和油泵電機的控制。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)。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。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。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。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。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(chǎn)生一個瞬時的電壓變化，通過耦合電容在檢測阻抗中產(chǎn)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。突發(fā)性故障具有偶然性， 且沒有一個供運行人員進(jìn)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(nèi)。噴油爆炸的原因是變壓器內(nèi)部的故障短路電流和高溫電弧使變壓器油迅速老化，而繼電保護裝置又未能及時切斷電源，使故障較長時間持續(xù)存在，使箱體內(nèi)部壓力持續(xù)增長，高壓的油氣從防爆管或箱體其它強度薄弱之處噴出形成事故。(2)如果油溫發(fā)生變化時，起油標(biāo)的油位沒有跟隨變化，說明油位是假的， 其原因可能是由于油標(biāo)管堵塞、防爆管通氣孔堵塞、呼吸管堵塞等。( 2) 變壓器油溫異常變壓器正常工作時，上層油溫應(yīng)控制在85 e以下。由于光纖光柵與光纖之間存在固有的兼容性，容易實現(xiàn)波分復(fù)用和準(zhǔn)分布式傳感。因為光強度不僅與檢測的溫度有關(guān)，其還與光源強度的起伏、光纖微彎效應(yīng)引起的隨機起伏、耦合損耗、光探測器性能等因素有關(guān)，所以其受干擾的情況也比較嚴(yán)重。一般來講，由于產(chǎn)生的損耗不同，變壓器內(nèi)部各部分的溫度也不同，繞組最高，其次為鐵心和變壓器油。同時隨著特高壓項目的起動建設(shè)，對變壓器工作可靠性的要求更高。其次，在系統(tǒng)原理明確的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了該系統(tǒng)的光纖采樣及后面的軟件運算等部分，依據(jù)設(shè)計方案完成了試驗裝置，進(jìn)行了試驗研究。關(guān)鍵詞：繞組熱點溫度；光纖光柵；在線監(jiān)測；分布式光纖傳感器；單片機Power transformer online monitoring and diagnosisAbstractAlong with the rapid development of economy in our country, the level of power grid operation in our country are also constantly improve, power system of power transformer is one of the most important and most expensive equipment, its reliability is directly related to the power grid is safe, efficient and economic operation. Most of the end of the transformer life because it lost its insulating ability, is the most important factors which affect the ability of the insulation transformer winding temperature at runtime. If transformer winding at runtime the hot spot temperature is too low, the ability of the transformer is underutilized, reduced economic efficiency, and the hot spot temperature is too high, will not only affect the service life of the transformer, will also pose a threat to the safe operation of the transformer. Power transformer internal belong to high voltage and strong electromagnetic environment, for the transformer winding temperature monitoring, fiber Bragg grating sensing technology pared with the traditional electrical sensor technology has inparable advantages, particularly suitable for power transformer internal plex electromagnetic environment.Application of distributed fiber optic sensor system are studied in this paper, mainly including two aspects. First of all, analyzed deeply and in detail the principle of distributed optical fiber temperature sensor system。因為一旦特高壓電網(wǎng)的樞紐電力變壓器出現(xiàn)故障，其帶來的損失將是500 kV等超高壓變壓器的 3~4 倍甚至更高。從變壓器絕緣運行壽命看，一般認(rèn)為應(yīng)遵循六度法則：變壓器繞組年平均溫度為98攝氏度，每上升或降低6攝氏度，則變壓器壽命降低一半或延長一倍。 熒光光纖測溫技術(shù)也是近年來光纖測溫領(lǐng)域的一個研究熱點。 光纖光柵在高壓設(shè)備溫度檢測中的應(yīng)用也在研究中，如德國西門子公司正在將光纖光柵傳感器用于氣冷渦輪發(fā)電機定子的溫度監(jiān)測中，光纖光柵經(jīng)過特殊的封裝，以保證在真空和 4105Pa 壓強下沒有形變，并且對 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)測量范圍從 20~ 160 ℃，測量精度小于1 ℃。油溫過高的原因主要有：冷卻裝置運行不正常、內(nèi)部緊固螺絲接頭松動、內(nèi)部短路放電以及變壓器過負(fù)荷運行等。這就要求經(jīng)常檢查油位計，保證變壓器安全穩(wěn)定運行。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。(1)電力變壓器的潛伏性故障一般有三種：即變壓器內(nèi)部的局部放電、局部過熱和變壓器絕緣的老化。甚高頻法甚高頻法與UHF法類似，它檢測信號的頻率范圍在30～300 MHz。在不同的運行狀態(tài)下，外界對變壓器油的理化作用不同，產(chǎn)生的氣體的成分和含量也不相同。該類傳感器利用光纖本身的傳輸特性（光強、波長、相位和頻率等）受被測量物的作用而發(fā)生變化，即被調(diào)制，在輸出端通過合適的解調(diào)而測量被測量物，能測量作用于光纖的微弱信號。羅杰斯比值法羅杰斯比值法是利用CHHC2HC2H6和C2H4 等5種氣體間的4對比值來判斷變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的方法, 經(jīng)實踐表明, 具有所需油樣少、分析速度快的優(yōu)點, 是變壓器故障診斷的一個有效方法。 溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。在一定溫度范圍內(nèi)，電阻溫度關(guān)系是線性的。對于采用風(fēng)冷冷卻器（散熱器）的變壓器，變壓器上安裝兩塊溫度計，溫度指示一般使用壓立式溫度計，表計安裝在變壓器本體易于觀測的部位，一般規(guī)定當(dāng)變壓器頂層油溫達(dá)到75℃時報警，并將報警信號傳送到中控室。 頻率響應(yīng)分析法。分布式光纖光柵能在一根光纖上完成十個以上點的測溫。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時刻測量到的是離光纖入射端距離為L處局域的散射光。以后向Rayleigh散射為基礎(chǔ)的光學(xué)時域反射(OTDR)法能夠探測出光纖中模式耦合點的位置。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量級，反斯托克斯光入射光小約七個量級。式(415)是分布式光纖溫度傳感器的理論依據(jù)。按照Smith理論，定義在z=L時滿足這一條件的注入激光功率為閾值功率。3)線性度：這是我們非常追求的一個指標(biāo)，指探測器的輸出信號與輸入信號之間的一個線性關(guān)系，變化的程度和范圍。試驗表明，雪崩二極管的反向擊穿電壓與溫度有著直接的關(guān)系，溫度越低，擊穿電壓越低，反之，則擊穿電壓就會增大，所以，我們在應(yīng)用中，為了能達(dá)到不變的增益，就要進(jìn)行溫度補償，使其在不同的溫度下加載不同的偏置電壓。放大電路比較簡單，其主要芯片為高精度自穩(wěn)零斬波集成運算放。粒噪聲為 式中k為與雪崩二極管材料有關(guān)的系數(shù)；為反偏時的暗電流，為照射到APD上的光功率，B為帶寬。5)量子效率：表示一個轉(zhuǎn)換效率，即一定的光子能激發(fā)出多少電子來，一般量子效率越大越好。只要控制注入光纖的激光功率，使之不超過閩值功率，即可防止受激拉曼散射的產(chǎn)生。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：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，這也是實際應(yīng)用中取反斯托克斯光作溫敏信號而認(rèn)為斯托克斯光與溫度無關(guān)的原因。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。 拉曼散射原理光纖中的Raman散射理論是一個很復(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處理系統(tǒng)的設(shè)計也都起著非常重要的作用。如光纖有斷裂或接頭，那么與此相對應(yīng)的后向散射光信號將出現(xiàn)一個突變尖峰。光纖光柵可實現(xiàn)90% 以上的線性度以及0~300 攝氏度的充足測量范圍，這是傳統(tǒng)的電傳感器所無法比擬的。繞組機械位移會產(chǎn)生細(xì)微的電感或電容的改變，而頻率響應(yīng)法正是通過測量這種細(xì)微的改變來達(dá)到監(jiān)測變壓器繞組狀態(tài)的目的。 變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體功能　變壓器在線監(jiān)測的目的，就是通過對變壓器特征信號的采集和分析，判別出變壓器的狀態(tài)，以期檢測出變壓器的初期故障，并監(jiān)測故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢。這樣，只要測出電阻值的