2023油浸式电力变压器用光纤测温装置技术规范

油浸式电力变压器用光纤测温装置技术规范PAGEPAGE17目  次TOC\o"1-2"\h\u5069前言 II110641范围 1262112规范性引用文件 1100583术语和定义 1269634使用条件 2166875基本原理 369486技术要求 4303017试验项目 6164698标志、包装、运输、贮存 719118附录A（资料性附录）变压器光纤测温装置光纤测温点布置典型示例 916721附录B（资料性附录）变压器光纤测温装置安装方法示例 13油浸式电力变压器用光纤测温装置技术规范范围本标准规定了油浸式电力变压器绕组光纤测温装置(以下简称测温装置)的术语和定义、基本原理、技术要求、试验项目与要求、标志、包装、运输及贮存等。本标准适用于在油浸式电力变压器的内部安装的、采用光纤测温原理进行绕组温度测量的装置。规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T507绝缘油击穿电压测定法GB1094.2电力变压器第2部分温升GB2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB2423.3电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB2423.22电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验N：温度变化GB4943.1信息技术设备第1部分通用要求GB/T9361计算机场地安全要求GB/T11287电气继电器第21部分量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验第1篇：振动试验(正弦)

GB/T14537量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.1电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T17626.6电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T17626.9电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验GB/T17626.10电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验GB/T17626.11电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验DL/T264油浸式电力变压器（电抗器）现场密封性试验导则DL/T860实验技术规范术语和定义下列术语和定义适用于本标准。光纤测温fiberoptictemperaturemonitoringtechnology采用光纤作为传感元件和传输介质进行温度测量的技术手段。热点温度hotspottemperature绕组中最热点的温度。光纤测温装置opticalfibertemperaturemeasuringdeviceforoil-immersedtransformer基于光纤传感技术对变压器监测点温度进行自动连续在线监测的装置。根据检测原理分为光纤光栅测温装置、光纤荧光测温装置和光纤半导体测温装置。光栅测温Gratingtemperaturemeasure利用光纤光栅作为传感元件对温度进行测量。荧光测温fiberflorescencetemperaturemeasure利用光纤末端荧光物质的衰减特性对温度进行测量。半导体测温Semiconductortemperaturemeasure利用半导体晶体材料（砷化镓）能量带隙反射光频谱的跃变特性对温度进行测量。光纤温度传感器fiberoptictemperaturesensor通过光纤将被测物体温度信息传输至监测主机的传感器。监测主机temperaturemonitordevice由光-电处理单元和控制单元等组成。光纤接口fiberopticinterface将光纤从油浸式电力变压器内部引出到外部的接口。传输光缆transmissionopticalcable用于连接光纤温度传感器和监测主机的传输介质。无源光器件passiveopticaldevices在光纤通信过程中，内部不发生光电能量转换的器件。光纤温度传感器串opticalfibertemperaturesensorseries由多个光纤传感器组成，具有周期性间隔，用于多点温度测量。使用条件一般使用条件光纤测温装置应能在下列条件下正常使用：a）环境温度：−25℃～+45℃（户内）；−40℃～+45℃（户外）；b）环境相对湿度：(5%～95%)RH（监测主机内部既不应凝露，也不应结冰）；c）大气压力：80kPa～110kPa；d）最大风速：35m/s（离地面10m高，10min平均风速）（户外）；e）最大日温差：25℃（户外）；f）日照强度：0.1W/cm2（风速0.5m/s）（户外）；g）覆冰厚度：10mm（户外）；h）场地安全要求：符合GB/T9361中B类安全规定；i）测温装置安全要求：符合GB4943.1中安全规定；j）工作电源： 额定电压AC220V±10%；频率为50±0.5Hz；谐波含量：＜5%。特殊使用条件当超出4.1中规定的工作条件时，由用户与供应商协商确定。基本原理光栅测温原理光纤光栅是通过相位掩模板制造技术，由光纤经过激光照射形成光波长反射器件。一定带宽的光通过光纤光栅时，会反射回特定中心波长λ0的窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光沿光纤继续传输。反射的中心波长λ0随作用于光纤光栅的温度变化而线性变化，通过测量λ0，即可测量出光纤光栅测点相应的温度值。图1光纤光栅测温原理图荧光测温原理荧光式测温方法是在光纤末端镀上荧光物质，经过一定波长的光激励后，荧光物质受激辐射出荧光能量。由于受激辐射能量按指数方式衰减，衰减时间常数根据温度的不同而不同，通过测量衰减时间，从而得出测量点的温度。如图2所示为不同温度T1和T2时的荧光激发及衰减曲线；通过对荧光寿命的监测即可计算出对应温度值。图2光纤荧光测温原理图半导体测温原理半导体测温原理是在光纤末端加入砷化镓晶体，当光源发出多重波长的光照射到砷化镓晶体时，该晶体在不同的温度会吸收不同波长的光，同时将剩余不能吸收的波长的光反射回去。通过检测反射光的光谱，换算出测量温度。根据固体物理理论，半导体材料砷化镓晶体的吸收波长是随着温度的变化而变化的，如图3所示。当温度升高时，本征吸收波长变大，透射率曲线向长波长方向移动，但形状不变；反之，当温度降低时，本征吸收波长变小，透射率曲线保持形状不变而向短波长方向移动。当光源的光谱辐射强度不变时，砷化镓晶体总透射率就随其温度发生变化，温度越高，总透射率越低。通过测量透过砷化镓晶体的光的强弱即可达到测温的目的。图3光纤半导体测温原理图技术要求基本要求光纤测温装置应满足以下要求：a）测量温度范围：0℃～+200℃；b）温度测量精度：±2.4℃；c）内置传感器应具备免标定能力，即出厂后不需再次标定即可满足现场使用要求；内置传感器应不需再次标定即可更换。功能光纤测温装置应具备以下功能：a）对变压器温度进行连续实时或周期性自动监测功能；b）温度在线显示、数据存储和数据查询功能；c）历史数据查询和不同测点温度对比功能；d）DL/T860标准通信功能和Modelbus接口；e）长期稳定工作，断电不丢失数据、自诊断、自复位的功能；f）具备超温、自诊断故障报警功能。6.3系统组成及结构（1）系统组成油浸式电力变压器光纤测温装置主要由光纤温度传感器、光纤接口装置、传输光缆及监测主机构成。光纤传感器可实现A、B和C三种传感结构，其中传感器结构A适用于附录A中所涉及的三种技术，传感器结构B和C适用于附录A中的光纤光栅传感技术，具体安装方式参见附录B。a）传感结构A：传感器单点结构，适合绕组热点温度、铁心、母排或者油的测量；b）传感结构B：传感器串结构，适合安装在绕组轴向撑条内或者用穿心垫块安装在同一个绕组的不同位置上，实现绕组多点分布式温度测量；c）传感结构C：对变压器关键位置的传感器/串的双备份。（2）结构及外观a）监测主机机箱应采取必要的防电磁干扰的措施；机箱的外露导电部分应在电气上连成一体，并可靠接地；b）机箱模件应插拔灵活、接触可靠，互换性好；c）外表涂敷、电镀层应牢固均匀、光洁，不应有脱皮锈蚀等。6.3.1监测主机光纤测温装置监测主机应满足以下要求：a）数据采样速度：≤10s；b）数据存储频率：≥2次/min；c）通信接口：DL/T860标准和MODBUS；d）具备现场解调功能；e）外壳防护等级：户内使用的装置，符合外壳防护等级IP31的要求；户外使用的装置，符合外壳防护等级IP55的要求；f）满足GB/T17626.3电磁兼容特性要求。6.3.2光纤传感器光纤传感器应满足以下要求：a）采用非金属材料对光纤传感器进行封装，且为无源光器件；b）油中绝缘强度试验可按照GB/T507中的要求执行；c）光纤弯曲最小曲率半径≤50mm；d）抗拉强度≥10N；e）耐油压能力≥120kPa；f）光纤护套具备长期耐热性能，其相对介电常数与变压器油相对介电常数相近；g）传感探头封装材料的相对介电常数与变压器线饼间的绝缘垫块的相对介电常数相近；h）安装时应做到防脱落和止动；i）颜色易识别，不易脱色。6.3.3光纤接口板光纤接口板应满足以下要求：a）长期允许工作温度范围：-40℃～+200℃；b）光纤接头损耗≤0.5dB；c）耐油压能力≥120kPa；6.3.4外部传输光缆要求铠装、防鼠咬，不允许现场熔接。6.4接入安全性光纤测温装置应满足的接入安全性要求如下：a）对于在高场强区取样的测温传感器探头的封装材料不得显著改变线饼间的场强分布，光纤的护套不得显著改变油中的场强分布，整体应满足绝缘强度试验要求；b）光纤的引出应采用光纤接口板，光纤接口板应满足变压器密封性试验DL/T264要求，能在变压器相关操作及运行时不渗漏和损伤；c）光纤测温装置的油中部分应满足油的相容性试验要求；d）变压器光纤测温装置的接入不应改变被监测设备的连接方式，不应影响被监测设备的密封性能、绝缘性能和现场设备的安全运行。试验项目油浸式电力变压器用光纤测温装置检验项目如表1所示。油浸式电力变压器用光纤测温装置试验项目序号检验项目型式试验例行试验可执行标准说明1低温试验●○GB/T2423.12高温试验●○GB/T2423.23恒定湿热试验●○GB/T2423.34温度变化试验●○GB/T2423.225绝缘电阻试验●○GB4943.16介质强度试验●○GB4943.17冲击电压试验●○GB4943.18静电放电抗扰度试验●○GB/T17626.29射频电磁场辐射抗扰度试验●○GB/T17626.310电快速瞬变脉冲群抗扰度试验●○GB/T17626.411浪涌（冲击）抗扰度试验●○GB/T17626.512射频场感应的传导骚扰抗扰度试验●○GB/T17626.613工频磁场抗扰度试验●○GB/T17626.814脉冲磁场抗扰度试验●○GB/T17626.915阻尼振荡磁场抗扰度试验●○GB/T17626.1016电压暂降和短时中断抗扰度试验●○GB/T17626.1117振动试验●○GB/T1128718冲击试验●○GB/T1453719碰撞试验●○GB/T1453720连续通电试验●●-21传感器高低温循环试验●○GB/T2423.2222测温精度试验●●详见油浸式变压器用光纤测温试验方法23测量重复性试验●○24传感器抗拉抗挤压试验●●25光纤接口板密封性试验●●26传感器绝缘强度试验●●27传感器与变压器油的相容性试验●○28联合调试试验○●29外观检查○●标志、包装、运输、贮存标志每台装置应有明晰的铭牌，铭牌内容如下：a）装置型号；b）产品全称；c）制造厂全称及商标；d）额定参数；e）出厂年月及编号。包装8.2.1产品包装前的检查：产品包装前的检查内容如下：a）产品的合格证书和产品说明书、附件、备品、备件齐全；b）产品外观无损伤；c）产品表面无灰尘。8.2.2包装的一般要求：产品应有内包装和外包装，包装应有防尘、防雨、防水、防潮、防震等措施。8.2.3包装箱上应有如下标记：a）发货厂名、产品名称、型号；b）包装箱外形及毛重；c）包装箱外面书写“防潮”、“小心轻放”、“不可倒置”等字样。运输包装成箱适用于陆运、空运、水（海）运，并按照运输装卸包装箱上的标准进行操作。贮存包装好的产品应贮存在温度为-25℃～+55℃，相对湿度不大于85%。长期贮存时，应选择通风良好的库房内，室内无酸、碱、盐及腐蚀性、爆炸性气体，不受灰尘雨雪的侵蚀。

（资料性附录）

变压器光纤测温装置测温点布置典型示例A.1概述光纤温度传感器的安装位置和数量应以尽可能监测到绕组热点温度为目的，并同时对绕组温度分布、顶层油、底层油、铁芯和环境温度实施监测。因此传感器安装位置和数量宜按下述要求执行，也可根据用户具体需求进行安装。A.2传感器安装位置和数量要求按制造方与用户协议，也可以采用不同的布置方式。但由于传感器和光纤均属于易碎器件，因此在确定数量时，要考虑到绕组在工厂制造和在不同运行情况下发生损坏的风险。光纤温度传感器在110kV（66kV）~330kV（三相三柱式或三相五柱式）油浸变压器上的安装数量见表A.1，分别监测A、B、C三相高低压绕组、铁芯、油的温度。传感器在三相三柱式和三相五柱式变压器的建议安装位置见图A.1和图A.2中的方式。表A.1110kV（66kV）~330kV变压器传感器安装数量和监测位置要求监测位置传感器数量/个光纤数量/根传感器结构安装要求环境温度1-21单点/串联应安装铁芯31串联应安装油温底层油温1-21单点/串联应安装顶层油温1-21单点/串联可安装绕组A相高压热点温度22单点应安装高压绕组温度分布8-101串联宜安装低压热点温度22单点应安装低压绕组温度分布8-101串联宜安装B相高压热点温度22单点应安装高压绕组温度分布8-101串联宜安装低压热点温度22单点应安装低压绕组温度分布8-101串联宜安装C相高压热点温度22单点应安装高压绕组温度分布8-101串联宜安装低压热点温度22单点应安装低压绕组温度分布8-101串联宜安装备注单点：为图1中的传感结构A，单根光纤单个传感器；串联：为图1中的传感结构B，单根光纤上多个温度传感器串；绕组温度分布的测量为传感结构B，将传感器串内置在预先开槽的撑条中。图A.1传感器在三相三柱式变压器中的建议安装位置图A.2传感器在三相五柱式变压器中的建议安装位置光纤温度传感器在500kV及以上单相油浸变压器上的安装数量见表A.2，分别监测单相高低压绕组、铁芯、油的温度。图A.3为传感器在500kV及以上电压等级单相变压器中的安装位置。表A.2500kV变压器传感器安装数量和监测位置要求监测位置传感器数量/个光纤数量/根传感器结构环境温度1-21单点/串联铁芯31串联油温底层油温1-21单点/串联顶层油温1-21单点/串联绕组高压绕组热点温度22单点温度分布8-101串联低压绕组热点温度22单点温度分布8-101串联备注1、单点：为图1中的传感结构A，单根光纤单个传感器；2、串联：为图1中的传感结构B，单根光纤上多个光栅温度传感器串；3、绕组温度分布的测量为传感结构B，将传感器串内置在预先开槽的撑条中。图A.3传感器在单相变压器中的安装方式A.3传感器在绕组热点上的安装传感器宜安装在距离绕组顶部1/4绕组高度的区域内的绕组热点位置或者变压器厂商提供的绕组热点位置。无特别说明，测点位置不应超出建议的测温区域。相同绕组不同位置的温度测量，可以采用光纤光栅传感器串的方式实现。图A.4传感器在绕组上的安装位置A.4传感器串在绕组轴向温度分布测量上的安装位置将1串含有8-10个传感器的光纤光栅温度传感器串内置于开好槽的撑条内，传感器在绕组高度上均布以测量绕组轴向上的温度分布，见图A.2或者图A.3中“撑条”标示处。A.5传感器在铁芯上的安装位置铁芯上的光纤光栅温度传感器放置在铁芯顶部，A、B、C绕组上方的对应位置，如图A.5所示，推荐采用光纤光栅传感器串的方式实现。图A.5传感器在铁心上的安装位置A.6传感器在油中的安装位置油中传感器的安装位置，可参考《GB1094.2电力变压器第2部分温升》。顶层油温安装1-2个传感器，底层油温安装1-2个传感器。传感器安装应选在能反映出顶层和底层油温的位置，可分别采用光纤光栅传感器串的方式实现。

（资料性附录）

变压器光纤测温装置安装方法示例B.1概述光纤温度传感器在油浸变压器中的安装按照下文建议方法安装。因为光纤和光缆机械特性较脆弱，所以在传感器安装过程以及传感器安装后、后续的相关工艺操作过程中，应特别注意避免对光纤和光缆造成损伤。对于换位导线和变压器制造和运行中发生机械损伤风险高的位置，安装传感器时应特别注意。B.2传感器/串在绕组热点位置的安装方法传感器放置在绕组垫块中的斜槽内。图B.1显示了单点传感器在垫块内的安装，图B.2显示了在绕组中间安放垫块。传感器实际上测量了垫块所在绕组热点附近的实际温度。传感器传感器传感器传感器图B.1传感器在垫块内的安装示意图B.2传感器在绕组热点位置的安装示意相同绕组、不同位置的温度测量建议使用光纤光栅温度传感器串的方法。传感器串放置在穿心垫块中，见图B.3。图B.3测量绕组的传感器串安装示意B.3传感器/串在绕组轴向温度分布测量上的安装方法光纤传感器串如图B.4所示，内置于开好槽的撑条内，用变压器用绝缘纸分段包扎保护后，如图B.5将开槽面贴着绕组表面安装在变压器上，用来测量绕组的温度分布。图B.4传感器串内置在开槽的撑条内内置了传感器串的撑条内置了传感器串的撑条图B.5内置传感器串的撑条在变压器内的安装示意B.4传感器/串在铁芯上的安装方法测量铁芯温度的传感器可按图B.6的方法将传感器置于垫块内，嵌入到铁芯，也可直接如图B7贴在铁芯表面，用环氧胶固定。建议用如图B.7传感器串的方式测量。传感器传感器传感器传感器图B.6测量铁芯的传感器安装图B.7测量铁芯的传感器串B.5传感器/串在油中的安装测量油温的传感器可按图B.8、图B.9的方法将传感器与垫块用环氧树脂胶和绑扎固定后，安装于被测油位置附近的绝缘