１　傳統測溫技術存在不足

       電力變壓器是變電站的重要設備，承擔著電網的升壓、降壓和電壓調節等重要任務。隨著電力系統規模的不斷擴大，電壓等級的不斷提高，變壓器容量的不斷增大，其故障率也有所增加。主變壓器（以下簡稱主變）溫度作為其運行狀況的一個重要監測指標，特別是變壓器運行在高溫、高負載時，更加關系到主變的安全運行。因此，對其進行在線診斷，了解主變線圈內部的實時運行工況，使得主變測溫系統倍受重視。在傳統主變測溫技術中，應用最廣泛且最具代表性的是熱敏電阻電橋測溫方式和鉑電阻測溫方式。雖然傳統測溫技術在現階段中應用普遍，但其仍存在一定的局限。比如，熱敏電阻方式，其變化率為非線性，不適合測量高溫區。而Ｐｔ１００（鉑電阻）雖然測量精度高，線性度好，但熱響應慢，耐振動和耐沖擊性差。再如，傳統測溫技術均是基于電信號傳感器的測溫系統，而變壓器內部由于存在高電壓、強電磁場，使得這類電信號的傳感器極易受電磁干擾，其數據的可靠性及準確性很難得到保證。

２　光纖測溫新技術

       為了克服傳統測溫技術在現場應用的不足，推進智能電網的建設進程，許多設備在線監測技術發展迅速，性能優良而且日益完善。光纖測溫技術在強電場環境中應用，已經取得可喜業績，其顯著的光學特性，可使傳感器與系統的其他部分實現電氣分離，從而提高傳感器設計上的靈活性和安全性。同時，通過對主變在線遠程實時測量，解決變壓器內部線圈熱點溫度盲區的監測問題。

       ２．１　光纖測溫原理及特點

       任何光學特性隨溫度改變而發生變化的材料，基本上就構成了一個光學溫度傳感器的基礎。其中，隨溫度變化的參數包括吸收率或其傳輸性能、反射率、折射率、偏振程度以及發出的熒光或磷光等。光纖測溫技術最初是由氧硫化斕作為磷光體傳感器。隨著磷光物質的溫度升高，不發光的馳豫過程占顯著的地位，因而發光強度也隨之減弱。稀土元素磷光物發出的熒光是由三階銪離子不同的激發態產生的光譜線條組成，不同譜線的發光強度之比與激勵條件和寄生損耗的波動無關，但與溫度有關。因此，該比值可提供準確的溫度信息。但是該技術成本昂貴，實際工程項目不宜采用。

       隨著光纖測溫技術的發展，目前采用一種能夠在長時間內按指數衰減熒光的材料作為傳感器，所使用的材料，具有耐高溫、化學性質穩定、無電磁干擾，數據可靠性高等優點，且性價比合理，批量生產，適用于工業溫度測量領域。高效磷光體傳感器選用４價錳離子激發的氟鍺酸鎂作為傳感器材料。紅色可輻射磷光體傳感器由可見的短波以及紫外輻射所激發，如圖１所示，同時給出用于區分激發與熒光輻射的兩個濾鏡處的透射光譜。

       通過測量熒光的衰減率可以進行溫度測量，介于初始信號電平Ｓ１與衰減信號Ｓｔ／ｅ的時長就是衰減時間，如圖２所示。隨溫度變化的衰減時間的合成變化，如圖３所示。光纖測溫系統可以采用低能發光二極管作為圖２　磷光體傳感器的熒光強度與衰減時間的關系圖３　氟鍺酸鎂傳感器的衰減時間與溫度的關系光源，當光電探測器接受到磷光體傳感器所產生的熒光后，經過微處理器以及數字信號處理器計算衰減時間后，將返回的熒光強度按溫度的形式反映出來。

       ２．２　光纖測溫技術的應用

       沈變作為國內最有影響力的變壓器生產單位，在線測溫技術是其考慮的重點。設備狀態量的實時監測，能夠更有效地提升設備運行安全性。為此，沈變采用主變繞組熱點光纖測溫新技術，用以監測主變的常規油溫以及繞組內的熱點溫升。

       ２．２．１　光纖測溫系統整合

       主變繞組熱點光纖測溫系統包含了數據采樣和分析報警功能（包括硬件和軟件），并能與智能組件的通信組件進行鏈接。將主變繞組熱點光纖測溫系統的監測數據接入智能設備（ＩＥＤ）后，上傳到站控層的數據處理中心，對主變繞組熱點的動態監測值進行預診斷分析。站控層主要由數據處理服務器組成，提供站內運行的人機界面，實現狀態監測數據的展現（包括實時數據、歷史趨勢等）和設備的綜合評估分析、輔助決策等功能，數據處理服務器與自動化監控系統一體化集成，主變繞組熱點光纖測溫系統的軟件也整合到狀態分析系統中。

       ２．２．２　光纖測溫系統構建

       由于測溫光纖需要繞制在變壓器內部，長期浸泡在絕緣油中，因此選用聚四氟乙烯與凱弗拉爾制成光纖外套，并采用高功率的發光二極管。這樣可以減小光纖繞制線圈的直徑，具有更小的彎曲半徑，便于光纖在主變繞組內的繞制與安裝。經過對光纖測溫設備市場的調研，沈變采用國內西安和其光電科技有限公司生產的光纖控制器。該公司是國內光纖測溫領域的先鋒，擁有數百臺變壓器繞組熱點光纖溫控器的安裝經驗和業績。

       １）光纖溫控器　4通道，測溫范圍為－３０～２6０℃，測溫精度為±1℃，溫度分辨率為０．１℃，采樣速度為５０ｍｓ，可同時顯示6個通道數據，模擬輸出6路（４～２０ ｍＡ），環境溫度為－４０～７０℃，輸入交流電源為５０Ｈｚ，１１０～２４０Ｖ，光源壽命為３０年，通信協議支持ＩＥＣ　６１８５０。

       ２）光纖傳感器　傳遞變壓器內部的溫度信號，適應各種苛刻的化學環境，不受變壓器高壓及電磁干擾的影響。測溫范圍為－４０～２6０℃，響應時間小于０．２５ｓ，溫度分辨率為０．１℃，光纖護套采用雙重特弗綸護套凱弗拉爾保護，無電磁干擾，傳感器內徑為１．５ｍｍ，螺旋外套直徑為2.8ｍｍ，使用壽命為３０年。

       ３）殼體貫通器　材料為３０４不銹鋼，最大壓力為６８９．６ｋＰａ，最大真空小于１３３．３２２×１０－３Ｐａ，最高工作溫度為１８０℃。

       ２．２．３　光纖測溫系統安裝

       光纖及探頭在主變線圈中的正確安裝，對光纖測溫系統的正常運行至關重要。對于心式主變，首先選擇所需的徑向墊塊并斜向開槽，再采用ＧＯＲＴＥＸ包裹探頭置于槽中，以增強探頭的安全性和靈活性，最后將該徑向墊塊放于主變線圈最熱部位的導線相鄰位置。當心式主變壓器線圈裝配接近完成時，將嵌入探頭的徑向墊塊裝入線圈，并在油箱內部的光纖外部貼緊套上絕緣紙管，確保油箱壁貫通器的位置遠離今后例行檢修的位置。

       主變繞組熱點光纖測溫系統實施監測主變4個點的溫度，4根光纖由主變內部引至安裝盤上的貫通器，由4根光纖通過導線槽引至光纖溫控器，溫控器上顯示4個點的溫度。

       主變繞組熱點光纖測溫系統安裝示意圖，如圖4所示。

 圖 4　測溫系統安裝

       沈變主變繞組熱點的光纖測溫安裝位置，根據運行要求并結合測溫設備的技術特點，定為高壓繞組、中壓繞組、頂層油溫、底部油溫，涵蓋了主變的所有重要區域，讓實時監測和診斷功能得以真正實現，從而降低主變繞組遭受破壞的概率，延長主變的使用壽命。

３　結語

       主變繞組熱點光纖測溫技術是最近幾年發展起來的一項新技術。光纖具有體積小、重量輕、柔軟可繞、電絕緣性能好、不受電磁干擾、可在易燃易爆環境下工作等一系列優點。與傳統的測量主變頂層或底層油溫的方式不同，光纖測溫技術可以通過直接放在主變繞組中的傳感探頭，在線準確測量“熱點”溫度，且毋需校準，給電力客戶提供了一種直接、快速的動態測量技術。隨著電子式傳感器信號處理設備可靠性的提高，單個器件價格的降低，光纖繞組測溫技術在電力行業中的應用必將越來越廣泛。

2015年2月12日發布