因此对智能化高压电器而言，高压电器的状态在线监测是智能化高压电器的一个重要的不可分割的组成部分。微机技术的发展、光纤技术与微电子技术的进步，使提出的各种状态在线检测技术逐步得到实现。因为高压电器设备在运行时，许多元件处于高电位，只有利用光纤微电子器件才能彻底解决高电位隔离和传感系统的小型化问题，而微处理机技术使在监测过程中收集的大量数据，能迅速分析、处理数据后，立刻作出智能判断。
2、开发在线监测技术的依据
在线监测技术可以提高断路器的可靠性。例如电力系统中广泛使用的成套电器设备—手车式开关柜，由于手车推入时，因机架变形、或推入时用力不均匀等原因，会造成插接部位的接触电阻超过标准，运行时负荷电流流过这些插接部位，会造成异常温升，如果达到铜熔点，就导致产生弧光，轻者使开关柜停止工作，严重时不仅烧毁本身，还波及临近开关柜。
在线监测技术本身具有高可靠性。在线监测设备的可靠性需要在断路器进行试验(如绝缘试验、短路关合和开断试验，机械和环境试验等)中得到验证，同时还要对在线监测设备进行电磁兼容性试验。
监测设备应具有比高压电器设备更长的寿命。例如监测全封闭组合电器GIS运行的在线监测设备如果失灵，因为它被安装在封闭金属箱内，是无法对其检修的，因此安置在GIS内部的在线监测装置应具有更长的运行寿命及自检功能。
3、开断故障电流时的电弧电压、电流的在线记录
运行于电力系统中的断路器在进行合闸、分闸操作时，测出电压与电流讯号，从这两个讯号，可以获得关于断路器状态的信息。
断路器开发和型式试验过程中，通常是在实验站对断路器进行相电压、相间电压、电流等测量，为了测得电流讯号，采用无感分流器或罗柯夫斯基线圈；为了测得电压讯号，采用电容分压器或阻容分压器。由于所采用的电压、电流测量系统都具有近1MHz频率响应范围，所以获得的电压、电流波形包含大量高频成份，例如：在分闸过程中，电流过零熄灭后，真实地记录了出现的重复击穿过程。
在传统的变电站或传统的成套开关设备中，使用的是电磁式电压互感器、电磁式电流互感器，这两种电磁式互感器受高频趋肤效应等影响，频率响应不高，只能用于低频范围，无法测量到高频讯号。
3.1 电阻式电压分压器
因为测量系统的输入阻抗一般为1MΩ以上，所以它对电阻式电压分压器的影响极小。如果是12kV或40.5kV系统，则完全可以利用图1所示电阻式电压分压器将一次电压换到5V—10V，分压比为：
由于测量系统输入阻抗>1MΩ，所以R2一般取10kΩ左右，Tv是过压保护装置，一旦出现R2损坏，可以限制U2电压升高，保护测量系统。图2示出了德国西门子公司使用的电阻分压器(DUROMER GmbH型GST10)其参数如下：
最大操作电压 12kV
绝缘水平 28/75kV
一次额定电压 10kV/
二次额定电压 3.25V/
分压比 3 700：1
额定频率 50/60Hz
带宽 0—1000Hz
精度 1/3P级
如使用电容分压器，其带宽可达到1MHz以上。
3.2 罗柯夫斯基线圈电流传感器
罗柯夫斯基线圈是将导线均匀地绕在一个非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈的中央，因此绕组线圈与母线之间的电位是隔离的。如果母线电流I(t)，线圈匝数N，线圈横截面积S，线圈半径r，则在线圈上产生的感生电动势为：
式中μ0是空气(或真空)磁导率。
图1 电阻式电压分压器
图2 (DUROMER GmbH型GST10)电阻分压器
图3 罗柯夫斯基线圈测量回路的等效电路
由罗柯夫斯基线圈测量回路的等效电路图(图3)，图中：RL线圈电阻，L线圈自感，R0信号电阻)，得到：
因为
所以得到
因为L很大，即：
由(4)得到：
所以在信号电阻R0上输出电压为
一次电流
归纳起来罗柯夫斯基线圈电流传感器具有如下特点：
从断路器开断故障电流时状态在线监测，可获得信息：
4、局部范围的温度测量
4.1 利用Fabry—perot槽进行温度在线监测
高压开关柜内母线联结处的接触电阻有一定要求，在出厂前用“回路电阻测试仪”离线测试，其原理是在母线联结处通过100A直流电流，测出其两端电压，即可求得接触电阻。开关柜出厂后，由于运输、安装、碰击等致使接触恶化，接触电阻增加，特别是手车推入，在插接处接触不良造成事故，造成供电中断的事例经常发生。
文献1介绍了Fabry—perot光微薄硅温度传感器在线测温技术，该技术已在变电站设备的状态监测技术中应用。
它是利用对温度敏感的Fabry—perot槽研制出的一种温度探头，Fabry—perot槽温度探头原理图示于图5，装置是由一薄硅片构成，在它的中段的顶部和底部蚀刻出矩形槽，然后在薄硅片顶粘贴上一层玻璃，该玻璃的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数不同。当该处温度变化时，因二种材料不同的热膨胀系数，在其内部产生内应力，内应力改变了槽的深度。用光纤将多色光送入照射Fabry—perot槽，反射出的调制光也经光纤送出，调制的输出信号是用光学干涉测量方法测量的。
图4 分闸时重燃现象
图5 光微薄硅温度传感器
调制多色光的主波长随Fabry—Perot槽深度变化而改变。Fabry—Perot槽深度变化是毫微米数量级。因为温度的变化是连续的，槽深变化也是连续的，当然主波长是温度的连续函数(图6)。由Fabry—per-ot槽构成的光纤传感系统其组成元件耐腐蚀、小巧、测量灵敏度高，而且不受电磁干扰影响，在智能化高压电器的温度在线测量方面有广阔的市场。
4.2 变压器绕组内温度在线监测
运行中的变压器，电流长期流过绕组，将引起绕组发热。如果材料选用不当及油流控制不适当等，会导致绕组温升异常，影响变压器运行寿命，更严重的是造成内部绝缘降低，形成内部闪络，使变压器无法工作，危及电力系统供电。
图6 主波长—温度定标曲线
这里介绍利用吸收型光纤温度传感器测温技术。通过砷化镓晶体后，其光强按指数衰减，If＝I0eαd(式中d—砷化镓晶体厚度，α—光吸收系数)，当砷化镓晶体材料、几何尺寸确定后，α系数是一定的，利用这一特点可完成温度测量。当砷化镓激光器发出的激光经过光纤送到GaAs晶片组成的光纤探头，因为砷化镓晶片的光谱吸收随温度变化而变化，所以温度变化信号调制了透射光强，最后由测得光强确定温度。图7是吸收型光纤温度传感器应用图。由GaAs发出光脉冲经分光器后分为两路，一路直接进入光电转换器转换成电压信号VR(用作参考电压)，另一路进入砷化镓温度传感器S后又反射至分光器，再进入光电转换PDS转换成电压信号Vs，分别经A/D转换器送微处理机，所在点温度为：
可以将上面介绍的温度传感器埋入要测量的部位，如变压器线圈内，通过光纤可在测量室获得被测部位的温度信息，需要进行许多点测量时，则需要在许多点埋置温度传感器。
据报道，这一技术也已在变电站设备的状态监测技术中应用。
5、变压器绕组及XLPE电缆的温度分布在线测量
在前面介绍的测温方法可以完成少数几个点温度在线监测，增加测温点，则要增加埋置传感器及传输讯号的光纤，这种方法难于实现变压器绕组、XLPE电缆中温度分布的在线监测。
分布型光纤传感系统(Distributed optical fibertransducer system)集光学时域反射技术、非线性光谱技术、光纤传感技术、弱信号检测，计算机处理技术于一体，具有对光纤沿线几公里内各点的温度连续实时测量，定位精度可达米的数量级，测温精度可达1度，所以非常适合于大型变压器绕组、高压电力电缆、大型发电机定子绕组的温度分布在线测量。
这一方法基本原理是将具有一定能量和宽度的激光脉冲耦合到光纤，它在光纤中传输，同时不断产生背向喇曼信号。因背向散射光状态受到各点物理、化学效应调制，将散射回来的光波经检测器解调后，送入信号处理系统，便可获得各点温度信息，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。这根光纤可数公里长，光纤可进入变压器绕组内及XLPE电缆内。
图7 吸收型光纤温度传感器的应用图
图8是分布型光纤测温原理图。从光纤一端入射的光在光纤的各部中散射，将反射到入射端的光(此光叫背向散射光)变为电信号，再换算成温度。如图8所示，来自光纤一端的脉冲入射光向光纤的各个部分开始散射，一部分反射回入射端。由于光在光纤中传播速度是已知的，所以从入射至接收到散射回来的光所花费的时间，就可以知道所接收的背向散射光是在什么地方反射回来的。
图8 分布型光纤温度测量原理
背向散射光也示于图8中，其中有同入射光相同波长的光(称瑞利散乱光)和同入射光波长偏移±△λ的光(称为喇曼散乱光)。喇曼散乱光又因波长不同而分为斯托克斯光和反斯托克斯光。喇曼散乱光很弱，但它与温度有关，通过它们之间的关系，可以求出温度。
在日本，分布型光纤温度传感系统已广泛应用于地下电缆、高压架空电缆在线检测及过热报警、大小型变压器的整体温度检测及过热报警领域。
图9是广州羊城科技实业(集团)有限公司开发的分布型光纤温度传感系统的结构。
图9 分布型光纤温度传感系统的结构图
这种带有工业控制计算机和液晶显示的一体化测试系统的价格为10万元人民币左右，随着我国工、农业发展，电力系统等发展，对在线监测要求提高，分布型光纤温度传感技术会得到全面的广泛应用。
6、结论
智能化高压电器状态监测技术是涉及智能化高压电器可靠性的重要部分，长期以来一直受到人们重视，但受当时技术的限制，发展甚慢，现在由于光纤微电子技术、微处理机技术、通讯技术等技术的发展，智能化高压电器状态监测技术也发展较快。
状态监测方法可以实现潜伏故障的早期诊断，帮助管理人员提前作出判断，决定是否需要大修或需要更换。
参 考 文 献
[1] D.W.DLAUS等The evolution of Trarsmission and Distribution Network operation Practice and its effects on Switcher requirements(CIGRE SC—13)1998
[2] 广州市羊城科技实业有限公司“分布式光纤温度传感系统”.
[3] D.Birtwhisde and I.D.Gray A new technique for condition monitoring of MV metalclad switchgear Trends in Distribution Switchger，10-12 November 1998．
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