智能化高压电器温升的在线监测

3 变压器绕组及XLPE 电缆的温度分布在线测量

前面介绍的测温方法可以完成少数几个点的温度在线监测，增加测温点，则要增加埋置传感器及传输信号的光纤，这种方法难于实现变压器绕组、XLPE电缆中温度分布的在线监测。

分布型光纤传感系统(Distributed optical fibertransducer system) 集光学时域反射技术、非线性光谱技术、光纤传感技术、弱信号检测、计算机处理技术于一体，具体对光纤沿线几千米内各点的温度连续实时测量，定位精度可达米的数量级，测量精度可达1 ℃，所以非常适合于大型变压器绕组、高压电力电缆、大型发电机定子绕组的温度分布在线测量。

这一方法基本原理是将具有一定能量和宽度的激光脉冲耦合到光纤，它在光纤中传输， 同时不断产生背向喇曼信号，因背向散射光状态受到各点物理、化学效应调制，将散射回来的光波经检测器解调后，送入信号处理系统，便可获得各点温度信息，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。这根光纤长达数千米，可埋入变压器绕组及XLPE 电缆内。

图4 是分布型光纤测温原理图。从光纤一端入射的光，在光纤的各部分中散射，将反射到入射端的光(背向散射光) 变为电信号，再换算成温度。由于光在光纤中的传播速度是已知的，所以知道了从入射至接收到散射回来的光所花费的时间，就可以知道所接收的背向散射光是在什么地方反射回来的。

图4 分布型光纤温度测量原理

背向散射光中有同入射光波长相同的光(瑞利散乱光) 和同入射光波长偏移±Δλ的光(喇曼散乱光) 。喇曼散乱光又因波长不同而分为斯托克斯光和反斯托克斯光。喇曼散乱光很弱，但它与温度有关，通过它们之间的关系，可以求出温度。

在日本，分布型光纤温度传感系统已广泛应用于地下电缆、高压架空电缆在线检测及过热报警、大小型变压器的整体温度检测及过热报警领域。随着我国工、农业及电力系统的发展，对在线监测的要求提高， 分布型光纤温度传感技术会得到广泛应用。

4 避雷器泄漏的在线监测

在线路上装设避雷器(要满足避雷器与绝缘子串的绝缘配合要求)，可以防止绝缘子串的闪络事故，因此避雷器是电力系统的重要设备之一。氧化锌避雷器(MOV)，具有通流容量大、保护性能好、结构简单等优点，在电力系统已获得广泛应用。

由于氧化锌长期承受工频电压，且有泄漏电流流过阀片，会引起老化。在泄漏电流中有容性泄漏电流和阻性泄漏电流，其中阻性泄漏电流会使阀片温度升高而发热，加速老化速度， 严重的可使避雷器阀片失效。氧化锌避雷器内部受潮或阀片老化等缺陷，一般可通过停电试验检查出来，但是氧化锌片是非线性电阻元件，有的隐患无法在在停电试验时查出。因此， 对氧化锌避雷器进行带电在线监测，可以及时发现事故隐患，有效防止事故的发生。

LCD - 4 型泄漏电流测试仪是日本计测制造厂研制的避雷器测试仪，可以带电在线测量避雷器的阻性泄漏电流、功耗及全电流，其原理如图5 所示

图5 LCD - 4 测试仪原理简图

DFA ———差分放大器M1 , M2 ———乘法器

GCA ———增益放大器DF ———差分移相器 

PVD ———峰值电压测量回路

电流信号IX 取自电流互感器，电压信号取自电压互感器。峰值电压测量回路(PVD) 输出阻性电流峰值IR ，IR 与电压US 的乘积为功耗PX ，送显示单元显示。该仪器可在现场对带电避雷器进行实测，湖北省电力试验研究所曾对现场测量数据进行整理、分析，发现每台氧化锌避雷器的阻性泄漏- 温度曲线不是线性的，即随温度增高，变化率增大，在不同环境下曲线有差异。因此氧化锌避雷器现场带电测量无法做到绝对准确，但要求仪器操作简便、稳定可靠，能在恶劣环境下可靠运行。

由于避雷器全部泄漏电流中容性泄漏变化极小，所以可以通过全部泄漏电流的测量来监视避雷器阀片特性。常州太平洋自动化技术有限公司的BLC —1 型避雷器泄漏电流在线监测仪就属于这一类。图6 是由它组成的在线监测自动变送、报警系统。装置特点是避雷器回路的电流取样部分无需工作电源，即可变换成反映电流变化的光脉冲信号，经光纤传输隔离、微机数据处理后送控制室，当避雷器绝缘性能降低、泄漏电流超过标准时及时报警。虽然利用该技术进行报警的灵敏度比测量阻性电流的灵敏度低，但对于现场在线监测已足够了。

图6 由BLC —1 组成的在线监测自动变送、报警系统

5 结束语

在线监测单元的功能是采集电器设备运行时周围环境的大量信息(如温度、湿度、压力等) 进行分析，实现最优控制;采集电器设备自身状态信息进行分析，判别本身是否处于正常，如有异常，及时报警。因此在线监测单元的任务是确保智能电器本身可靠运行，使运行人员更合理地确定检修周期。

对于大型变压器、GIS 组合电器，在线监测技术显得更为重要，因为大型变压器、GIS 组合电器检修费用昂贵，延长检修周期可节省大量费用。中压设备本身的费用要比高压设备(如大型变压器、GIS 等)低很多，估计在中压领域内的在线监视和诊断系统功能只限于某些特殊功能，不会增加很多费用。未来，在线监视和诊断系统将日益增多地装入高压、中压电器设备中。

参考文献

1 Dlaus D W et al.The evolution of transmission and distributionnetwork operation practice and its effects on switcher require2ments (CIGRE SC—13) .1998

2 郑劲，彭晓莺.LCD - 4 型检测仪带电测试氧化锌避雷器的误差分析及检测效果.电瓷避雷器，1995 (6)。

5 李红斌.光学电流互感器传感头的研究.光学学报，1997(7)

Research on Combined ElectronicCurrent and Voltage Transducers

Duan Xiongying

(Dalian University of Technology)

Abstract In this paper ,the principle and technique of electronicTA and TV are introduced , and the design of a new type combinedelectronic current and voltage transducers are given.A Rogowski coiland a capacitive voltage divider are used as current sensor and volt-age sensor respectively in the design and optic fibers are used totransmit signal.Active signal modulation and signal processing tech-nology are used too1Part experimental results of the prototype of ETAand ETV are also given.

Keywords ETA ETV Rogowski coil