荧光光纤温度传感器在油浸式变压器状态监测

一、荧光光纤温度传感器的工作原理

• 传感器的探头内置特殊荧光材料（如稀土掺杂化合物），当受到特定波长的激发光（通常为蓝光或紫外光）照射时，荧光材料会吸收能量并发出荧光（如红光）。
• 荧光的寿命（荧光从发出到衰减至特定强度的时间） 或强度会随环境温度变化：温度升高时，荧光寿命缩短、强度降低；温度降低时则相反。
• 传感器的检测单元通过光纤传输激发光至探头，并接收返回的荧光信号，通过分析荧光寿命或强度的变化，即可精确计算出被测点的温度。

二、在油浸式变压器状态监测中的核心应用场景

1. 绕组温度监测
   绕组是变压器的核心部件，其温度直接反映负载能力和绝缘状态（如短路、局部过热等故障会导致绕组温度骤升）。
   • 荧光光纤传感器可通过预埋方式安装在绕组内部（如高压 / 低压绕组的层间、匝间），直接测量绕组热点温度（变压器最关键的温度参数，需严格控制在绝缘等级对应的限值内，如 A 级绝缘不超过 105℃）。
   • 相比传统的 “顶层油温 + 温升估算” 间接方法，荧光光纤传感器可实现绕组温度的直接、实时测量，数据更精准。
2. 顶层油温监测
   变压器顶层油温是反映整体散热状态的重要指标（通常需控制在 85-95℃以下）。
   • 传感器探头可通过油道插入变压器油箱顶层，直接接触绝缘油，监测油温变化。由于光纤不导电且化学稳定性强，可长期耐受绝缘油的浸泡和腐蚀。
3. 铁芯及夹件温度监测
   铁芯多点接地、涡流过大等故障会导致铁芯局部过热，可能引发绝缘油分解（产生气体）。
   • 荧光光纤传感器可安装在铁芯表面或夹件附近，通过纤细的光纤（直径通常小于 1mm）适应狭小空间，实现局部热点的精准捕捉。

三、相比传统传感器的核心优势

1. 抗强电磁干扰
   油浸式变压器运行时会产生强电磁场（由绕组电流和铁芯磁场叠加形成），传统的热电偶、铂电阻等电类传感器易受电磁干扰，导致测量误差。而光纤为非金属介质，不导电、不辐射电磁信号，可完全规避电磁干扰，确保在强电磁场环境下的测量精度（误差可控制在 ±0.5℃以内）。
2. 本质安全，适配油环境
   油浸式变压器的绝缘油为易燃介质，传统电传感器存在漏电、火花风险（可能引发油燃）。荧光光纤传感器通过光纤传输光信号，无导电部件，属于本质安全型设备，可直接接触绝缘油，避免安全隐患。
3. 长期稳定性与耐腐蚀性
   绝缘油中可能含有微量水分、硫化物等杂质，传统金属传感器易受腐蚀导致性能衰减。荧光光纤探头的荧光材料和光纤（如石英光纤）化学稳定性极强，可耐受绝缘油的长期浸泡和化学侵蚀，使用寿命可达 10 年以上，适合变压器长期在线监测。
4. 多点监测能力
   一台油浸式变压器需监测的关键部位（如高压绕组 A 相、低压绕组 B 相、顶层油、铁芯等）通常有多个。荧光光纤传感器实现单点到多点监测。

四、应用挑战与发展方向

1. 核心挑战
   • 安装复杂度：变压器内部结构紧凑（如绕组间缝隙狭小），探头需在变压器制造或检修时预埋，后期加装难度较大；
   • 成本较高：荧光材料、高精度荧光寿命检测单元的成本高于传统传感器，短期内难以完全替代；
   • 荧光材料稳定性：需确保荧光材料在变压器工作温度范围（通常 – 30~150℃）内，荧光寿命与温度的线性关系稳定，避免因材料老化导致误差增大。
2. 发展方向
   • 小型化与集成化：开发更纤细（直径＜0.5mm）、耐更高温度（如 200℃以上）的探头，适配变压器内部更狭小的空间；
   • 智能化与预测性监测：结合 AI 算法，通过历史温度数据预测温度趋势，提前预警潜在故障（如绝缘老化加速）；
   • 成本优化：通过批量生产荧光材料、简化检测单元电路设计，降低整体成本，推动规模化应用。

总结