【正文】 ( 9) 在線監(jiān)測儲油柜的油位 , 通過安裝傳感器提供油滲漏信息； ( 10) 在線監(jiān)測冷卻裝置的功能及運(yùn)行情況。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。由于在線實時監(jiān)測系統(tǒng)確定繞組熱點具有很高的準(zhǔn)確性， 本研究介紹的變壓器在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器采集不同點的油溫，經(jīng)上位機(jī)智能系統(tǒng)的分析，實時監(jiān)測變壓器油的熱點溫度。這些類型的光纖傳感技術(shù)各有優(yōu)缺點，傳感器的形式也種類繁多，就目前來看用于電力變壓器內(nèi)部溫度測量的光纖傳感系統(tǒng)還不是太多。 利用半導(dǎo)體材料的光吸收與溫度的關(guān)系，可以制成半導(dǎo)體透射式和反射式光纖溫度傳感器。 國外已嘗試?yán)冒雽?dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器實現(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。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)定 。 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。這種溫度傳感器對變壓器繞組溫度監(jiān)測在上世紀(jì)八十年 代就有應(yīng)用，典型產(chǎn)品是美國 Luxtron 公司研制的 WTS11 型變壓器繞組溫度光纖熒光型監(jiān)測系統(tǒng)，能在 0~200 ℃范圍內(nèi)，達(dá)到 1 ℃的測溫分辨率，最快能每 10 s 測量一次，光纖長度帶探頭光纖最長可達(dá)到 10 m，能廣泛應(yīng)用在電力變壓器，負(fù)載的抽頭轉(zhuǎn)換開關(guān)，高壓開關(guān)柜母線溫度和母線開關(guān)的監(jiān)測場合。 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現(xiàn)，均為單點式測量，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。 要獲得一定跨度范圍的整個溫度信息，使用單點移動式或由多個單點組成的準(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，這時若使用分布式光纖溫度傳感器顯然是最有效的方法。目前研究最多，最有影響力的基于散射機(jī)理的分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)有基于光纖瑞利散射的光時域反射測量系統(tǒng)，基于光纖喇曼散射的光時域反射測量系統(tǒng)和基于光纖布里淵散射的光時域反射測量系統(tǒng)。對于變壓器內(nèi)部溫度的監(jiān)測其定位誤差顯然較大，若提高其定位的精度就又會降低其對溫度的分辨率，所以這種溫度監(jiān)測系統(tǒng)在變壓器內(nèi)部溫度的監(jiān)測應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。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。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。 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(jī)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 4179。而在國內(nèi)光纖光柵在高壓設(shè)備中的溫度檢測的應(yīng)用仍處于研發(fā)階段，缺乏國家權(quán)威標(biāo)準(zhǔn) , 制造工藝及質(zhì)量控制等方面都難以滿足市場及安裝要求，尚有許多關(guān)鍵技術(shù)和工藝問題需要進(jìn)一步研究和完善。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。 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)來實現(xiàn)對溫度的在線監(jiān)測，設(shè)計了一種雙通道分布式光纖光柵溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。 第二章 電力變壓器的常見故障類型及診斷 變壓器油故障原因及處理 ( 1) 變壓器滲油 變壓器質(zhì) 量問題造成滲油變壓器在制造過程中因鑄造、焊接質(zhì)量不合格，造成砂眼、氣孔、虛焊、脫焊等現(xiàn)象而使變壓器滲、漏油 . 這就需要加強(qiáng)出廠驗收，防止制造缺陷。對于拐角及加強(qiáng)筋連接處的滲油或者補(bǔ)焊后仍滲漏的， 則需要使用鐵板在兩面連接處將鐵板裁成紡錘狀再補(bǔ)焊。因此， 在購買或檢修更換密封膠墊時，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。檢修時如發(fā)現(xiàn)異物， 應(yīng)先取出異物再壓緊。 ( 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。 排除故障時， 首先要檢查冷卻裝置運(yùn)行是否正常， 變壓器是否過負(fù)荷。 ( 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)行一段時間后， 逐漸變成淺紅色。 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、使用時間過長、運(yùn)行時侵入潮氣或漏進(jìn)雨水等。正常老化過程中產(chǎn)生的氣體主要是 CO 和 CO2， 如果油質(zhì)異常，在電或熱的作用下會產(chǎn)生各種氣體。 ( 4) 變壓器油位異常 正常運(yùn)行時，變壓器油位應(yīng)在油位計的 1/ 3~1/ 4 處。 因此，在裝油時，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁剡x擇注油的合適高度。 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補(bǔ)油等。 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。 變壓器短路故障、原因及處理 變壓器短路故障主要有 : 變壓器出口短路， 變壓器內(nèi)部引線或繞組間對地短路、相間短路等。 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。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，可引起瓦斯保護(hù)動作；嚴(yán)重時，可能造成電源側(cè)過流保護(hù)或者差動保護(hù)動作。 變壓器自動跳閘故障及處理 當(dāng)變壓器各側(cè)斷路器自動跳閘后， 應(yīng)先將跳閘斷路器的控制開關(guān)操作至跳閘后的位 置， 并迅速投入備用變壓器， 調(diào)整運(yùn)行方式和負(fù)荷分配， 維持運(yùn)行系統(tǒng)及其設(shè)備處于正常狀態(tài)，然后進(jìn)行外部檢查，查明引起跳閘的原因。在沒有查清原因之前， 嚴(yán)禁將變壓器投入運(yùn)行。 異常響聲 (1) 音響 較大而嘈雜時，可能是變壓器鐵芯的問題。 (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。此時，應(yīng)立即停止變壓器運(yùn)行，進(jìn)行檢修。這時，應(yīng)將變壓器停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。如果是套管的問題，在氣候惡劣或夜間時，還可見到電暈輝光或藍(lán)色、紫色的小火花，此時，應(yīng)清理套管表面的臟污，再涂上硅油或硅脂等涂料。 (5) 音響中夾有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊或摩擦聲時，可能是變壓器某些部件因鐵芯振動而造成機(jī)械接觸，或者是因為靜電放電引起的異常響聲，而各種測量表計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，可在計劃檢修時予以排除 。 引起溫度異常升高的原因有： ①變壓器匝間、層間、股間短路； ②變壓器鐵芯局部短路； ③因漏磁或渦流引起油箱、箱蓋等發(fā)熱； ④長期過負(fù)荷運(yùn)行，事故過負(fù)荷； ⑤散熱條件惡化等。 噴油爆炸 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(hù)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(qiáng)度薄弱之處噴出形成事故。 (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，斷點處產(chǎn)生高溫電弧使油氣化促使內(nèi)部壓力增高。 套管閃絡(luò) 變壓器套管積垢，在大霧或小雨時造成污閃，使變壓器高壓側(cè)單相接地或相間短路。變壓器箱蓋上落異物，如大風(fēng)將樹枝吹落在箱蓋時引起套管放電或相間短路。因為，變壓器的內(nèi)部故障不僅是單一方面的直觀反映， 它涉及諸多因素，有時甚至?xí)霈F(xiàn)假象。 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。如雷擊、誤操作、負(fù)荷突變等。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。通常采用的超聲傳感器為壓電傳感器，為避開鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動噪聲，選用的頻率范圍為 70～ 150 kHz 。 光測法 光測法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。雖然在實驗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， 在實際中并未直接使用。 電脈沖法 電脈沖法又稱脈沖電流法，通過檢測阻 抗、變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線及繞組中由于局放引起的脈沖電流， 獲得視在放電量。 射頻檢測法 利用羅哥夫斯基線圈從電氣設(shè)備的中性點處測取信號，測量的信號頻率可達(dá)30 MHz，提高了局放的測量頻率。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。 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]。 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。由于甚高頻法會受到一些電暈干擾的影響，所以，現(xiàn)場應(yīng)用時不使用外置傳感器，而只采用內(nèi)置傳感器來獲取 PD信號。甚高頻法的主要優(yōu)點是對放電量的校準(zhǔn)比較可靠。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。 超聲波監(jiān)測 PD，首先要在變壓器箱壁上的不同位置安放多個超聲波傳感器。 超聲波監(jiān)測法有靈敏度高，能對局放源定位等優(yōu)點。 另外，因為超聲波傳感器通常頻帶為 30～ 200 kHz。 變壓器內(nèi)部局部過熱的檢測 局部過熱故障包括接點接觸不良、磁路故障、導(dǎo)體故障等。在不同的運(yùn)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。其中碳的氧化物 ( CO、 CO2) 成分最多，其次是氫和烴類氣體。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。隨著熱點溫度的升高 ( 500e 以上 ) ，乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。涉及固體絕緣的過熱性故障時， 除產(chǎn)生上述的低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生較多的 CO、CO2。因此，根據(jù)《電力系統(tǒng)預(yù)防性試驗規(guī)程》及導(dǎo)則，通過分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢、IEC 三比值法 來判斷變壓器是否存在內(nèi)部潛伏性故障及故障的性質(zhì)。 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。 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。該類傳感器利用光纖本身的傳輸特性（光強(qiáng)、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。這類光纖傳感器易實現(xiàn)，但是測量精度和靈敏度較低。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。 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。 變壓器油色譜在線監(jiān)測 在變壓器運(yùn)行中， 絕緣油和有機(jī)絕緣材料在放電和過熱作用下，會逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量低分子烴類氣體如氫氣（ H2）、甲烷（ CH4）、乙烯（ C2H4）、乙烷（ C2H6）、乙炔（ C2H2）及二氧化碳（ CO2）和一氧化碳（ CO）等特征氣體，并大量溶解在油中。因此，分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。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：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%。 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。 變壓器故障綜合檢測方法 羅杰斯比值法 羅杰斯比值法是利用 CH H C2H C2H6 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。從粗糙集理論的觀點 , 羅杰斯比值法的故障診斷表也是一張決策表。 特征氣體法