淺析光纖測溫和傳統熱敏電阻測溫在干式變壓器上的應用前景

李衡

（順特電氣設備有限公司，廣東 佛山 528300）

干式變壓器運行時會發出大量的熱能，超過絕緣耐受度的高溫會使干式變壓器絕緣損壞導致事故，因此干式變壓器長期安全可靠運行離不開溫度控制器的實時監控及保護，溫度傳感器作為溫控器的輸入端，感知干式變壓器的實際溫度值至關重要，溫度控制器根據溫度的輸入，進行邏輯判斷，來確定如何保護變壓器，并向外界發出相應的信號，這是智能保護干式變壓器安全運行的關鍵環節。

1 工作原理及應用領域

光纖溫度傳感器的種類很多，有熒光式、分布式光纖溫度傳感器，干式變壓器上使用的是熒光式的，光纖溫度傳感器測溫的原理是采用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纖外面，使光能由一根光纖輸入該反射面從另一根光纖輸出，由于這種新型溫敏材料受溫度影響，折射率發生變化，因此輸出的光功率與溫度呈函數關系。其物理本質是利用光纖中傳輸的光波的特征參量，如振幅、相位、偏振態、波長和模式等，對外界環境因素，如溫度、壓力、輻射等具有敏感特性。它屬于非接觸式測溫。這種傳感器主要用于高電壓設備如高壓開關柜等設備的測溫。

熱敏電阻測溫傳感器，主要有PT100線性鉑電阻和PTC非線性熱敏電阻等傳感器，應用于干式變壓器測溫的主要是這兩種熱敏電阻，PT100線性鉑電阻的原理是鉑電阻在0~200℃，電阻值按線性增加，溫度升高電阻值會增大，呈線性的關系；PTC非線性熱敏電阻的原理是利用電阻值在不同溫度下的躍升特性，判斷溫度值是否到達，例如：PTC150，當溫度低于150℃左右時，電阻較小，但溫度變化超過150℃左右時電阻值急劇變大，從而判斷是否到達這個溫度值；這兩種傳感器均安裝在變壓器線圈上，互為備用，PT100線性鉑電阻用于測量顯示溫度值，并和PTC非線性熱敏電阻一起參與邏輯判斷，確定溫度控制器高溫報警、超溫跳閘信號的發出。這種這種傳感器主要用于低壓設備的測溫。

由于干式變壓器結構的特性，高壓線圈上設置有調壓分接片，因此高壓線圈放置在變壓器外側，低壓線圈放置在內側，最內側則是鐵芯，高低壓線圈、鐵芯在變壓器運行時都會發熱，這樣低壓線圈散熱條件較差，因此通常情況下最熱點溫度在低壓線圈上，所以干式變壓器過熱保護的測溫點設置在低壓線圈上。

圖1 溫度傳感器放置位置

圖2 溫度傳感器放置位置

2 技術性能及經濟性對比

光纖測溫傳遞溫度信號，具有不受電磁干擾、電絕緣性能好、可在強電磁干擾下進行的特點，另外光波信號傳輸不產生電火花，不會引起被測介質的燃燒、爆炸，耐高壓、安全可靠；但光纖在受外力影響之下容易損傷，還有成本比較高。

熱敏電阻采用電纜電線傳輸信號，會受到電磁干擾，但通過相應設計，可以通過抗干擾試驗。另外電纜電線布線靈活方便，受位置環境限制少，還有制造成本相對低廉。

表1 兩類測溫傳感器技術性能特性表

圖3 光纖溫度傳感器

圖4 熱敏電阻測溫傳感器

3 安裝及維護過程中的差異

光纖溫度傳感器易破損和易折斷，要求使用者必須小心對待傳感器及光纖，采取一定的措施保護溫度傳感器及光纖，防止利器割傷光纖。光纖不能被拉得太緊，預留一定的余量。光纖彎曲時，其轉彎半徑要大于光纖本身直徑的20倍。光纖不具有承重性能，在使用過程中注意不要在光纖上掛任何物品。避免過度扭曲光纖，否則其光學特性將會下降。避免光纖接觸增塑劑或含有增塑劑的聚合物材料，否則對光纖有損傷。避免光纖接頭端面與任何表面發生摩擦，以免會出現損傷。

熱敏電阻測溫傳感器采用電纜與溫度控制器連接，因此安裝或使用維護過程中，沒有特別的要求，適應環境能力強，相對光纖溫度傳感器及光纖不易損壞。

4 結語

綜合以上，兩種測溫傳感器測溫原理不同，對變壓器實際感溫效果不同，但都可滿足溫度控制器測溫輸入的需要，但這兩種傳感器由于材質不同，引至溫度控制器的連接線路不同，因此無論是在現場安裝施工過程中還是在后期保養維護時，熱敏電阻測溫傳感器比光纖測溫傳感器更能適用復雜的現場情況，后期維護也更簡單、方便，因此熱敏電阻測溫傳感器將長期被應用在相關領域，短期內光纖測溫傳感器不可能完全取代熱敏電阻測溫傳感器，但展望未來由于光纖溫度傳感器具有在高溫、化學腐蝕性強、電磁干擾嚴重的惡劣環境中應用等優點，如果光纖測溫傳感器的成本能夠下降至與熱敏電阻傳感器相差不大的水平上，還有傳輸信號的導線材料能夠適應現場環境的需求，即耐用性有很大的改善，光纖測溫還是有比較廣闊的應用前景的。