準確測量變壓器繞組熱點溫度是每個操作人員關(guān)心的重要問題,。

變壓器絕緣老化與運行過程中繞組熱點溫度直接相關(guān),。允許操作員計劃變壓器在銘牌額定值以上的短期和緊急過載不會影響變壓器的設(shè)計壽命。因此，為了最佳地使用變壓器術(shù)語過載,，準確測量繞組熱點溫度非常重要,。傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的測量變壓器繞組溫度的方法是一種間接測量方式，即根據(jù)熱成像計算出的值與負載電流成正比,。它不能提供正確的熱點溫度,，特別是在動態(tài)負載條件下，因為它的時間常數(shù)非常高,，因此規(guī)劃過載時未考慮變壓器絕緣的實際老化,，這突出了開發(fā)了直接實時測量繞組熱點溫度的方法和儀器,。

在20世紀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,，主要問題是介電故障和易碎設(shè)備導致在搬運或安裝過程中損壞,。它有經(jīng)過適當?shù)男薷模F(xiàn)已成為一種可靠,、準確的儀器提供實時繞組熱點溫度,，使變壓器能夠最佳過載以滿足在不影響或降低其設(shè)計壽命的情況下波動的負荷需求眾所周知，變壓器老化主要是三個參數(shù)的時間函數(shù)：溫度,、濕度,，以及氧含量。礦物油氧化導致變壓器壽命降低,，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)（例如儲油柜）和油中的抗氧化劑、水分和氧氣對變壓器老化的貢獻很大控制或最小化,，從而使繞組熱點溫度成為變壓器老化,。讓我們看看當繞組熱點溫度超過設(shè)計極限。

在這一點上,，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（熱升級紙（TUP））的老化率為1.0–110°C

在短時緊急負荷超過銘牌額定值時，如果卷繞熱點溫度超過140°C,，紙張含水量為2%時發(fā)生,。如果水分含量越高，即使在較低的溫度下,，氣泡也會開始產(chǎn)生,。這顯然會降低介電性能，可能導致介質(zhì)失效,。熱點溫度與絕緣,。纖維素紙絕緣的正常設(shè)計壽命是在98°C，而熱升級紙的溫度為110°C。對于長期緊急裝載,，主要關(guān)注的是變壓器老化,。繞組熱點溫度每升高6°C，壽命縮短一半,。這個反過來也一樣,。如果變壓器在92°C（104°C）的繞組熱點溫度下運行對于帶tup的變壓器，設(shè)計壽命可達60年,。因此,，考慮到動態(tài)負載/需求變化在變壓器上，考慮到實際熱點,，變壓器可以優(yōu)化和智能過載變壓器的溫度不會降低設(shè)計壽命,。但是，在變壓器負載超過銘牌額定值時,，必須考慮IEC-60076-07的表4緊急加載,，以確保繞組熱點溫度不超過規(guī)定極限。因此,，繞組熱點溫度是操作人員最關(guān)心的問題,。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)計壽命的情況下評估短期過載的風險,。

三,、繞組溫度測量方法

a.常規(guī)方法（上層油溫測溫）

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,，將此差額乘以熱點系數(shù)，以說明接近尾聲時的額外損失,。纏繞,。該熱點系數(shù)通常使用工廠熱運行測試結(jié)果進行估算。對于給定的負載電流,，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,。熱點系數(shù)（H）取決于各種因素，如繞組類型和設(shè)計,、短路阻抗,，變壓器尺寸等,。在溫升試驗期間評估或計算。h的值可以是任何介于1.1到2.0之間,。對于配電變壓器,，假定為1.1，而對于（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，并通過毛細管連接到測量裝置（刻度盤）中的螺旋纏繞配料管儀表）,。當料管因溫度升高而膨脹時,，料管將展開,，從而移動指針在百分表刻度上,。

因此，繞組熱點溫度由實際的最高油溫加上與負載,。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量,。然而，這是引入不精確性的地方,。該模型在國際上得到廣泛應用,，并在iec/ieee中得到描述，不足以正確模擬繞組熱點溫度,，特別是在動態(tài)負載條件下,。主要原因包括冷卻管道中的油溫可能遠高于最高油溫，最高油溫用于計算熱點溫度的基礎(chǔ)溫度,。所以,，熱點溫度可能不同比上面計算的還要多。冷卻管道中油的時間常數(shù)可能遠高于頂部油,。在階躍加載下,，熱點溫度的推導可能不準確。

b.底油溫度測量方法

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最高油溫,。底油法考慮了油路溫度繞組熱點溫度偏差。在這種方法中,，損耗和溫升量是根據(jù)繞組的變化來調(diào)整的阻力和機油粘度隨機油溫度而變化,。這樣可以得到更精確的熱點溫度。盡管上面介紹的底油測量原理可以提供關(guān)于繞組熱態(tài)的準確信息現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，仍不能說明以下原因：熱點區(qū)域的渦流損耗和雜散損耗,。熱點區(qū)域的油流量,。熱點區(qū)域的油溫。油時間常數(shù),。不同膠帶的值,。用這種方法模擬或計算的熱點溫度將相對低于實際溫度。

因此,，直接測量熱點溫度成為必要,。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主要問題,，經(jīng)過多次研究發(fā)展,，改進和經(jīng)驗使這些溫度探測器高度可靠?？赡茉趯淼哪硞€時候這些將被用作標準繞組測量方法,。

四、直接測量

利用光纖探針測量繞組熱點溫度,，采用了幾種測量原理,。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

最廣泛使用的光纖溫度探針由砷化鎵（gaas）半導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0.4納米/攝氏度。光線通過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,。分光計測量光譜和波段的位置邊緣,，這是溫度特定的。此外,，光強度在溫度測量中沒有任何作用,，并且這是一個優(yōu)勢。

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，這樣波長腔體發(fā)出的光的輪廓取決于溫度,。光學時域反射（otdr）原理也被用于一些探針的測量,。這個溫度測量的原理是基于當激光脈沖耦合到光纖中時，激發(fā)光子散射和碰撞,。在時域上,，可以測量后向散射光子的間隔與溫度有關(guān)。直接測量的另一個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間光纜,。由激勵LED產(chǎn)生的適當波長的光通過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,。熒光衰減所需的時間取決于傳感器的溫度,。LED熄滅后，衰減的熒光信號繼續(xù)通過光纖傳輸?shù)絻x器,，在儀器上聚焦到探測器上,。探測器發(fā)出的信號是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的轉(zhuǎn)換將測量的衰減時間轉(zhuǎn)換為溫度桌子,。根據(jù)溫度范圍和應用，使用不同的校準表,，但總的來說這種光學傳感器技術(shù)的溫度范圍能力目前為-200°C至330°C,。激發(fā)光信號和熒光衰減信號沿同一光路通過意味著光纖探針和傳感頭可以相對較小,。這在醫(yī)學研究應用中尤為重要,，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)點是無需周期性校準,，且與光強無關(guān)，因此即使LED發(fā)出較低強度的光,，溫度測量也不會受到影響,。

傳感器發(fā)出的光衰減的速度與溫度的變化精確。不管上述感應溫度的原理如何,，繞組熱點的部件測量系統(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或第二個線圈之間的間隔,，這被認為是熱點,。至少兩個或在每個階段放置更多探針。設(shè)計良好且密封的罐壁進料通道,。光纖電纜,。將光信號轉(zhuǎn)換為外部電信號的轉(zhuǎn)換器,，通常位于主油箱壁上。

五,、結(jié)論

直接繞組熱點溫度測量技術(shù)已應用20多年經(jīng)過幾次修改和改進,，使其更可靠和更實惠。到目前為止,，最大的缺點阻止其使用一直是高昂的初始成本,。通過熱成像測量繞組溫度的傳統(tǒng)間接方法肯定會在不久的將來某一天就會過時，所有的變壓器都會默認使用直接光纖傳感器,。通過利用這項技術(shù)來獲得實際的實時熱點溫度,，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，使變壓器過載超過其銘牌額定值設(shè)計壽命,。