摘要：本文介绍了分布式光纤温度传感技术、光纤光栅传感技术、光纤F-P腔应力或振动传感技术、特种光纤传感技术在变压器中的应用。分析了各种光纤传感器的技术原理与系统结构，并阐述了其对电力系统中温度、应力、油中气体及局部放电故障等的监测作用。指出光纤传感技术具有独特的优势，将给电力系统变压器的状态监测带来突破。

    0 引言
    随着经济的发展和人民生活水平的提高，电力需求快速增长，电网规模不断扩大，电压增加，系统状态检测和维护成了越来越重要的问题。变压器是电力系统中重要的设备之一，关乎整个系统的正常使用。及时了解变压器的运行状况，对现场进行及时的维护和故障排除，降低变压器的故障率，是提高整个电力系统安全运行的重要措施。
    近年来，光纤传感技术的飞速发展受到越来越多的关注，并逐渐成为越来越重要的一个光纤产业。光纤传感就是利用光纤作为传输器件或传感器件对要检测的物理量进行监测获取信息，能够实时了解系统或设备的运行情况以及采取相应措施。在电力工业中，变压器电压容量越来越大，整个电力系统越来越复杂与智能化，而传统的机械型传感器、电气型传感器由于本身的机械性能或电气特性导致其在高速发展的电力系统中越来越难以发挥作用。
    光纤传感技术作为新兴发展的技术，其优势相对于传统传感器显而易见。光纤具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、便于复用、易于成网等诸多特点。对于在电力系统中的传感应用，国内外学者进行了诸多研究，对整个电力系统或变压器的各个状态量进行了传感研究，如温度、微小应变振动、局部放电、油中气体分析等。

    1 各种光纤传感技术在变压器中的应用
    1 ．1分布式光纤温度传感
    分布式光纤传感系统的主要依据是光纤的光时域反射（OTDR）原理及拉曼背向散射温度效应。传感系统使用OTDR技术进行定位，用拉曼散射效应测温。OTDR技术主要用于检验光纤损耗特性及光纤故障，同时也是分布式光纤传感器的基础。
    当一定频率的激光进入光纤时，在其传播反方向会产生拉曼散射即频率不同于入射光的散射光，分布式光纤测温系统的机理正是依据此背向拉曼散射光谱的温度效应。拉曼散射的光谱中包含有斯托克斯信号和反斯托克斯信号。反斯托克斯信号对温度非常敏感，而瑞利散射的温度效应微弱。外界的温度变化会影响反斯托克斯光谱的信号，只需监测此信号的波动，并与瑞利散射进行对比，就能实现温度传感。基于背向拉曼散射的分布式光纤温度传感原理如图1所示。

    当某一地方出现温度波动时，反斯托克斯光强也会出现波动（即图中尖峰），通过相应的解调方法就能得到温度的绝对值。
    空间域光纤的瑞利背向散射光子数为：

    NE为射入光纤的光脉冲所含光子数；KR为与光纤瑞利散射截面相关的系数；S为光纤背向散射因子；v0为入射激光光子频率；a0为入射光在光纤中损耗；L =c、t /2n为被测物理场距光源长度。反斯托克斯散射信号强度与瑞利散射信号强度比值为：
R（T）=N/NR=（Ka/KR）（Va/V0）4Ra（T）exp［-（aa-a0）L］（2）
    式中，Ka、KR为与光纤反斯托克斯拉曼散射和瑞利散射截面有关的系数；N为光纤的反斯托克斯拉曼散射光子数；Va为反斯托克斯拉曼散射光子频率；a为反斯托克斯拉曼散射光的光纤传输损耗；Ra（T）为与光纤分子高能级上的布居数有关的系数，与光纤待测局域处的温度有关。
    若入射光经背向散射返回到探测器端所需的时间为t，光脉冲在光纤中传输的路程为2L，则：
                  2L=vt                 （3）
    其中：
                   V=c /n                （4）
    式中，c为光在真空中的速度，n为光纤折射率，通过实时在线监测反斯托克斯光谱的变化就能传感整个电力系统的温度，即温度场变化。实时监测变压器温度能大大减小电力系统安全隐患，延长电网器件的使用寿命。
    图2为分布式光纤温度监测系统，激光二极管为传感光纤提供线宽窄、功率稳定的激光，采用APD光电二极管是用来放大微小的散射信号，其测量结果可用电脑实时显示出来。

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