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    基于分布式光纤传感的变压器绕组变形检测与故障识别可行性研究

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          电力变压器在电力系统中具有重要地位,其安全运行直接影响着供电的可靠性与安全性。当变压器发生短路故障时,变压器绕组受到巨大电动力作用,会发生塌陷、鼓包等永久性变形。如不及时发现,累计效应会使变形进一步加剧,最终导致变压器事故。变压器绕组变形最直观的检测方式为吊罩检查,作为早期绕组变形的检测手段,该方法耗费大量的物力和财力,且难以判断内侧绕组的状况。后来,国内外专家陆续开发了多种变压器绕组变形无损检测方法。主要有短路阻抗法(short-circuit reactance, SCR)、低压脉冲法(low voltage impulse, LVI)、频率响应分析法(frequency response analysis, FRA)和振动法。短路阻抗法又称短路实验法是最早应用的变压器绕组变形检测方法,该方法以变压器绕组的漏抗作为状态参量,方法简单,重复性好,但对绕组的轻微变形不敏感,无法判定绕组变形种类; 低压脉冲法是由波兰学者 Lech 和 Tyminski 于 1966 年提出的,该方法弥补了短路阻抗法测量灵敏度低的缺陷,但在实际应用中易受现场复杂电磁环境的影响,重复性较差;为克服低压脉冲法的一些缺陷,1978 年加拿大学者 E.P.Dick 和 C.C.Erven提出频率响应法,该方法通过向变压器内部注入扫频信号, 比较频率响应变化。由于该方法灵敏度高,抗干扰能力强,现已成为我国电力系统检测变压器绕组变形的主要方法之一。但是该方法仅能进行离线测试,且对绕组首端位置的故障响应不灵敏;振动检测法根据箱体振动信号判断绕组状态,虽可做到在线监测,但若变压器发生短路故障,将会危及传感器及人身安全,该方法目前正处于研究阶段,并未得到广泛实施。为适应电气设备在线监测与状态评估的发展趋势,越来越多的学者致力于研究变压器绕组变形带电检测技术的可能性。但是变压器绕组变形在线监测受测量导线分布、穿心式电流互感器位置、地线长度等因素影响较大,理论研究和工程实践还不够深入,无法实现绕组变形的准确判断。

    BOTDR 检测原理

          分布式光纤传感技术是近几年迅速发展起来的新型传感技术,其利用光纤的低损耗传输特性, 通过分析光纤后向散射光的分布变化来检测光纤周围温度、应变等被测物理量,是一种全分布式的光纤传感技术。具有尺寸小、重量轻,耐温性能好, 抗电磁干扰性强,传输距离远,便于遥测和控制等优点。应用范围极广,包括:高压电力电缆、高压输电线覆冰状态监测;桥梁、高速公路等动态检测、防护及报警;火灾监测等。了相关实验,利用布里渊光时域反射计(Brillouin optical time domain reflectometer, BOTDR)实现了绕组变形的准确测量,并采用极限学习机(extreme learning machine, ELM)对绕组应变信号进行模式识别,为变压器绕组变形检测提供了一种新的技术手段。



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