特变电工股份有限公司新疆变压器厂新疆昌吉831100
摘要：本文介绍了利用光纤传感器监测变压器外壳故障的原理，提出了基于光纤传感器的套管故障实时在线监测管理系统的应用方案。
关键词：变压器；套管；光纤传感器；在线监测
引言
在变压器结构中，外壳是一个重要的组成部分，它将变压器内部的高压和低压引线引至油箱外部，充当接地绝缘和固定引线。一般要求套管除符合规定的电气强度和足够的机械强度外，还必须在运行中具有良好的热稳定性和密封性，并能承受短路过热的瞬间。变压器套管通常因各种原因导致失效，主要失效模式为局部放电，漏电，内部绝缘问题。一旦套管失效，就有可能造成大面积停电，严重影响整个电网的安全运行。因此，有必要监测和诊断变压器套管的状况。传统的变压器外壳通过离线检测进行监控。这样就很难在短时间内或无限期地发现故障，从而不可能及时发现故障，及时判断并及时修复故障。随着技术的发展，红外测温，油色谱分析，介电绝缘测试等一些在线监测方法也逐步引入到维护工作中。这些试点项目可以帮助人们及时了解套管的运行状况，并使维护或事故诊断更有针对性。上述检测技术取得了不同程度的成功，但也具有局限性，包括强电磁场干扰和环境噪声，气体传感器选择性差等。由于其体积小，灵敏度高，抗电磁干扰，复用能力强，可在恶劣环境下工作，更适合在复杂的电磁环境中工作。本文采用全光纤传感器监测变压器套管的实时状态，结合计算机技术，信息处理技术，设计一套完整的实时在线综合智能监测系统进行实时监测进行套管操作，诊断和预警，消除事故发生，尽量减少事故造成的损失。
1变电检修中使用在线监测技术的重要意义
在不断的检查和实践中，在线检测技术的合理性得到了验证，这种技术的推广，非常有利于变电站的维护工作。在线监测技术可称为一种非常新型的监测方法，目的是获取数据，然后分析数据带来的故障维修参考价值。我们都知道设备的性能与运行状况有关，设备故障的概率比较大。一般情况下，设备故障造成的损失是无法估算的，而在线监测技术可以很好地处理这个问题。在线监测技术是指对设备进行实时监测，如果设备发生故障，尽快找到。在线监测技术可以检测设备的绝缘参数和漏电流，并且可以使监测结果更接近实际情况，从而提高其真实性。另外，通过在线监测技术获取的监测数据可以非常真实地反应设备的工作情况，使得变电站的维护工作更具有定向性，目的也更加明确。
2监测变压器套管故障的光纤传感器技术
2.1套管温度监测—光纤光栅温度传感器
光纤布拉格光栅利用掺杂（锗，硼等）光纤的光敏性并且通过UV或其他写入技术沿光纤轴引起光纤芯中的周期性或非周期性的永久或折射率变化，从而在光纤内部产生空间相位套管核心光栅。套管光栅选择性地反射入射的宽带光。套管反射光的中心波长取决于光栅的条纹间距，这取决于光栅所在的环境温度。套管这样，通过检测光栅反射的光的波长变化，就可以知道光栅所在区域的温度变化。套管实际上，一个FBG传感器可以测试套管测量区域中某个点的温度，也可以使用WDM技术在一根光纤上与多个传感器或多个FBG传感器串联形成传感器阵列测试套管点温度。
2.2套管局放监测—光纤法布里-珀罗局放传感器
通过监测光纤传感器产生的PD可以实现PD监测。在本文中，我将介绍另一种光纤传感器套管-套管法布里套管-套管珀罗光纤传感器，它使用法布里套管-套管珀罗干涉腔（F-P干涉腔）进行PD监测。法布里套管-套管珀罗光纤传感器是典型的结构光纤传感器，其原理图如图3所示，具体原理是利用光纤入腔，腔侧是硅膜，光纤端面和硅膜构成FP腔。由于PD是一种超声波，这种超声波振动信号会在硅膜应用于硅膜时引起硅膜变形，从而使硅膜反射回光纤的光学相位发生一定程度的变化，相应的光照强度也会相应变化。通过分析光强度的分布，可以获得待测超声波强度的分布，并获得超声振动信号波形，即局部放电信号波形。
2.3变压器套管油析气体检测—光纤气体传感器
2.3.1光纤氢气传感器
光纤氢气传感器是利用金属钯（Pd）在低氢分压的氢气吸收机制下实现氢气的监测。套管具体的方法是在光纤的端面上沉积一层钯膜。套管当端面上具有钯膜的传感器暴露于氢气时，钯吸收氢，导致钯膜的折射率改变。套管折射率的变化与氢浓度有关。套管钯膜折射率的变化会改变反射光强度，通过检测光强度的变化可以确定氢浓度。
2.3.2光纤甲烷传感器
光纤甲烷传感器的基础是激光通过气态介质吸收，从而影响光强度。光强的变化与气体介质浓度有关，可根据Beer-Lambert吸收定律进行计算。光强度易于监测和测量，因此光在穿过甲烷气体时被吸收，并且可以通过分析输出光强度来检测甲烷气体浓度。在实际测试中，将光源发出的激光分别通过光耦合引入充满标准气体的参比池和充满甲烷气体的测量气室。当光信号分别被参比电池中的气体吸收后，被测气室传输到光电探测器后，将光信号转换成电信号，电信号经过前置放大电路，经滤波，放大等处理后即可用模拟信号的光强获得，通过一定的算法转换为甲烷气体浓度。
3基于光纤传感器技术的套管故障实时在线监测管理系统
变压器套管故障实时在线监测管理子系统由四部分组成，包括基础数据库，辅助决策模块，全光纤传感器模块和实时显示管理系统。套管系统首先通过光纤传感器感知套管的各种操作参数。套管这些参数实时传输到背景。套管经过适当的数学模型处理后，基本数据库用于判断套管的运行情况，同时，辅助决策模块提供预警信号和管理建议。套管一旦发现问题还可以通知负责人及时处理。套管该系统可以直接与现有的生产调度管理系统相连接。
结语
套管故障是影响变压器安全运行的主要因素之一。通过研究变压器套管故障模式和各种传统的在线监测技术，传统的检测技术取得了不同程度的成功，但存在强电磁场和环境噪声干扰，气体传感器选择性差等局限性。为了满足电力变压器套管在线检测的技术要求，本文作者研究了用于监测变压器套管常见故障的光纤传感器技术，并提出了变压器实时在线监测和管理方案基于光纤传感器技术的套管。该方案利用光纤传感器实时监测容易发生故障的变压器套管的运行状态，并借助决策模块对光纤传感器采集到的套管运行参数进行分析和分析，及时诊断，尽早发现问题，提出预警并作出决定，以提高设备可靠性。同时，管理系统可以与调度系统接口实现远程调度，这对保证电网安全运行具有重要意义。
参考文献:
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