基于砷化鎵光纖技術的變壓器繞組熱點溫度監測

何其武

（廣州發展南沙電力有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

變壓器是電力設備以及體系結構中十分關鍵的一個調控環節，是電力系統的基準控制點[1]。而變壓器的繞組實際上指的是變壓器的電路部分，關聯的設備以及裝置較為繁雜。目前，在大型電力系統的應用之中，主要是由銅導線混合鋁導線同時繞制?？紤]到電力控制以及供應的效率與質量，一般會采用層式或者餅式等方式來實現纏繞，根據匝線的作用順序，依次連續繞制，形成完整的控制結構[2]。這部分需要注意的是，部分的銅導線和鋁導線均具有較強的導電性，在不同的繞制狀態下，可以幫助變壓器營造更好的電力供應環境，加強絕緣度、安全性等[3]。

上述的方式雖然可以完成預期的電力執行目標，但是在實際應用的過程中，對于變壓器繞組自身熱點溫度的控制效果卻并不理想，這樣的實況一定程度上也會導致電壓器內部結構的損壞和失控，造成消極的影響[4]。因此，對基于砷化鎵光纖技術的變壓器繞組熱點溫度監測進行分析與研究?？紤]到最終測試結果的穩定性與可靠性，本文會在較為真實的環境之下，結合砷化鎵光纖技術營造更具穩固性的熱點溫度檢測模式，優化整體的溫度控制結構。在原本的監測環節中，增設多目標的監測模塊，以精細化的方式獲取對應的監測數據和信息，從多個角度實現全面執行處理，為后續的工作提供便利條件的同時，推動熱點溫度監測技術行業邁入新的發展臺階[5]。

1 砷化鎵光纖技術下變壓器繞組熱點溫度監測

1.1 光纖光柵溫度監測目標設定

在對砷化鎵光纖技術下變壓器繞組熱點溫度監測方法進行設計之前，需要先設定光纖光柵溫度監測目標。光纖光柵實際上是一種具有砷化鎵特點的光纖纖芯內介折射變動監測元器件，由于其周期性變化以及折射波長穩定等特點，多被應用在溫度監控或者光度控制等工作中，獲取較好的應用效果[6]。所以，可以在預設的范圍之內，計算出光纖光柵的監測周期，具體如式（1）所示：

式中，U表示光纖光柵的監測周期；b表示折射距離，x表示反射率；k表示光柵波長。通過上述計算，可以得出實際的光纖光柵的監測周期，將其與預設的周期相融合，接入砷化鎵光纖執行結構，并更改溫度的實時測定標準，形成動態的光纖光柵溫度監測目標。

1.2 構建多目標集成砷化鎵光纖熱節點監測結構

在完成對光纖光柵溫度監測目標的設定之后，接下來，需要構建多目標集成砷化鎵光纖熱節點監測結構。核定砷化鎵光纖監測標準，并依據變壓器繞組熱點溫度變化均等情況設定多層級的監測結構[7]。

但是這部分需要注意的是，所設計的每一個監測層級是獨立運行的，相互之間不存在較大的關聯。同時，在與社會的監測范圍之內，更改繞組匝數和纏繞方向[8]。調整此時熱節點的溫度情況。計算砷化鎵光纖繞組監測距離，具體如式（2）所示：

式中，Y表示砷化鎵光纖繞組監測距離；h表示光柵溫度均值；m表示模糊熱節點常值。通過上述計算，可以得出實際的砷化鎵光纖繞組檢測距離。在預設的溫度監測結構之中，與監測層級關聯的同時，依據溫度的變化狀態，設定具體的細化控制目標，形成多目標的集成砷化鎵光纖熱節點監測結構。

1.3 FBG砷化鎵光纖熱點溫度監測模型設計

在完成對多目標集成砷化鎵光纖熱節點監測結構的構建后，設計FBG砷化鎵光纖熱點溫度監測模型。依據變壓器繞組的外部執行情況，分析光纖光柵的測溫原理，具體如圖1所示。

圖1 光纖光柵的測溫原理

根據圖1，可以完成對光纖光柵的測溫結構的設計。結合變壓器的繞組情況，設定 FBG砷化鎵光纖重疊監測環節。對原本熱節點的監測流程進行分析，融入FBG砷化鎵光纖的技術，實現FBG砷化鎵光纖熱點溫度監測模型的構建，具體如圖2所示。

圖2 FBG砷化鎵光纖熱點溫度監測模型

通過FBG砷化鎵光纖熱點溫度監測模型，可以根據溫度的變化，調整 FBG砷化鎵光纖熱節點的定位，進一步提高模型的監測效果。

1.4 間接光纖測量法實現變壓器繞組熱點溫度監測

采用間接光纖測量法實現變壓器繞組熱點溫度監測，可以先利用模型獲取實時的監控數據信息，更改模型中的監測范圍。與此同時，將光纖的繞組監測環節提前，計算定向光纖覆蓋范圍，具體如式（3）所示：

式中，J表示定向光纖覆蓋范圍；E表示覆蓋均值。通過上述計算，可以完成對定向光纖覆蓋范圍。明確監測定量區域的同時，測量出繞組的終止值，核定溫度的變化狀態，實現熱節點溫度的監測，進一步確保最終監測結果的精準性和可靠性。

2 方法測試

本次主要是對砷化鎵光纖技術下變壓器繞組熱點溫度的實際監測效果進行分析和研究?？紤]到測試結果的穩定性和可靠性，監測方法測試會以對比的形式驗證，測試需在相同的環境之下同時進行。測試選擇3種方法，劃定為3個測定小組。第一組為傳統的增壓繞組熱點溫度監測方法，將其設定為傳統增壓繞組熱點溫度監測小組；第二組為傳統的數據驅動繞組熱點溫度監測方法，將其設定為傳統繞組數據驅動繞組熱點溫度監測小組；第三組為本文所設計的繞組熱點溫度監測小組，將其設定為砷化鎵光纖繞組熱點溫度監測小組。3組方法同時進行測定，最終得出的結果也以對比的形式分析。接下來，根據監測的需求，完成相關的測試準備并搭建測試環境。

2.1 測試準備

在對砷化鎵光纖技術下變壓器繞組熱點溫度的實際監測效果進行分析和研究之前，需要先搭建對應的測試環境。通常情況下，變壓器的繞組熱源主要是在通電流的過程中產生的，一般是焦耳熱量。但是這部分熱量往往會在渦流和磁滯的應用與執行中消耗。本文選擇Q變電站的變壓器繞組作為測試的主要目標對象。

在變壓器繞組的內部結構之中安裝油箱和對流散熱器，同時，關聯的冷卻裝置也需要與油箱的執行頻率保持一致。此時，自然油循環冷卻的方式主要是依靠輻射和空氣對流實現的。在不同的環境下，對變壓器的油溫進行基礎性控制，在原本的基礎之上，此時需要計算出變壓器的循環測定比，具體如式（4）所示：

式中，H表示變壓器循環測定比；w表示面密度；e表示承壓總值。通過上述計算，可以得出實際的變壓器循環測定比。根據變壓器循環測定比，劃定具體的監測范圍，同時，檢驗此時的變壓器狀態，分析內部油的流動對變壓器的溫升的影響程度。變壓器繞組的執行單元指令為S13－M－200/10，繞組的層級劃定為14層，分為高低兩個階段，繞組高度設定為460 mm。變壓鐵心為三相三柱模式，整體上為硅鋼的材質。通過預設的監測模型，觀測到此時變壓器的熱源呈現出均勻分布的現狀，但是隨著時間的變化，繞組的溫度也會隨之升高或者下降。具體如圖3所示。

圖3 繞組的溫度變化

根據圖3，可以對繞組的溫度變化形態進行了解與分析。隨后，根據溫度監測模型的處理，獲取熱源的分布區域，并計算出監測均值，具體如式（5）所示：

式中，T表示監測均值；d表示散熱距離，f表示控溫標準比。通過上述計算，可以得出實際的監測均值。完成之后，劃定對應的監測范圍，核定測試的設備與裝置是否處于穩定的運行狀態，并確保不存在影響最終給測試結果的外部因素。核定無誤后，開始具體測試。

2.2 測試過程及結果分析

在完成上述測試環境的搭建之后，結合砷化鎵光纖技術進行測試。利用此項技術，劃定具體的監測范圍，在預設的變壓器內部結構之中，對繞組的執行程序的穩定性測試。同時，電路內部安裝光纖搭接裝置，營造光纖監測環境。測定獲取砷化鎵溫度監測數據與信息，并計算出砷化鎵負載極值，具體如式（6）所示：

式中，L表示砷化鎵負載極值；a表示搭接距離；v表示溫度控制范圍。通過上述計算，可以得出實際的砷化鎵負載極值。

調整檢測模型以及平臺中的砷化鎵標準數值，在原本的基礎之上擴大對用戶的監測范圍。此時，利用溫度監控裝置測定熱點溫度實時數值，在范圍之內，根據砷化鎵技術，設定熱點溫度監測節點。這部分需要注意的是，光纖溫度監測節點的定位，均是獨立的，但是在實際應用的過程中，具有一定的關聯性。構建砷化鎵光纖熱節點溫度監測結構，具體如圖4所示。

圖4 砷化鎵光纖熱節點溫度監測結構

根據圖4，可以完成對砷化鎵光纖熱節點溫度監測結構的設計與構建。在上述結構之中，獲取變壓器的執行數據，結合溫度變化情況，收集熱節點的信息，并計算出監測響應時間，具體如表1所示。

表1 測試結果對比分析表

根據表1，可以完成對測試結果的分析與研究：與傳統的增壓繞組熱點溫度監測小組和傳統繞組數據驅動繞組熱點溫度監測小組相對比，本文所設計的砷化鎵光纖繞組熱點溫度監測小組最終得出的響應時間相對較短，表明其在實際應用的過程中，監測的響應速度更快，溫度控制監測的誤差更小，具有實際的應用價值。

3 結 論

綜上所述，便是對基于砷化鎵光纖技術的變壓器繞組熱點溫度監測的分析與研究。與傳統的監測模式相對比，本文所設計的溫度監測方法呈現出更加靈活、穩定且多變的監測效果，在復雜的電力調控模式之下，可以更為精準地獲取到電力數據與信息，從多個角度，結合砷化鎵光纖技術，制造更為機械化、數字化的智能檢測環節，更為細致地捕捉監測過程中存在的問題，并制定解決計劃，利用砷化鎵光纖技術，構建功能強大的監測系統，與互聯網相關聯的同時，進一步提升了整體的監測效率和質量，避免監測失誤、混亂等問題的出現，為相關技術的綜合發展、創新提供理論依據。