华电学者应用分布式光纤传感技术，在线检测变压器绕组的变形程度为了解决变压器绕组变形在线

为了解决变压器绕组变形在线监测困难、传统检测手段精确度较差等缺点，新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）、华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室、国网河北省电力有限公司电力科学研究院、国网河北省电力有限公司石家庄分供电公司的研究人员刘云鹏、李欢、田源、贺鹏、范晓舟，在2021年第7期《电工技术学报》上撰文发表研究成果，提出了一种基于分布式光纤传感技术（BOTDR）的变压器绕组变形检测手段，以实现对变压器绕组的变形定位、类型判别和程度检测。
电力发展对于经济发展至关重要，而变压器作为电能传输和转换中的重要组成部分，其安全稳定运行对电网意义重大。研究发现，大型变压器因遭受多次区外故障造成绕组变形直至最终发展成为内部匝间故障的事故较为多见，对电网安全影响极大。
传统的检测手段，如短路阻抗法、频率响应法和扫频阻抗法等，具有易受现场环境干扰、无法实现变形定位与程度准确判断等缺点。在对电网运行安全要求逐渐提高的今天，急需一种能够准确实现绕组变形定位和变形程度检测的新型传感手段。
分布式光纤传感技术在近年逐渐兴起，其使用光纤作为信号传输媒质和传感媒质，能获得沿线各点处的温度、应变、振动等各种信息，相比于其他点式传感器具有测量点数多（上千乃至上万点）、传感距离远（数千米至数十千米）等优势，被广泛应用于建筑健康监测、桥梁隧道和飞机等航天器状态监测等各领域。这一技术还具有传感光纤体积小和材质均为绝缘、不受电磁干扰等优点，使得其在电力设备状态监测中也能有用武之地。
为了实现绕组辐向变形的定位与程度判断，将分布式光纤传感技术应用于绕组变形领域。华北电力大学等单位的研究人员，把一种表面开槽的电磁线作为研究对象，通过在导线表面开槽，槽中铺设直径0.5mm的护套紧包纤作为传感介质，制造了光纤复合电磁线。使用COMSOLMultiphysics对其进行了静电场仿真，结果显示光纤复合电磁线相较正常导线未发生明显电场畸变和绝缘强度降低。

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图1光纤复合式绕组
他们对该导线进行了固体力学仿真，结果显示在内凹和外凸两种变形条件下，光纤应变与导线变形程度（以挠度作为指标）之间关系可以用二次函数来描述， R2＞0.999 。之后使用粘贴光纤的铜排模拟实际绕组，搭建试验平台。在仿真结论的基础上，获得了绕组挠度与光纤布里渊频移之间的关系。

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图2试验平台示意图
研究人员使用光纤复合电磁线绕制了一个35kV变压器绕组模型，并搭建了基于分布式光纤传感的变压器绕组变形监测试验平台，基于此平台，对绕组施加11组辐向变形，使用分布式光纤传感技术实现了精度在2饼以内的绕组变形定位。在内凹和外凸两种变形下，绕组变形程度与应变量之间均呈二次函数关系， R2分别为0.9644和0.9995 ，通过这一关系计算出的绕组变形程度与实际值误差在10%以内，能较好地满足工程需求。

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图3绕组施加变形

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图4绕组变形程度判断
他们最后指出，这一技术不易受电磁干扰、振动等影响，可以实现对变压器内部绕组变形程度、变形位置的准确实时在线检测，为变压器的智能传感和智能运维提供一种新的解决方案。
【华电学者应用分布式光纤传感技术，在线检测变压器绕组的变形程度】本文编自2021年第7期《电工技术学报》，论文标题为“基于分布式光纤传感的绕组变形程度检测” ，作者为刘云鹏、李欢等。