準(zhǔn)確測(cè)量變壓器繞組熱點(diǎn)溫度是每個(gè)操作人員關(guān)心的重要問(wèn)題。

變壓器絕緣老化與運(yùn)行過(guò)程中繞組熱點(diǎn)溫度直接相關(guān)。允許操作員計(jì)劃變壓器在銘牌額定值以上的短期和緊急過(guò)載不會(huì)影響變壓器的設(shè)計(jì)壽命。因此，為了最佳地使用變壓器術(shù)語(yǔ)過(guò)載，準(zhǔn)確測(cè)量繞組熱點(diǎn)溫度非常重要。傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的測(cè)量變壓器繞組溫度的方法是一種間接測(cè)量方式，即根據(jù)熱成像計(jì)算出的值與負(fù)載電流成正比。它不能提供正確的熱點(diǎn)溫度，特別是在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下，因?yàn)樗臅r(shí)間常數(shù)非常高，因此規(guī)劃過(guò)載時(shí)未考慮變壓器絕緣的實(shí)際老化，這突出了開發(fā)了直接實(shí)時(shí)測(cè)量繞組熱點(diǎn)溫度的方法和儀器。

在20世紀(jì)80年代和90年代，各種光纖傳感器被介紹到不同的工作原理。最初，主要問(wèn)題是介電故障和易碎設(shè)備導(dǎo)致在搬運(yùn)或安裝過(guò)程中損壞。它有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男薷?，現(xiàn)已成為一種可靠、準(zhǔn)確的儀器提供實(shí)時(shí)繞組熱點(diǎn)溫度，使變壓器能夠最佳過(guò)載以滿足在不影響或降低其設(shè)計(jì)壽命的情況下波動(dòng)的負(fù)荷需求眾所周知，變壓器老化主要是三個(gè)參數(shù)的時(shí)間函數(shù)：溫度、濕度，以及氧含量。礦物油氧化導(dǎo)致變壓器壽命降低，油氧化是一種功能油中的水分和氧含量。具有現(xiàn)代化的石油保存系統(tǒng)（例如儲(chǔ)油柜）和油中的抗氧化劑、水分和氧氣對(duì)變壓器老化的貢獻(xiàn)很大控制或最小化，從而使繞組熱點(diǎn)溫度成為變壓器老化。讓我們看看當(dāng)繞組熱點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)計(jì)極限。

在這一點(diǎn)上，有必要看看iec-60076中規(guī)定的溫升限值。

IEC-60076溫度限制：

年平均溫度–20°C

最高環(huán)境溫度–40°C

頂油溫升–60°C

平均繞組溫升–65°C

平均繞組溫度上升（OD冷卻）–70°C

正常紙張的老化率為1.0–98°C

TUP（熱升級(jí)紙（TUP））的老化率為1.0–110°C

在短時(shí)緊急負(fù)荷超過(guò)銘牌額定值時(shí)，如果卷繞熱點(diǎn)溫度超過(guò)140°C，紙張含水量為2%時(shí)發(fā)生。如果水分含量越高，即使在較低的溫度下，氣泡也會(huì)開始產(chǎn)生。這顯然會(huì)降低介電性能，可能導(dǎo)致介質(zhì)失效。熱點(diǎn)溫度與絕緣。纖維素紙絕緣的正常設(shè)計(jì)壽命是在98°C，而熱升級(jí)紙的溫度為110°C。對(duì)于長(zhǎng)期緊急裝載，主要關(guān)注的是變壓器老化。繞組熱點(diǎn)溫度每升高6°C，壽命縮短一半。這個(gè)反過(guò)來(lái)也一樣。如果變壓器在92°C（104°C）的繞組熱點(diǎn)溫度下運(yùn)行對(duì)于帶tup的變壓器，設(shè)計(jì)壽命可達(dá)60年。因此，考慮到動(dòng)態(tài)負(fù)載/需求變化在變壓器上，考慮到實(shí)際熱點(diǎn)，變壓器可以優(yōu)化和智能過(guò)載變壓器的溫度不會(huì)降低設(shè)計(jì)壽命。但是，在變壓器負(fù)載超過(guò)銘牌額定值時(shí)，必須考慮IEC-60076-07的表4緊急加載，以確保繞組熱點(diǎn)溫度不超過(guò)規(guī)定極限。因此，繞組熱點(diǎn)溫度是操作人員最關(guān)心的問(wèn)題。它讓操作者知道變壓器老化，因此操作員可以在不降低設(shè)計(jì)壽命的情況下評(píng)估短期過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)。

三、繞組溫度測(cè)量方法

a.常規(guī)方法（上層油溫測(cè)溫）

這是我們通常在大多數(shù)使用中的變壓器中發(fā)現(xiàn)的常規(guī)方法。額定繞組熱點(diǎn)高于頂油的上升通常是由平均繞組和平均油之間的溫差引起的溫度。然后，將此差額乘以熱點(diǎn)系數(shù)，以說(shuō)明接近尾聲時(shí)的額外損失。纏繞。該熱點(diǎn)系數(shù)通常使用工廠熱運(yùn)行測(cè)試結(jié)果進(jìn)行估算。對(duì)于給定的負(fù)載電流，假設(shè)平均油溫和平均繞組溫度之間的差異在所有操作條件，這可能不是真的。此方法和用于不同冷卻條件的指數(shù)為在iec和ieee中普遍使用和規(guī)定。

測(cè)量方法假設(shè)如下：

油箱內(nèi)的油溫從堆芯/線圈組件的底部到頂部呈線性上升。假設(shè)繞組上任何位置的導(dǎo)體溫升線性、平行增加使油溫升高，與直線之間有恒定的差。熱點(diǎn)系數(shù)（H）取決于各種因素，如繞組類型和設(shè)計(jì)、短路阻抗，變壓器尺寸等。在溫升試驗(yàn)期間評(píng)估或計(jì)算。h的值可以是任何介于1.1到2.0之間。對(duì)于配電變壓器，假定為1.1，而對(duì)于（介質(zhì)）則假定為1.3&大型）電力變壓器。溫度元件，即熱球，被放置在裝滿頂層油的熱電偶井中。模擬繞組溫度梯度，熱電偶套管還配有加熱器元件，由套管安裝的CT輸入供電，電流與負(fù)載電流成正比。燈泡里充滿了一種熱系數(shù)很大的液體膨脹，并通過(guò)毛細(xì)管連接到測(cè)量裝置（刻度盤）中的螺旋纏繞配料管儀表）。當(dāng)料管因溫度升高而膨脹時(shí)，料管將展開，從而移動(dòng)指針在百分表刻度上。

因此，繞組熱點(diǎn)溫度由實(shí)際的最高油溫加上與負(fù)載。這假設(shè)冷卻管道頂部的油溫與頂部油溫相同在靠近油箱頂部的充油保溫井中測(cè)量。然而，這是引入不精確性的地方。該模型在國(guó)際上得到廣泛應(yīng)用，并在iec/ieee中得到描述，不足以正確模擬繞組熱點(diǎn)溫度，特別是在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下。主要原因包括冷卻管道中的油溫可能遠(yuǎn)高于最高油溫，最高油溫用于計(jì)算熱點(diǎn)溫度的基礎(chǔ)溫度。所以，熱點(diǎn)溫度可能不同比上面計(jì)算的還要多。冷卻管道中油的時(shí)間常數(shù)可能遠(yuǎn)高于頂部油。在階躍加載下，熱點(diǎn)溫度的推導(dǎo)可能不準(zhǔn)確。

b.底油溫度測(cè)量方法

ieee加載指南（c57-91）目前正在修訂中，推薦基于底油的方法溫度超過(guò)最高油溫。底油法考慮了油路溫度繞組熱點(diǎn)溫度偏差。在這種方法中，損耗和溫升量是根據(jù)繞組的變化來(lái)調(diào)整的阻力和機(jī)油粘度隨機(jī)油溫度而變化。這樣可以得到更精確的熱點(diǎn)溫度。盡管上面介紹的底油測(cè)量原理可以提供關(guān)于繞組熱態(tài)的準(zhǔn)確信息現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)，仍不能說(shuō)明以下原因：熱點(diǎn)區(qū)域的渦流損耗和雜散損耗。熱點(diǎn)區(qū)域的油流量。熱點(diǎn)區(qū)域的油溫。油時(shí)間常數(shù)。不同膠帶的值。用這種方法模擬或計(jì)算的熱點(diǎn)溫度將相對(duì)低于實(shí)際溫度。

因此，直接測(cè)量熱點(diǎn)溫度成為必要。熒光光纖溫度傳感器在福州華光天銳投入使用。介電耐受能力和脆弱性最初是一個(gè)主要問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次研究發(fā)展，改進(jìn)和經(jīng)驗(yàn)使這些溫度探測(cè)器高度可靠。可能在將來(lái)的某個(gè)時(shí)候這些將被用作標(biāo)準(zhǔn)繞組測(cè)量方法。

四、直接測(cè)量

利用光纖探針測(cè)量繞組熱點(diǎn)溫度，采用了幾種測(cè)量原理。由于傳感探頭將嵌入高壓繞組墊片中，因此它必須具有以下特性符合要求的特性；良好的介電性能·足夠堅(jiān)固，能夠處理和安裝抗電磁干擾和射頻干擾適合在高溫下工作與礦物油相容高精度高度可靠體積小、重量輕、能夠承受振動(dòng)

最廣泛使用的光纖溫度探針由砷化鎵（gaas）半導(dǎo)體組成安裝在光纖末端的晶體。晶體的帶隙隨溫度的變化而變化。砷化鎵晶體固定在光纖的頂端，帶邊的位置與溫度有關(guān)。它大約移動(dòng)0.4納米/攝氏度。光線通過(guò)光纖直接照射到晶體上，通常使用LED燈，光線在晶體上部分吸收，部分反射回來(lái)。分光計(jì)測(cè)量光譜和波段的位置邊緣，這是溫度特定的。此外，光強(qiáng)度在溫度測(cè)量中沒(méi)有任何作用，并且這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

光纖-光束的相位差與溫度有關(guān)

還有其他傳感技術(shù)使用基于光譜的傳感器，其中光波由溫度，在黑體傳感器中，光纖的一端放在黑體腔中，這樣波長(zhǎng)腔體發(fā)出的光的輪廓取決于溫度。光學(xué)時(shí)域反射（otdr）原理也被用于一些探針的測(cè)量。這個(gè)溫度測(cè)量的原理是基于當(dāng)激光脈沖耦合到光纖中時(shí)，激發(fā)光子散射和碰撞。在時(shí)域上，可以測(cè)量后向散射光子的間隔與溫度有關(guān)。直接測(cè)量的另一個(gè)原理是使用基于光纖端部特殊熱敏磷光傳感器的熒光衰減時(shí)間光纜。由激勵(lì)LED產(chǎn)生的適當(dāng)波長(zhǎng)的光通過(guò)探頭延伸部分路由以及連接器，其落在位于探針尖端的磷光體傳感器上。luxtron熒光傳感器發(fā)光在近紅外區(qū)域的寬光譜上。熒光衰減所需的時(shí)間取決于傳感器的溫度。LED熄滅后，衰減的熒光信號(hào)繼續(xù)通過(guò)光纖傳輸?shù)絻x器，在儀器上聚焦到探測(cè)器上。探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)是LED關(guān)閉后放大并采樣。由儀器中的LED激發(fā)的光纖探針末端的熒光傳感器然后，儀器的軟件使用校準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換將測(cè)量的衰減時(shí)間轉(zhuǎn)換為溫度桌子。根據(jù)溫度范圍和應(yīng)用，使用不同的校準(zhǔn)表，但總的來(lái)說(shuō)這種光學(xué)傳感器技術(shù)的溫度范圍能力目前為-200°C至330°C。激發(fā)光信號(hào)和熒光衰減信號(hào)沿同一光路通過(guò)意味著光纖探針和傳感頭可以相對(duì)較小。這在醫(yī)學(xué)研究應(yīng)用中尤為重要，可提供直徑小于0.5mm的光纖探頭（STB探頭）。其他探頭配置和還提供定制的光纖溫度傳感器。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需周期性校準(zhǔn)，且與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，因此即使LED發(fā)出較低強(qiáng)度的光，溫度測(cè)量也不會(huì)受到影響。

傳感器發(fā)出的光衰減的速度與溫度的變化精確。不管上述感應(yīng)溫度的原理如何，繞組熱點(diǎn)的部件測(cè)量系統(tǒng)一般包括：fo探頭嵌入繞組之間的隔離墊片中。通常，這些探針被放置在從頂部開始的第一個(gè)或第二個(gè)線圈之間的間隔，這被認(rèn)為是熱點(diǎn)。至少兩個(gè)或在每個(gè)階段放置更多探針。設(shè)計(jì)良好且密封的罐壁進(jìn)料通道。光纖電纜。將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，通常位于主油箱壁上。

五、結(jié)論

直接繞組熱點(diǎn)溫度測(cè)量技術(shù)已應(yīng)用20多年經(jīng)過(guò)幾次修改和改進(jìn)，使其更可靠和更實(shí)惠。到目前為止，最大的缺點(diǎn)阻止其使用一直是高昂的初始成本。通過(guò)熱成像測(cè)量繞組溫度的傳統(tǒng)間接方法肯定會(huì)在不久的將來(lái)某一天就會(huì)過(guò)時(shí)，所有的變壓器都會(huì)默認(rèn)使用直接光纖傳感器。通過(guò)利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)獲得實(shí)際的實(shí)時(shí)熱點(diǎn)溫度，可以優(yōu)化變壓器的使用在不影響或降低變壓器性能的情況下，使變壓器過(guò)載超過(guò)其銘牌額定值設(shè)計(jì)壽命。