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    基于分布式光纖傳感的變壓器繞組變形檢測與故障識別可行性研究

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          電力變壓器在電力系統(tǒng)中具有重要地位,其安全運行直接影響著供電的可靠性與安全性。當變壓器發(fā)生短路故障時,變壓器繞組受到巨大電動力作用,會發(fā)生塌陷、鼓包等永久性變形。如不及時發(fā)現(xiàn),累計效應(yīng)會使變形進一步加劇,最終導(dǎo)致變壓器事故。變壓器繞組變形最直觀的檢測方式為吊罩檢查,作為早期繞組變形的檢測手段,該方法耗費大量的物力和財力,且難以判斷內(nèi)側(cè)繞組的狀況。后來,國內(nèi)外專家陸續(xù)開發(fā)了多種變壓器繞組變形無損檢測方法。主要有短路阻抗法(short-circuit reactance, SCR)、低壓脈沖法(low voltage impulse, LVI)、頻率響應(yīng)分析法(frequency response analysis, FRA)和振動法。短路阻抗法又稱短路實驗法是最早應(yīng)用的變壓器繞組變形檢測方法,該方法以變壓器繞組的漏抗作為狀態(tài)參量,方法簡單,重復(fù)性好,但對繞組的輕微變形不敏感,無法判定繞組變形種類; 低壓脈沖法是由波蘭學(xué)者 Lech 和 Tyminski 于 1966 年提出的,該方法彌補了短路阻抗法測量靈敏度低的缺陷,但在實際應(yīng)用中易受現(xiàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的影響,重復(fù)性較差;為克服低壓脈沖法的一些缺陷,1978 年加拿大學(xué)者 E.P.Dick 和 C.C.Erven提出頻率響應(yīng)法,該方法通過向變壓器內(nèi)部注入掃頻信號, 比較頻率響應(yīng)變化。由于該方法靈敏度高,抗干擾能力強,現(xiàn)已成為我國電力系統(tǒng)檢測變壓器繞組變形的主要方法之一。但是該方法僅能進行離線測試,且對繞組首端位置的故障響應(yīng)不靈敏;振動檢測法根據(jù)箱體振動信號判斷繞組狀態(tài),雖可做到在線監(jiān)測,但若變壓器發(fā)生短路故障,將會危及傳感器及人身安全,該方法目前正處于研究階段,并未得到廣泛實施。為適應(yīng)電氣設(shè)備在線監(jiān)測與狀態(tài)評估的發(fā)展趨勢,越來越多的學(xué)者致力于研究變壓器繞組變形帶電檢測技術(shù)的可能性。但是變壓器繞組變形在線監(jiān)測受測量導(dǎo)線分布、穿心式電流互感器位置、地線長度等因素影響較大,理論研究和工程實踐還不夠深入,無法實現(xiàn)繞組變形的準確判斷。

    BOTDR 檢測原理

          分布式光纖傳感技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來的新型傳感技術(shù),其利用光纖的低損耗傳輸特性, 通過分析光纖后向散射光的分布變化來檢測光纖周圍溫度、應(yīng)變等被測物理量,是一種全分布式的光纖傳感技術(shù)。具有尺寸小、重量輕,耐溫性能好, 抗電磁干擾性強,傳輸距離遠,便于遙測和控制等優(yōu)點。應(yīng)用范圍極廣,包括:高壓電力電纜、高壓輸電線覆冰狀態(tài)監(jiān)測;橋梁、高速公路等動態(tài)檢測、防護及報警;火災(zāi)監(jiān)測等。了相關(guān)實驗,利用布里淵光時域反射計(Brillouin optical time domain reflectometer, BOTDR)實現(xiàn)了繞組變形的準確測量,并采用極限學(xué)習(xí)機(extreme learning machine, ELM)對繞組應(yīng)變信號進行模式識別,為變壓器繞組變形檢測提供了一種新的技術(shù)手段。



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