变压器绕组温度分布光纤光栅在线监测及影响因素研究

摘要

在电力系统中，变压器作为最重要的电力设备之一，它的正常运行关乎整个电网的供电可靠性，其寿命与内部绕组温度有着紧密的联系。变压器内部绕组温度是影响变压器内部绝缘的关键因素之一，绕组温度大小限制着变压器的负载大小。变压器的绕组温度在线监测对变压器寿命评估和过载调控具有重要的意义。
　　 论文首先结合油浸式电力变压器内部绕组的热量产生过程和发散过程所表现出的热特性，分析了变压器空载和负载时损耗的产生机理，以及它们对变压器绕组温度的影响。推导了变压器绕组的升温和降温特性方程，并结合绕组、铁芯和变压器油之间的温度关系，给出了三者的升温降温特性方程和特性曲线。
　　 其次，结合目前变压器绕组温度在线监测和光纤温度传感器的研究现状及变压器绕组温度分布在线监测的具体要求，选用光纤布拉格光栅温度传感器来实现对变压器绕组温度分布的测量。分析了光纤布拉格光栅的传感原理、光纤光栅信号检测和信号处理方法，研究了变压器绕组温度分布光纤光栅在线监测原理及方法，在实验室搭建了基于油浸式温升用试验变压器的绕组温度分布光纤光栅在线监测平台。
　　 第三，基于搭建的光纤光栅温度在线监测平台，利用恒定负载、变化负载和强迫油循环试验来模拟变压器的绕组发热情况，用FBG光纤光栅温度传感器和热电偶对绕组的不同线饼间温度进行了实时测量。从试验结果可以看出：光纤光栅在线监测方法与热电偶实时监测的测量结果基本一致，其稳定性优于热电偶测温，对温度变化的反应也比热电偶迅速。从强迫油循环试验可知：油在变压器内部的流动对光纤光栅产生的应力作用不会影响光纤光栅对温度的测量。
　　 最后，针对光纤光栅温度在线监测的误差特性，确定了监测过程中的主要影响因素，采用多波长参考的方法克服了F-P滤波器的非线性响应带来的误差，用多项式拟合法克服了波长的峰值检测不准确问题。针对实验室的电磁干扰、电源部分引入的干扰噪声和接地回路噪声等噪声来源，采用电子线路板、紫铜屏蔽罩、隔离变压器等设备和共地等方法来消除干扰对光纤光栅在线监测的影响。通过实验验证了以上方法可以有效地减小误差。