引用本文:

张书琦,普天,向李程,等. 变压器绕组线光纤嵌入过程的应变监测[J]. 光通信技术,2020,44(7):52-55.

变压器绕组线光纤嵌入过程的应变监测

张书琦1,普 天2,向李程2,徐征宇1,廖和安3,张东生2*

(1.中国电力科学研究院有限公司,北京 100192; 2.武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室,武汉 430070; 3.无锡统力电工股份有限公司,江苏 无锡 214100)

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摘要:光纤嵌入技术是实现变压器绕组分布式光纤传感的关键。变压器绕组在绕制过程中铜扁线需要进行一定程度的拉伸、弯曲和扭转,光纤在此过程中常会受到较大的拉伸而断裂。为了对光纤嵌入变压器绕组线的工艺过程进行优化,试验将200 m光纤嵌入到绕组线中,并使用光纤布喇格光栅(FBG)对绕组线的完整加工过程进行了应变监测,得到光纤在铜扁线绕制过程中不同环节所承受的应变值。试验结果表明:光纤在铜线绕制过程中所受到的最大应变均位于收线机位置,约4800 με,在光纤的可承受范围之内;光纤在整个过程未折断且FBG未发生啁啾现象。

关键词:变压器绕组;分布式光纤传感;光纤布喇格光栅;应变监测;粘结剂

中图分类号:TN930.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)07-0052-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.07.012

0 引言
       电力变压器作为电力系统中的重要设备,其性能和质量直接关系到电网的安全可靠性[1]。变压器的绕组是变压器的核心部分,如果变压器绕组内部的机械结构存在薄弱环节,必然会产生绕组扭曲、鼓包和移位等变形现象[2-3],严重时会导致突发性损坏事故。分布式光纤传感技术可以通过对变压器内部绕组温度、应变和振动状态的实时监测,对变压器绕组的异常状态进行预警和报警[4-5],减少事故的发生。但是,将光纤嵌入到变压器绕组中是对变压器内部绕组实时在线监测的前提。由于变压器绕组在绕制过程中铜线需要进行一定程度的拉伸、弯曲和扭转,光纤在铜线缠绕弯曲过程中经常会受到较大的拉伸而断裂。为保证光纤在后续试验嵌入过程中不发生断裂现象,需全程对模拟光纤嵌入过程试验进行应变监测,确定工艺流程中应变较大(光纤容易发生断裂)的位置,以便对变压器绕组铜扁线嵌入光纤的工艺进行有目的的局部优化。
  目前,适合对变压器绕组进行应变监测的光纤传感技术包括:光纤布喇格光栅(FBG)传感[4]、布里渊散射分布式光纤传感和瑞利散射分布式光纤传感,这3种光纤传感各有特点。其中,布里渊散射分布式光纤传感技术与瑞利散射分布式光纤传感技术皆可获得光纤上不同位置处的散射信号,从而获得对应的应变信息。但是二者的响应速度较慢,无法对光纤嵌入变压器绕组这一过程进行实时监测。FBG传感器虽然为"点式"传感器,但是,由于在光纤嵌入的整个过程中,FBG会连续地通过"光纤嵌入装置"的各个环节对光纤经历的整个嵌入过程都进行实时在线的监测,因此,使用"点式"的FBG传感器即可胜任。本文使用FBG传感技术,基于该技术测量应变的基本原理,成功将多个FBG传感器预埋入变压器绕组线,并对光纤嵌入过程进行应变监测。

4 结束语
      本文在试验中成功将200 m的光纤嵌入了变压器绕组线,嵌入效果较好,光纤未发生折断。同时,通过FBG测量了光纤嵌入到绕组线中的应变情况及铜扁线通过涂漆加工时的应变情况。整个嵌入过程应变变化趋势对嵌入装置的优化具有指导性意义。试验可得出以下结论:
  ①光纤嵌入到绕组线的过程和涂漆过程的最大应变处均出现在光纤弯曲曲率较大(收线机)的位置,应变大小为4888.2 με。后续嵌入装置的优化工作可着重围绕收线机进行。
  ②在试验给定的工艺条件下,FBG测得的应变在光纤可承受的应变范围内,说明FBG在嵌入过程所处的环境满足分布式光纤传感系统的测量要求。
  ③试验给定的粘结剂在当前工艺条件下固化效果好,可以满足项目使用要求。