1、變壓器繞組熱點溫度分布的研究1概述大型變壓器在運行時，繞組溫度分布是不均勻的。通過傳統的熱模擬法測量的技術，運行繞組的溫升過程與模擬不盡相同，誤差較大，法國電網已停用該測溫裝置1。在頂層油溫處于正常水平的情況下，繞組的熱點溫度可能已發生局部過熱。繞組過熱一方面會造成該處油的分解并產生氣泡，另一方面還會造成該處局部絕緣累積性的老化（多次重復過熱），最終將導致絕緣擊穿而損壞變壓器。因此從設備安全的角度考慮，繞組熱點溫度的有效監測意義重大。變壓器絕緣運行壽命一般認為應遵循六度法則：年平均溫度為98c時具有正常壽命，當超過或達不到98c時，每上升或降低6C,則變壓器壽命降低一半或延長一倍，如圖1所示2

2、。從資產管理的角度考慮，繞組熱點溫度的有效監測將保證資產在正確的工況條件下使用，而不影響變壓器的壽命。ImpactofWindingHotSpotTemperatureonCelluloseIn5ulatioiiLifetime圖1變壓器溫度與壽命曲線u因為繞組熱點溫度是變壓器負載的最主要限定因素，應盡力準確測出3。標準4中提出“由于熱點的位置很難預先準確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會隨之變化，因此最好同時用多個傳感器”。變壓器熱點溫度直接測量技術在變壓器熱點溫度直接測量技術上，主要采用光纖測溫技術。光纖為SiO2材料，具有非常優異的絕緣特性，敏感組件測量和信號的傳輸均由光來完

3、成，由于沒有電信號的引入，使得光纖傳感技術在變壓器熱點溫度監測上成為可能。目前使用光纖傳感技術測量變壓器熱點溫度主要有三種測量技術：熒光式測量，半導體式測量和光纖光柵測量。采用光纖熒光吸收式測溫技術5和光纖半導體吸收式測量技術6的的繞組測溫技術，受制于1根光纖只能接1個傳感器的技術特點，難以實現多點的監測。光纖光柵式測量技術則可實現多點測溫。2.1 熒光式測溫熒光式測溫方法是在光纖末端鍍上熒光物質，經過一定波長的光激勵后，熒光物質受激輻射出熒光能量。由于受激輻射能量按指數方式衰減，衰減時間常數根據溫度的不同而不同，通過測量衰減時間，從而得出測量點的溫度。由于衰減時間常數的計算是通過熒光物質受激

4、輻射后的光強測量而換算得到的，而光強受光纖彎曲所產生的損耗、光纖接頭處的插入損耗以及外接光纜的光損耗等因素影響，可能導致衰減時間常數測量誤差，從而影響溫度測量精度。2.2 半導體測溫半導體測溫原理是在光纖末端加入神化錢晶體，當光源發出多重波長的光照射到神化錢晶體時，該晶體在不同的溫度會吸收不同波長的光，同時將剩余不能吸收的波長的光反射回去。通過檢測反射光的光譜，換算出測量溫度。半導體測溫由于測量的是光的頻譜，不是光強，因此測量不受光功率影響，但是在實際操作過程中，光路的變化（如光纜的重新布置，傳感器的重新熔接）還會影響測溫的準確性，還須重新定標，確保溫度測量的準確性7。同熒光式測溫技術一樣，溫

5、度敏感組件都是處于光纖的末端，單根光纖只能接一個傳感器。2.3 光纖光柵測溫光纖光柵是在光纖上制作的、只反射特定波長的光傳感組件。該器件反射的波長與溫度具有優異的線性關系，和溫度線性擬合的相關系數可達99.99%o通過測量光纖光柵反射回的光的波長，即可換算出測量點的溫度。在單根光纖上的不同位置可以刻寫不同波長的光纖光柵傳感器，通過波分復用技術，實現單根光纖多達18個光纖光柵傳感器的串聯。2.4 三種光纖測溫技術的比較表1三種光纖測溫技術的比較.光纖測溫原理熒光式測溫半導體測溫光柵測溫測點數Q2468個點幾百個點Q測溫范圍爐-30-2003-4。-225pr-40-3006測量精度/十，11七一

6、測量原理二受光強影響，不受光強影響一探頭，耐壓水平皿>50kVmm：>50kVnim>50kVmm測量距離一20m可達20kmi壽命;溫度傳感器一20年一30年一應用,里根丑奸傳感器數量1最多20個*傳感器組網看拓撲單一，無冗余小可串、并聯3光纖光柵繞組熱點測溫原理光纖光柵是通過相位掩模板制造技術，光纖經過激光照射形成光波長反射器件。一定帶寬的光與光纖光柵場發生作用，光纖光柵反射回特定中心波長的窄帶光，并沿原傳輸光纖返回其余寬帶光沿光纖繼續傳輸。圖2光攝測溫原理圖“反射的中心波長隨作用于光纖光柵的溫度變化而線性變化，從而使光纖光柵成為性能優異的溫度測量元件。通過測量光纖光柵反

7、射的中心波長，即可測量出光纖光柵溫度傳感器測量點相應的溫度值。沿光纖繼續傳輸的透射光繼續傳輸給其它具有不同中心波長的光纖光柵，并逐一反射各個光纖光柵的中心波長，通過測量各反射光的中心波長，從而實現一根光纖上多個光纖光柵溫度傳感器的串聯。4變壓器繞組測溫系統主要構成光纖光柵測溫主機該測溫主機是光纖光柵測溫主機，除了具備在線測量繞組熱點溫度的功能之外，還有多路光纖通道和8路繼電器及數據傳輸接口，內置了Modbus和IEC61850傳輸協議。光纖光柵測溫主機*光纖光柵溫度傳感器光纖光柵溫度傳感器不受電磁干擾，與變壓器油相容，可耐受諸如煤油氣相干燥，熱油循環等變壓器制造過程。傳感器可方便的安裝到變壓器

8、繞組、鐵心、母線排、電氣接點等熱點區域。圖4溫度傳感器光纖接口板光纖接口板由不銹鋼材料制成（專利號：ZL201120115532.1）,安裝在變壓器油箱壁上，在保證變壓器不漏油的情況下，實現光纖中傳輸的光信號的低損耗傳輸。圖5光纖接口板5深圳電網110kV主變溫度測量案例傳感器監測位置和數量經與變壓器廠商議，在A,B,C三相高壓繞組上，每相安裝2個傳感器，位置分別在第二和第三個線餅之間、第四和第五個線餅之間；頂層和底層油溫部分，各安裝兩個傳感器；鐵芯上安裝2個傳感器；母線排上安裝3個傳感器。如圖6所示：傳感器在變壓器中的安裝7-10所示:傳感器在繞組、鐵芯、母線排及頂層油的安裝如圖圖7安裝在繞

9、組上的傳感器圖8安裝在鐵芯內的傳感器.圖9安裝在母掛上的傳感器圖10頂層油溫傳感器口測量結果及分析繞組熱點溫度、頂層油溫度及溫升分析表2是溫升試驗中，繞組、鐵芯、母線與油溫度穩定后的測量結果。表2溫度穩定后的涕量結果（單位：P）aa相局由rB相高壓1C相高壓1鐵芯1108平109.2*-110&7894A相圖壓TE相圖壓2C相高壓2鐵芯2103.4P103.8-10。產82.3-頂部油溫I頂部油溫2底部油溫1底部油溫282282.345.1-41.1母線排1母線排2母線排3環境溫度60.8-5&“6蟲5內27.35線餅間；110.6C,根據注：*1,表示傳感器安裝在第2、3線餅

10、間；*2,表示傳感器安裝在第4、所測量的繞組最高溫度在C相高壓繞組上第二個線餅和第三個線餅之間，為標準4,該點即作為繞組熱點溫度。根據標準4中規定的溫度分布模型，已知銅油溫差為20K,作圖如下：1.3,則模擬計算107.6C,計算圖11溫度分布模型分析。該臺變壓器的銅油溫差為20K,根據熱點溫度模擬計算法，熱點系數選擇的熱點溫度=頂層油溫（油溫計測量溫度為81.6C）+熱點系數X銅油溫差,的熱點溫升為107.6-27.3=80.3K。表3溫升廿算結果C單位：K>/頂層油溫升繞組平均溫升頂部平均溫升模擬計算光纖實測5355.47580一3r以3/標準4中規定了頂層油溫升限制為60K，但沒有

11、規定熱點溫升限制，標準8則規定了熱點溫升限制為78K。繞組溫度分析從測量結果看，第二、三個線餅間的溫度高于第四、五線餅間的溫度；相同位置不同繞組的測量溫度較為接近。因為繞組熱點溫度是變壓器負載的最主要限定因素，應盡力準確測出3,標準4中提出“由于熱點的位置很難預先準確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會隨之變化，因此最好同時用多個傳感器”。由于在2、3餅之間各放置了1個傳感器，為了更加準確的評估變壓器的繞組熱點溫度，因此傳感器數量有必要增加，以測量出繞組可能存在的更高溫度。表4光纖直接涕最栩溫度數據(單位:C)JA相向壓繞組溫度部,3,期:*108口4、5筋®103.4B相

12、高壓繞組溫度33餅面；4、5餅間爐109.2103加C相網壓繞組溫度2、3餅間110.64、5餅間內100頂層油溫測量結果比較采用傳統的Pt100油溫計與采用光纖光柵技術測量的油溫比較如圖12所示，可看出當溫度穩定之后：(1)光纖測量的兩個頂層油溫非常接近，相差02C;(2)Pt100油溫計測量的兩個頂層油溫相差2.3C,最大值比光纖測量溫度差大約0.5C。Pt100油溫計2在5:00-5:30時間段，溫度突變9.4C,判斷可能存在測量故障。在變壓器投運不久，該Pt100傳感器果然出現故障，并更換。PtlOO測1通溫】PH減殖油溫2光纖犢11油鶴1光野測量獨搞26巾1DO78S00a的間G:3

13、Q圖121:302：304：3O5：3Q5:3。頂層油溫測量結果比較.光纖測溫數據穩定性分析圖13溫度數據變化曲線.從圖13可看出，繞組、鐵芯，還是母排在溫升試驗期間溫度數據變化均非常平穩，本項目所采用光纖測溫系統測溫數據穩定、準確。變壓器運行后的數據比較圖14是變壓器投運后連續6天的繞組溫度計測量溫度（線溫）、光纖測量的熱點溫度和對應的電流負載關系圖，圖15是油溫計和光纖測量的頂層油溫和對應的電流負載關系圖。圖14繞組熱點溫度對比/31Hl4Jf第1M1卦闿帽kMdMZHWk&i&&&&”巾2nlM>3o師”i時何圖15頂層油溫對比小由圖14和圖15可以看出：1）光纖測量的溫度能夠更準確的跟蹤電流負載的變化0-8K。2）所測量到繞組上的熱點溫度隨負載電流不一樣高于線溫3）鐵芯溫度高于繞組熱點溫度。6共性問題探討應該看到，光纖測溫技術為變壓器繞組熱點溫度的監測提供了一種有效的技術手段。為了更準確測量到繞組熱點溫度，有必要增加測點數量，增加發現最高熱點溫度的幾