本文介紹了變壓器光纖測溫的必要性，對比了三種變壓器繞組光纖測溫技術(shù)特點。針對深圳電網(wǎng)110kV油浸變壓器繞組測溫項目，介紹了光纖傳感器的安裝和測溫數(shù)據(jù)分析，并與傳統(tǒng)的繞組溫度計和油溫計測量數(shù)據(jù)進行了比較。實際應(yīng)用證明，基于光纖光柵技術(shù)的光纖溫度傳感器能夠安全、準(zhǔn)確、可靠和實時的監(jiān)測繞組、鐵心、母排溫度。

1.概述

大型變壓器在運行時, 繞組溫度分布是不均勻的。通過傳統(tǒng)的熱模擬法測量的技術(shù)，運行繞組的溫升過程與模擬不盡相同，誤差較大，法國電網(wǎng)已停用該測溫裝置[1]。在頂層油溫處于正常水平的情況下，繞組的熱點溫度可能已發(fā)生局部過熱。繞組過熱一方面會造成該處油的分解并產(chǎn)生氣泡, 另一方面還會造成該處局部絕緣累積性的老化(多次重復(fù)過熱)，最終將導(dǎo)致絕緣擊穿而損壞變壓器。因此從設(shè)備安全的角度考慮，繞組熱點溫度的有效監(jiān)測意義重大。

變壓器絕緣運行壽命一般認為應(yīng)遵循六度法則:年平均溫度為98℃時具有正常壽命，當(dāng)超過或達不到98℃時,每上升或降低6℃,則變壓器壽命降低一半或延長一倍，如圖1所示[2]。從資產(chǎn)管理的角度考慮，繞組熱點溫度的有效監(jiān)測將保證資產(chǎn)在正確的工況條件下使用，而不影響變壓器的壽命。

因為繞組熱點溫度是變壓器負載的最主要限定因素，應(yīng)盡力準(zhǔn)確測出[3]。標(biāo)準(zhǔn)[4]中提出“由于熱點的位置很難預(yù)先準(zhǔn)確確定，加之油流的隨意變化，各不同位置的溫度也會隨之變化，因此最好同時用多個傳感器”。

2.變壓器熱點溫度直接測量技術(shù)

在變壓器熱點溫度直接測量技術(shù)上，主要采用光纖測溫技術(shù)。光纖為SiO2材料，具有非常優(yōu)異的絕緣特性，敏感組件測量和信號的傳輸均由光來完成，由于沒有電信號的引入，使得光纖傳感技術(shù)在變壓器熱點溫度監(jiān)測上成為可能。

目前使用光纖傳感技術(shù)測量變壓器熱點溫度主要有三種測量技術(shù)：熒光式測量，半導(dǎo)體式測量和光纖光柵測量。采用光纖熒光吸收式測溫技術(shù)[5]和光纖半導(dǎo)體吸收式測量技術(shù)[6]的的繞組測溫技術(shù)，受制于1根光纖只能接1個傳感器的技術(shù)特點，難以實現(xiàn)多點的監(jiān)測。光纖光柵式測量技術(shù)則可實現(xiàn)多點測溫。

2.1 熒光式測溫

熒光式測溫方法是在光纖末端鍍上熒光物質(zhì)，經(jīng)過一定波長的光激勵后，熒光物質(zhì)受激輻射出熒光能量。由于受激輻射能量按指數(shù)方式衰減，衰減時間常數(shù)根據(jù)溫度的不同而不同，通過測量衰減時間，從而得出測量點的溫度。

由于衰減時間常數(shù)的計算是通過熒光物質(zhì)受激輻射后的光強測量而換算得到的，而光強受光纖彎曲所產(chǎn)生的損耗、光纖接頭處的插入損耗以及外接光纜的光損耗等因素影響，可能導(dǎo)致衰減時間常數(shù)測量誤差，從而影響溫度測量精度。