摘要
油浸式电力变压器是服务于电力系统的关键设备，其运行可靠性直接影响电网的安全稳定，变压器油中微水含量的检测有助于感知和评估油浸式电力变压器的运行工况和绝缘状态，对油浸式电力变压器的状态检修和运行维护具有工程价值。但现有检测技术无法及时、准确地检测变压器油中微水含量，光学传感方法具有抗电磁干扰的优势，尤其是光纤S锥具备灵敏度优异、制备工艺简单、重复性高、抗电磁干扰等突出优点。本文通过理论分析、建模仿真与实测验证三个方面，探究了光纤S锥应用于变压器油中微水含量检测的可行性与有效性，均可满足电力变压器的微水检测需求，具有较好的工程应用前景。 首先，针对光纤S锥在绝缘油中的干涉效应进行理论研究和建模分析。建立了典型光纤S锥物理模型，理论推导了干涉效应中油中微水含量对应变压器油的折射率变化与光学参量的关联关系；进一步进行S锥光传输仿真，掌握了锥腰直径、轴向偏移量以及外界环境折射率等三个要素对光纤S锥光传输特性的影响，为后续试验设计光纤S锥结构参数提供了理论依据。 然后，进行了光纤S锥微水传感器的制备方法研究。采用了光纤熔接方式制备了不同结构参数的光纤S锥，掌握了利用放电强度、放电时间、Z轴拉伸距离以及轴向偏移量参量制备不同锥腰直径和轴向偏移量的光纤S锥，制得的光纤S锥具有表面光滑度好、制备重复性高等优势。进一步明确了锥腰直径、轴向偏移量参数对输出光功率及基模能量占比的影响，为后续微水传感器制备提供重要参考。 最后，开展了基于光纤S锥的变压器油中微水传感解调方法及试验研究。通过制备不同微水含量的油样，搭建基于光纤S锥的试验平台，开展了不同结构参数光纤S锥的变压器油中微水检测试验，对比分析了基于干涉光功率和波长偏移的解调方案，明确了光纤S锥锥腰直径越小、轴向偏移量越大，均有助于提升检测灵敏度。其中，利用干涉光功率检测方案，测得锥腰直径30μm、轴向偏移量60μm的光纤S锥微水含量检测灵敏度达到1.07*10-3V/(mg/L)，检测下限达到4.67mg/L；根据波长偏移解调方案，确定了光纤S锥的锥腰直径为50μm、轴向偏移量为110μm时，微水检测灵敏度高达0.48nm/(mg/L)，检测下限达到1.46mg/L。
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