- 頭條華電學者應用分布式光纖傳感技術，在線檢測變壓器繞組的變形程度2021-10-25 作者：劉云鵬 李歡 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為了解決變壓器繞組變形在線監測困難、傳統檢測手段精確度較差等缺點，新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）、華北電力大學河北省輸變電設備安全防御重點實驗室、國網河北省電力有限公司電力科學研究院、國網河北省電力有限公司石家莊分供電公司的研究人員劉云鵬、李歡、田源、賀鵬、范曉舟，在2021年第7期《電工技術學報》上撰文發表研究成果，提出了一種基于分布式光纖傳感技術（BOTDR）的變壓器繞組變形檢測手段，以實現對變壓器繞組的變形定位、類型判別和程度檢測。
電力發展對于經濟發展至關重要，而變壓器作為電能傳輸和轉換中的重要組成部分，其安全穩定運行對電網意義重大。研究發現，大型變壓器因遭受多次區外故障造成繞組變形直至最終發展成為內部匝間故障的事故較為多見，對電網安全影響極大。
傳統的檢測手段，如短路阻抗法、頻率響應法和掃頻阻抗法等，具有易受現場環境干擾、無法實現變形定位與程度準確判斷等缺點。在對電網運行安全要求逐漸提高的今天，急需一種能夠準確實現繞組變形定位和變形程度檢測的新型傳感手段。
分布式光纖傳感技術在近年逐漸興起，其使用光纖作為信號傳輸媒質和傳感媒質，能獲得沿線各點處的溫度、應變、振動等各種信息，相比于其他點式傳感器具有測量點數多（上千乃至上萬點）、傳感距離遠（數千米至數十千米）等優勢，被廣泛應用于建筑健康監測、橋梁隧道和飛機等航天器狀態監測等各領域。這一技術還具有傳感光纖體積小和材質均為絕緣、不受電磁干擾等優點，使得其在電力設備狀態監測中也能有用武之地。
為了實現繞組輻向變形的定位與程度判斷，將分布式光纖傳感技術應用于繞組變形領域。華北電力大學等單位的研究人員，把一種表面開槽的電磁線作為研究對象，通過在導線表面開槽，槽中鋪設直徑0.5mm的護套緊包纖作為傳感介質，制造了光纖復合電磁線。使用COMSOL Multiphysics對其進行了靜電場仿真，結果顯示光纖復合電磁線相較正常導線未發生明顯電場畸變和絕緣強度降低。
圖1 光纖復合式繞組
他們對該導線進行了固體力學仿真，結果顯示在內凹和外凸兩種變形條件下，光纖應變與導線變形程度（以撓度作為指標）之間關系可以用二次函數來描述，R2＞0.999。之后使用粘貼光纖的銅排模擬實際繞組，搭建試驗平臺。在仿真結論的基礎上，獲得了繞組撓度與光纖布里淵頻移之間的關系。
圖2 試驗平臺示意圖
研究人員使用光纖復合電磁線繞制了一個35kV變壓器繞組模型，并搭建了基于分布式光纖傳感的變壓器繞組變形監測試驗平臺，基于此平臺，對繞組施加11組輻向變形，使用分布式光纖傳感技術實現了精度在2餅以內的繞組變形定位。在內凹和外凸兩種變形下，繞組變形程度與應變量之間均呈二次函數關系，R2分別為0.9644和0.9995，通過這一關系計算出的繞組變形程度與實際值誤差在10%以內，能較好地滿足工程需求。
圖3 繞組施加變形
圖4 繞組變形程度判斷
他們最后指出，這一技術不易受電磁干擾、振動等影響，可以實現對變壓器內部繞組變形程度、變形位置的準確實時在線檢測，為變壓器的智能傳感和智能運維提供一種新的解決方案。
本文編自2021年第7期《電工技術學報》，論文標題為“基于分布式光纖傳感的繞組變形程度檢測”，作者為劉云鵬、李歡 等。
