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1、电力变压器温度的在线监测与诊断摘要伴随着我国经济的快速发展，我国的电网运行水平也在不断提高，电力变压器是电力系统中最重要的、最昂贵的设备之一，它的可靠性直接关系到电网是否安全、高效、经济的运行。大部分变压器寿命的终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的最主要因素是变压器运行时的绕组温度。如果变压器运行时的绕组最热点温度过低，则变压器的能力就没有得到充分利用，减低了经济效益，而热点温度过高，不仅会影响变压器使用寿命，还将对变压器安全运行造成威胁。电力变压器内部属于高电压、强电磁场环境，对于变压器绕组温度的监测，光纤光栅传感技术与传统的电信号传感技术相比具有无法比拟的优势，尤其是适于电力
2、变压器内部的复杂电磁环境。本论文研究分布式光纤传感器的应用系统，主要包括两方面。首先，深入细致地分析研究了分布式光纤温度传感器系统的原理；分析目前世界上光纤测温的先进技术以及科研成果，采用基于拉曼散射的反斯托克斯和斯托克斯光的光强比较技术，从空间和温度分辨率入手，结合实际情况制定本系统的可行方法。其次对系统的每一部分都以物理公式的推导为基础，以变使系统各部分的构建达到最优化；最终将复杂的系统分解为较为简单的、有利于我们用软硬件实现的部分。其次，在系统原理明确的基础上实现了该系统的光纤采样及后面的软件运算等部分，依据设计方案完成了试验装置，进行了试验研究。关键词：绕组热点温度；光纤光栅；在线监测
3、；分布式光纤传感器；单片机Power transformer on-line monitoring and diagnosisAbstractAlong with the rapid development of economy in our country, the level of power grid operation in our country are also constantly improve, power system of power transformer is one of the most important and most expensive equipment
4、, its reliability is directly related to the power grid is safe, efficient and economic operation. Most of the end of the transformer life because it lost its insulating ability, is the most important factors which affect the ability of the insulation transformer winding temperature at runtime. If t
5、ransformer winding at runtime the hot spot temperature is too low, the ability of the transformer is underutilized, reduced economic efficiency, and the hot spot temperature is too high, will not only affect the service life of the transformer, will also pose a threat to the safe operation of the tr
6、ansformer. Power transformer internal belong to high voltage and strong electromagnetic environment, for the transformer winding temperature monitoring, fiber Bragg grating sensing technology compared with the traditional electrical sensor technology has incomparable advantages, particularly suitabl
7、e for power transformer internal complex electromagnetic environment.Application of distributed fiber optic sensor system are studied in this paper, mainly including two aspects. First of all, analyzed deeply and in detail the principle of distributed optical fiber temperature sensor system; Analysi
8、s of the current optical fiber temperature measurement in the world advanced technology and scientific research, based on the anti stokes Raman scattering and stokes light intensity is more technology, from the perspective of the space resolution and temperature, combined with the actual situation m
9、ake the feasible method of this system. Secondly the system each part based on the physical formula is derived, with variable to optimize the system each part of the building; Will eventually be a complex system is decomposed into relatively simple, is advantageous to the we use part of the hardware
10、 and software implementation. Second, clear the principles of system implemented on the basis of the system of optical fiber part such as sampling and the software behind the operation, according to the design completed test rig, is researched.Keyword: Winding hot spot temperature; Fiber Bragg grati
11、ng; On-line monitoring;Distributed optical fiber sensor; Single chip microcomputer目录摘要Abstract第一章 绪 论11.1 本论文的背景和意义11.2 本论文的主要方法和研究进展11.3 本论文的主要内容11.4 本论文的结构安排1第二章 各章题序及标题小2号黑体22.1 各节点一级题序及标题小3号黑体22.1.1 各节的二级题序及标题4号黑体22.2 页眉、页脚说明22.3 段落、字体说明22.4 公式、插图和插表说明2结论136参考文献（References）138致谢150附 录 1 标题8附 录 2
12、 标题9第一章 绪论1.1变压器在线监测的意义伴随着我国经济的快速发展，我国的电网运行水平也在不断提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以减少人为误操作的可能性，提高运行的可靠性。同时在简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面变电站已改变了运行的面貌，变电站自动化己转向了实用化阶段。国家电网公司先后出台了国家电网公司“十一五”科技发展规划、关于开展电网运行管理控制技术研究和推广应用的实施意见，将变电站综合自动化技术、高压输变电主设备安全运行技术作为
13、重点技术领域，以便为建设坚强电网提供必要的技术支持和保障。截至 2005年底，全国发电装机容量已超过5 亿千瓦，预计到 2020 年我国人均装机容量将达到 0.8千瓦，总装机容量也将超过10 亿千瓦。在电网规模如此大，电压等级如此高的情况下，一旦发生大面积的停电事故，将给国家造成巨大损失，给人民带来巨大不便，电力系统的可靠性问题就显得尤为重要。电力变压器是电力系统中最重要的、最昂贵的设备之一，它的可靠性直接关系到电网是否安全、高效、经济的运行。电力变压器是电网中能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路。如果一台大型电力变压器在系统中运行时发生事故，则可能导致大面积停
14、电，其检修期一般要半年以上，造成巨大的经济损失。以一套三相500 kV ，360 MVA的大型变压器为例，若发生绝缘故障，其维修费用当在数百万元，停电一天的直接电量损失（按 1 kWh 电0.4元计）达280万元，若计入间接损失和社会损失，那么它给整个社会造成的损失将更大。同时随着特高压项目的起动建设，对变压器工作可靠性的要求更高。因为一旦特高压电网的枢纽电力变压器出现故障，其带来的损失将是500 kV等超高压变压器的 34 倍甚至更高。变压器本身也是电力系统中最昂贵设备之一，单以其本身价格计算，进口的250 MVA/500 kV变压器平均约133 万美元/台，国产同规格的也可达到1000 万
15、元/台。电力变压器是电力系统中输变电能的高压电气设备，担负着电压、电流的转换及功率传输的任务，其性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。由于变压器采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，并长期处于高电压、大电流和满负荷运行状态，直接导致热量集结加剧、温度升高，威胁电气绝缘性能。变压器过热故障是常见的多发性故障，它对变压器的安全运行和使用寿命具有严重威胁。长期研究表明，大型电力变压器的运行可靠性在很大程度取决于其绝缘状态。大部分变压器的寿命终结是因为其丧失了应有的绝缘能力，而影响绝缘能力的最主要因素是变压器运行时的绕组温度。变压器绕组最热点的绝缘会因为过热而老化。若绕组最热点的温度过低，则变压
16、器的能力就没有得到充分利用，减低了经济效益。热点温度如超过允许限值，不仅会影响变压器使用寿命，还将对变压器安全运行造成威胁。因此有必要对电力变压器的绕组温度进行在线监测，防止变压器过热以保证变压器安全运行和延长其设备寿命。变压器运行时，有一部分电磁能量将转变为热量。也就是说，在变压器运行时，在铁心、绕组和钢结构件中均要产生损耗，这些损耗将转变为热量发散到周围介质中去，从而引起变压器发热和温度升高。随着绕组及铁心温度的升高，它们与周围的变压器油通过散热器将热量传递给外部冷却介质。经过一段时间后，绕组、铁心和油的温度上升达到稳定。一般来讲，由于产生的损耗不同，变压器内部各部分的温度也不同，绕组最高，其次为铁
