变压器光纤测温装置常见故障及原因分析

变压器光纤测温装置常见故障及原因分析

发表时间：2018-09-04T14:33:32.047Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第11期作者：程自宽

[导读] 电力系统中，维护电力变压器的正常运行是整个系统可靠供电的基本保证。

特变电工股份有限公司新疆变压器厂新疆昌吉 831100

摘要：变压器绕组温度过高会影响绕组绝缘，并导致变压器绝缘等级下降，减少变压器的运行寿命。光纤测温装置是变压器产品的一种可选配件，可较真实地测量并显示变压器内部测量点的热点温度，为变压器产品的负荷预测、寿命评估和状态评估提供参考数据。变压器是电网一次设备的重要组成部分，变压器的绕组热点温度是决定其绝缘寿命的主要因素。近些年，由于光纤温度传感器具有耐高电压、耐高温、抗强电磁场等优良特性，越来越多地应用到特殊场合的温度测量中。光纤温度传感器种类繁多，其中基于半导体吸收原理的光纤温度传感器由于结构简单、可靠性高、成本较低等特点在近年来的研究中越来越受重视。

关键词：变压器；光纤测温装置；故障；原因

引言

电力系统中，维护电力变压器的正常运行是整个系统可靠供电的基本保证．近年来，我国用电需求快速增长，电力系统发展方向为超高压、大容量．因此，变压器的故障率也随之增加．据相关资料统计，110kV及以上变压器的平均事故率在0．69%以上．尤其是近年来，变压器因过载运行，导致绝缘老化、变压器绕组击穿、烧毁事故率高达75%以上．高压油浸电力变压器的寿命主要取决于固体绝缘（纤维纸）的寿命，温度、水分和氧气是促使其绝缘老化的主要因素．热效应为变压器老化的决定性因素，热点温度的高低决定了变压器的使用寿命．随着光电子技术的高速发展，光纤传感器的诞生为变压器温度测量提供了一种新的技术手段．相对于传统的电信号测量传感器，光纤传感器具有体积小、抗腐抗电磁干扰、耐高温、耐高压等诸多优势，能有效监测电力变压器内部的热点温度．当前最为成熟技术为基于荧光光纤的温度传感器，应用最为广泛的是点式光纤测温产品．该技术最开始从国外进行应用，20世纪80年代，著名的变压器制造厂商如ABB、西门子、东芝的产品上均使用过荧光光纤温度传感器。

变压器的内部温度可以通过以下3种方法获得：热模拟测量法、间接计算法和直接测量法．对于热模拟法，就是通过在变压器中安装热模拟法测温仪表，从而换算出变压器的绕组温度．其优点是经济、冷却系统可以被直接启动．但是，该方法准确性差，测量温度有一定的时差性．在法国电网中，该方法已经被停止使用．间接计算法，就是根据假设的变压器热模型，结合各国的实用经验、国际电工委员会的IEC345－1991标准和我国的GB/T15164－1994《油浸式电力变压器负载导则》标准，推导出热点温升计算公式，具有一定的精度，具有经济、简便、实用性强等特点，但是该方法计算复杂，尤其是由经验得出的计算参数，通用性不强，在变压器现场使用时受到限制．且热模法和间接计算法只能求解热点温度值，不能得到热点的具体位置，实际应用过程中具有一定的局限性．直接测量法是在绕组靠近导线部分埋设传感器，然后通过检测仪表获取传感器附近的温度值，它是一种在线检测设备．直接测量法可以实时、准确测量出绕组热点温度；通过及时启动制冷设备，可以避免因变压器绕组过热引发的事故．该方法最典型的应用代表为荧光光纤温度传感器和半导体光纤温度传感器。

1.概述

光纤测温装置主要由内部光纤、贯通板及贯通器、贯通器防护罩、外部光纤、光纤测温主机及主机控制箱等组成，整体安装结构如图1所示。光纤测温装置结构及操作复杂、精细，使用和装配过程中经常发生损坏故障，笔者对我公司近几年来发现的问题进行了汇总。

图1 整体结构图

2故障情况及原因分析

2.1光纤测量不通

（1）发现光纤探头损坏见图2，光纤探头受力开裂，其内部材料已膨胀出来，清晰可见（见图2中标识位置），测量结果显示光纤不

通，更换光纤后数据正常。光纤探头传感器为易损部位，不能弯曲及施加压力，否则容易断裂。

图4 耦合接头

（2）光纤损坏见图3，测量结果显示光纤不通，检查光纤外观没有发现异常，更换新光纤后数据正常。光纤连接器受粉尘污染、磨损、滑落及变形等会导致损坏，光纤受到拉扯、紧绑、重压、撞击、硌、过度弯曲、过度扭曲、过度张紧、缠绕及夹在尖锐物体之间等都易造成损坏。

（3）光纤耦合接头部位损坏见图4，测量结果显示光纤不通，外观检查可见光纤耦合接头部位断裂（图中标识位置），更换新光纤后数据正常。光纤测温装置结构及操作复杂、精细，制作瑕疵或使用过程中破坏了零件间的联结状态都会造成故障。

2.2光纤测量数据错误

探头附着异物，测量结果显示温度比实际温度低10℃左右，经清理光纤探头后，数据正常。光纤探头传感器精细灵敏，附着异物会影响温度测量结果。2.3光纤导通率低

图5 贯通板

（1）贯通板损坏见图5，测量结果显示导通率低，重新装配清理后没有变化，更换贯通板后，数据正常。光纤测温装置结构及操作复杂、精细，制作瑕疵或使用过程中破坏了零件间的联结状态都会造成光纤测量装置故障。

（2）光纤接头紧固力矩小，测量结果显示导通率低，加大紧固力矩后数据合格。光纤测温装置结构精细、贯通器需按规定力矩进行紧固。

（3）光纤接头不清洁，测量结果显示导通率低，对光纤接头部位清洁后数据正常。光纤是光传播的通道，光纤连接处的清洁对于光的传播极其重要，任何残留的粉尘都会造成光信号变差，光纤所带的防尘帽要在连接时再取下，光纤连接器在连接时必须进行清洁，清洁时应使用光学级的纸巾和纯度为99%的酒精对连接器插芯沿圆周方向进行清洁，尤其是连接器端面，必须清洁干净。

结束语

光纤测温装置能方便、直观、实时地显示变压器内部测量部位的温度，给变压器的使用提供参考数据。同时光纤测温装置结构精细，易出现各种故障，本文总结使用过程中的常见故障，提出了使用过程中的注意事项，给使用者提供一些参考。

参考文献

［1］贾红元，冀增华，李彬，等．变压器绕组温度的软件计算值与光纤实测值之间的差异对比分析［J］．变压器，2014，51（4）：60－63．

［2］SWIFTG，MOLINSKITS，LEHNW．Afundamentalapproachtotransformerthermalmodeling，partI-theoryandequivalentcircuit ［J］．IEEETrans．PowerDeliv，2001，16（2）：171－175．

［3］SWIFTG，MOLINSKITS，BＲAYＲ．Afundamentalapproachtotransformerthermalmodeling，partII-fieldverification［J］．