电力变压器内置光纤多参量监测关键技术及应用

发布时间: 2022-09-01

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：技术服务

成果类型：发明专利

行业领域：

电力、热力、燃气及水生产和供应业,电力、热力生产和供应业

成果介绍

近年来大型电力变压器突发故障频发，造成巨大经济损失，严重威胁电网和社会用电安全。传统外置式电类传感器多次未能及时有效预警故障，光纤传感具有抗干扰能力强、响应快、可内置测量等优势，是变压器状态监测技术的发展趋势。内置式光纤监测系统发展存在三大技术瓶颈：①受限于敏感材料、制备工艺和信号解调算法，光纤监测系统精度不足；②变压器内部电、热、磁、振动等多物理场复杂，光纤传感器自身绝缘水平与抗老化性能不足；③光纤传感器与变压器一体化融合缺乏可借鉴经验，光纤传感器侵入影响、复用方法、信息利用方法研究不足。依托国家973计划、国家自然科学基金和国网公司重点项目，项目组经11年系统攻关，突破材料、传感器、电力装备、信息融合领域的多个瓶颈。

成果亮点

1、提出了感温荧光粉和氢敏感膜等多种光纤敏感材料制备方法，掌握了微米级传感器加工工艺，攻克了微弱光波参数解调技术，研制出荧光测温、局部放电超声和油中溶解气体三种高精度光纤传感器及监测系统，相比国际先进指标，测温精度从1K提高到***，局放检测峰值灵敏度从***提高到***，氢气检测时间从1小时缩短至5分钟、检测下限从1000ppm降低到1ppm。 2、掌握了传感器及引出光纤在变压器油中的电、热老化机理和规律，提出高可靠性光纤传感材料制备方法和器件封装工艺，改性聚四氟乙烯材料增强了光纤系统防护能力，建立了传感系统全流程、多维度的可靠性提升体系，传感器绝缘水平提高77%，在变压器内部可靠运行寿命拓展至***年。 3、提出了传感器与变压器一体化融合设计方法，消除了光纤置入引发的变压器绝缘风险，建立了基于深度学习的多参量状态信息融合方法，实现了变压器状态综合评估与智能调控，成功研制出110kV-750kV多电压等级的光纤内置式智能变压器。

团队介绍

授权发明专利41项，发表论文65篇（含SCI论文24篇，Scopus前10%高被引论文6篇，SCI封面论文1篇），制定行业标准1项，出版中英文专著各1部。英国物理学会Mawby会士、IEEE液体绝缘技术委员会Fofana主席等专家高度评价本项目。中国计量科学研究院、魏德曼电力科技（美国）等5家国内外权威机构检测结果表明，本项目成果指标领先国内外同类产品。近三年，在电力、铁路等行业应用研究成果1600余台套，国内市场占有率超过80%，远销美国等18个国家，累计销售额***亿元。成果提升了变压器故障预警水平和负载能力，以河北电网为例，变压器故障率下降30%、负荷限值提升***%。成果提高了电网供电可靠性，推动了我国电力装备制造业的智能化转型升级。焦点访谈将本项目成果作为科研生根、成果落地的典型代表进行了专题报道。陈维江院士为主任的鉴定委员会认为本项目达到国际领先水平。

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团 (中国电工技术学会) 评价时间：2022-09-05

毕建刚

中国电力科学研究院

副所长/教高

综合评价

“电力变压器内置光纤多参量监测关键技术及应用”项目团队经过11年的产学研联合攻关，攻克了敏感材料、老化评估和安装工艺等多项关键技术，形成系列化光纤传感装置并成功应用于电力变压器，形成3项成果：①提出了感温荧光粉和氢敏钯膜等多种光纤敏感材料制备方法，研制了温度、局部放电和油色谱等关键状态量的光纤监测装置，关键指标均达到或超过国际同类水平；②掌握了传感器及光纤在变压器油中的电、热老化机理和规律，提出了高可靠性光纤传感器制造与封装方法，改性聚四氟乙烯材料增强了光纤系统防护能力，提高了内置光纤监测变压器运行的可靠性；③提出了传感器与变压器融合设计方法，消除了光纤置入引发的变压器绝缘风险，实现在电力变压器内部的成功应用。项目授权发明专利41项，发表论文65篇（含SCI论文24篇，Scopus前10%高被引论文6篇，High Voltage (IF:4.71)封面论文1篇），出版中英文专著各1部。研制的光纤传感器及监测系统应用于国内外电力、铁路等行业，经济效益显著。成果提升了变压器故障监测预警水平和负载能力，提高了变压器安全性和电网供电可靠性

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