光纖溫度傳感器應(yīng)用于各種變壓器測溫
以前，電力行業(yè)的可靠性來自于規(guī)劃具有顯著冗余的電力系統(tǒng)的能力。日益激烈的競爭和有限的資源迫使公用事業(yè)公司減少資本支出，找到具有成本效益的資源和解決方案，以優(yōu)化其新設(shè)備并對其系統(tǒng)進行適當?shù)念A防性維護。
公用事業(yè)公司使用各種方法最有效地使用變壓器是公平的。最常見的方法包括增加負載的需求和需求。在某些情況下，通過整體生命周期成本分析表明，通過安裝更大或更多的變壓器來減輕負載，從而使現(xiàn)有變壓器過載并接受增加的生命損失的代價更有利可圖。增加負載似乎是一種常用的方法，但如果沒有采用有效的方法來準確和安全地監(jiān)控必要的參數(shù)，則可能導致嚴重的問題。變壓器壽命周期中最重要的參數(shù)依賴于繞組在整個變壓器壽命期間的熱點值的確定性。
光纖傳感器是一種極好且成本效益極高的方式，通過直接測量熱點來獲取容量并收集有關(guān)設(shè)備健康狀況的信息。光纖溫度傳感器先前專用于大型電力變壓器，主要是由于光纖系統(tǒng)的費用與變壓器本身的成本相反。使用直接方法可以準確測量變壓器的熱點，增加對運行狀態(tài)評估的了解;?負荷計劃，資產(chǎn)管理和壽命終止確定。
考慮到它們的設(shè)計特性以及溫度對絕緣老化和預期壽命的影響，非常需要對小型，中型和大型電源以及配電變壓器進行直接溫度測量。
變壓器繞組溫升熱點控制的重要性
很長一段時間，保守地應(yīng)用變壓器負載，并且當變壓器超過60％-70％的負載水平時，通常添加或更換變壓器。這種負載水平確實可以在更長的時間內(nèi)保持變壓器的健康狀態(tài)，正如運行或運行了40多年的變壓器所證明的那樣。如今，更常見的是使變壓器更接近其最大銘牌容量，規(guī)劃更少的冗余并導致更頻繁的變壓器過載。這種情況對繞組熱點溫度有直接影響
根據(jù)ANSI / IEEE C57.12.80-1978，變壓器的連續(xù)額定值是“在規(guī)定條件下不超過既定溫升限制的情況下可連續(xù)承載的最大恒定負載”。存在各種溫度限制，例如環(huán)境溫度，頂部油溫，芯層壓溫度，平均繞組溫升和最大繞組溫升。
確定液體填充變壓器內(nèi)壽命和負載之間平衡的最重要參數(shù)之一是“熱點”溫度或最大繞組溫升。這表示變壓器內(nèi)最熱部件的溫度，通常位于繞組中。如果熱點超過給定的限制，變壓器中固液絕緣系統(tǒng)的劣化速度將迅速加快。
溫度對絕緣老化和變壓器壽命有重要影響。因此，對于制造商和最終用戶來說，準確預測繞組中的熱點非常重要，因為熱點是導致變壓器油和紙絕緣劣化的原因。
由于變壓器內(nèi)的溫度分布不均勻，絕緣紙在暴露于高溫時通常會發(fā)生最大的劣化。當絕緣紙失去其性能時，它會在介電和機械方面削弱變壓器。此外，較高的繞組熱點溫度不僅會削弱繞組絕緣材料，而且最終會導致形成氣泡，從而促進變壓器油的介電擊穿。不用說，類似的情況是不可取的，因為它在大多數(shù)情況下是不可逆轉(zhuǎn)的。
變壓器的種類
制造商根據(jù)公用事業(yè)的要求和需求提供各種變壓器類型和設(shè)計?？紤]到其復雜性和特殊特性，一些變壓器設(shè)計風險更大。光纖監(jiān)控系統(tǒng)為這些特定類型的變壓器提供附加值。
?自耦變壓器;?與典型的變壓器相比，這些變壓器往往具有更高的漏磁通。
?換流變壓器;?這些變壓器顯示出通量模式的基本差異。
?軸向剖分設(shè)計;?變壓器，如發(fā)電機升壓（GSU）設(shè)計有兩個低壓繞組，一個在另一個之上。冷卻和磁通分布并不像典型的變壓器那樣簡單，因此需要密切監(jiān)控。
?移相器
?Zigzag
?降壓變壓器
?維修或升級的變壓器;?特別是如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計的已知弱點
在決定選擇直接光纖監(jiān)測與機械或電子模擬方法時，還有其他方面需要考慮。具有特殊特性的變壓器經(jīng)常受到自然但不期望的現(xiàn)象的影響。
?高阻抗;?引起更多漏磁通，使熱點惡化
?高次諧波;?知道磁漏磁通量與頻率的平方成正比。例如，三次諧波（180Hz）產(chǎn)生的通量比基波（60Hz）多9倍，從而導致繞組渦流損耗。
最后，重要的是要考慮變壓器在哪種條件下運行，而不管其設(shè)計和/或尺寸如何。
?負載情況
?過載情況
?關(guān)鍵變壓器
?更換/備用變壓器
?物理位置;?根據(jù)IEEE C57.12.90 – 1999（IEEE C57.12.90-1993的修訂版）IEEE液體浸入式分配，電源和調(diào)節(jié)變壓器的標準測試代碼，必須對溫度升高進行高度校正。當變壓器在海拔低于1000米（3300英尺）的地方進行測試，應(yīng)在海拔1000米以上的地方進行測試。
在小型，中型和配電變壓器中使用光纖溫度傳感器測變壓器繞組溫度
光纖的使用主要應(yīng)用于大型電力變壓器，因為它們設(shè)計復雜，直接溫度監(jiān)測帶來的好處很容易得到回報。這種技術(shù)現(xiàn)在適用于小型，中型和配電變壓器，因為它為直接，精確和實時的熱點溫度測量提供了一種優(yōu)秀且經(jīng)濟實惠的解決方案。
配電變壓器緊密絕緣設(shè)計和持續(xù)利用以及較少的冷卻證明了對較小功率和配電變壓器的直接，準確和實時總體溫度的顯著需求。在小型配電變壓器中，與具有較少匝數(shù)和較多冷卻管道的較大變壓器相比，由于繞組中的匝數(shù)和層數(shù)，溫升明顯更高。根據(jù)IEC 60076-7，室外環(huán)境條件可能會影響配電變壓器的負載能力。
與大型電力變壓器不同，在短期緊急負荷下，配電變壓器沒有預定的頂部油溫和高溫，但是已知如果熱點超過140℃則這里可能形成氣泡。光纖是最準確和最合適的監(jiān)測方法，用于驗證繞組內(nèi)的熱點溫度。
根據(jù)前面提到的操作條件，中小型變壓器也可能需要直接光纖溫度監(jiān)測。
使用光纖傳感器進行直接變壓器繞組溫度監(jiān)測
使用光纖進行變壓器熱點監(jiān)測有一些技術(shù)優(yōu)勢好處。
?提供變壓器設(shè)計和額定值驗證方面的幫助;
?安全地最大化裝載和過載;
?減少纏繞時的整體物理壓力;
?防止過早失效;
?防止中斷和災(zāi)難性故障。
還有經(jīng)濟效益，例如更好地了解運行狀況評估，負載計劃和資產(chǎn)管理?？紤]到成本較低的干預措施，壽命終止確定變得更容易規(guī)劃并因此得到管理。
?降低檢查和維護成本;
?減少與故障相關(guān)的維修或更換成本;
?提高實時變壓器負載能力;
?由于負載增長，推遲升級資本成本;
?因設(shè)備使用年限或條件而延遲更換資本成本。
點式光纖溫度傳感器技術(shù)在變壓器溫度監(jiān)測上的作用
點式光纖傳感器是光纖傳感器在變壓器測溫上最常用于熱點監(jiān)測的傳感器。有一些技術(shù)可用，如GaAs（砷化鎵）吸收和熒光光纖溫度傳感器。用于變壓器中的直接繞組溫度測量的光纖溫度傳感器基于半導體（GaAs）的光吸收和光傳輸。使用這種半導體的溫度變化的影響是眾所周知和可預測的。使用高溫粘合劑將微小的GaAs半導體粘合到良好拋光的光纖的一端。
該傳感器由多模光纖組成，包含兩層耐用的亮黃色和寶藍色PTFE TeflonTM，其末端帶有半導體（GaAs）晶體和光纖尖端的介電反射涂層。傳感器堅固且全電介質(zhì)結(jié)構(gòu)提供出色的熱性能（-30至225°C，主要覆蓋預期范圍），對多種連接的高耐受性以及對油和煤油蒸汽的彎曲和耐化學性以及對振動和安裝應(yīng)力的高耐受性。
透過半導體的光照射在傳感器末端的介電反射涂層上，然后通過光耦合器反射回光譜分析儀。使用CCD（電荷耦合器件）將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后處理電子器件評估多波長光譜內(nèi)的吸收截止波長。因此，頻譜分析儀對光譜的分析等同于了解變壓器繞組內(nèi)的半導體溫度。算法/計算不依賴于光強度，而是依賴于光譜響應(yīng)。由于這種通信是光學地進行的，因此使用變壓器本身內(nèi)的高介電元件，信號的可靠性決不會受到電場的影響。
雖然有幾種光纖直接繞組溫度測量解決方案，但應(yīng)考慮產(chǎn)品可靠性，公司知識，成本效益和有效支持。成熟且知識淵博的公司不斷發(fā)展，通過創(chuàng)新和提供適用于電氣行業(yè)的儀器級解決方案，提供最佳解決方案。
到目前為止，它們是市場上一定數(shù)量的可用產(chǎn)品。沒有經(jīng)驗的廠家和OEM類型的產(chǎn)品可能不是最合適的選擇，因為它們可能不太可靠并且非常適合應(yīng)用的特殊性。他們的知識和經(jīng)驗可能非常有限，他們無法提供有關(guān)其產(chǎn)品長期可靠性的成功和成熟歷史。值得注意的是，OEM類型產(chǎn)品的環(huán)境和屏蔽（EMI，RF）功能可能會受到質(zhì)疑，除非集成在經(jīng)過充分認證的第三方單元中。符合ISO 9001標準的供應(yīng)商以及產(chǎn)品認證證明并確保了公司在產(chǎn)品設(shè)計和制造方面的真實性和嚴格的質(zhì)量標準。
結(jié)論
初始投資，設(shè)計復雜性和公用事業(yè)公司的監(jiān)控能力確實在決定選擇光學方法方面發(fā)揮著重要作用。
在線監(jiān)測有一個真正的好處。根據(jù)J變壓器在線監(jiān)測和定期監(jiān)測的盈利能力評估”，據(jù)估計，對于不使用的設(shè)備，故障解決方案成本不同，如果您根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的20年預期壽命來比較購買，安裝和年度支持的相關(guān)成本，則每年從故障解決成本中獲得的收益大大不同降低了變壓器測溫的價格成本。對于變壓器總成本的一小部分，各個變壓器公司可以聯(lián)系福州華光天銳光電科技有限公司。選擇這樣做不僅可以為您提供長期的變壓器溫度監(jiān)測，還可以為您大大提高經(jīng)濟效益，例如減少檢查，維護成本，故障以及提高實時變壓器負載能力。
