引言
随着电网向超（特）高压、大容量方向发展，电网的安全、稳定运行关系到国计民生。电网中的电气设备，特别是高压电气设备，一旦出现突发故障，将给电网带来严重的经济损失，并给电网带来严重的社会影响。所以，对电力设备，尤其是对大型高压设备展开在线监测和故障诊断，能够及时地发现其存在的问题，并根据科学的检修策略，对其展开相应的检修与维护，能够极大地减少其突发性故障的出现概率，这对于电力系统的安全稳定运行有着十分重要的意义[1]。大量的数据显示，在电力系统中，绝缘材料的老化是导致电力系统故障的重要原因。绝缘材料通常是由有机材料构成的，比如绝缘油、绝缘纸板、有机合成材料等。这些材料在电气设备的使用过程中，会持续地受到电、热、机械、化学等多种因素的影响，从而导致绝缘性能的恶化，从而导致了设备的故障。要想提升电气设备运行的安全可靠程度，其中一种方法就是要对设备的制造质量进行提升，要选用优质的材料和先进的工艺，要对设计进行优化，要合理地选择裕度，争取在它的整个生命周期中都不发生故障[2]。但那样的话，生产成本就会很高。另外一种方式就是在合适的时间周期内，对设备进行必要的检修。这也是今后电力系统操作与维修技术发展的一个重要趋势。目前，检修方式逐渐发展为以带电检测、状态监测为基础的检修。为避免这一类预防性维修在实际应用中出现缺陷或不足，本文下述将结合光纤传感技术，开展对高压电气设备运行在线监测方法的设计研究。
1基于光纤传感技术的光纤传感器安装与输出数据采集
光纤传感器在实际应用中具备频带宽、可重复性良好、不受环境温度因素影响等优势。因此，为实现对高压电气设备运行的更精准监测，本文将光纤传感技术应用到监测过程中[3]。光纤传感器的运行原理涉及白光偏振干涉，可通过下述公式实现对这一原理的描述：
公式中，d₂表示光纤传感器的输出结果。S表示光纤传感器的灵敏度；M表示待监测数据；d表示待监测数据为0时光纤传感器的输出结果。结合上述公式可以看出，待监测数据与光纤传感器的输出结果之间存在线性关系[4]。结合这一特点，以及光纤传感器固有的不受环境温度因素影响，和强抗干扰能力，可以实现对高压电气设备运行的实时监测。在具体安装光纤传感器时，传感器的配线若与高压线、动力线等必须分开布设。若被监测的高压电气设备处于危险且复杂的环境当中，需要确保与其连接的光纤传感器置于安全场所。光导纤维探头与探头之间大约有60°角的散射，探头探测距离过长，会使探头的采光量减少，探头应尽可能缩小探头的探测范围。强烈的光线（太阳光，聚光灯等）应该在光纤线接收部分的指向角度范围内。安装对射式光导纤维感应器时，应确保其光轴误差不超过5mm。如果在光纤前端发现有外来物质，应用干布或其他东西擦拭干净，不要用有机溶剂。
从光纤传感器放大器开始，在20mm范围内和距光导头护套20mm以内的光导纤维不得弯曲。为了稳固光导纤维，在用螺帽等紧固时，不要用力过猛。在安装过程中，不宜施加过大的扭矩，以免对光纤造成损坏，影响到后续监测的精度。
2高压电气设备运行中绕组变形在线监测
高压电气设备的设计、制造和运行中受到的冲击都会使绕组产生不同程度的变形。绕组变形是指绕组在大小和形状上出现不可逆转的改变。在对高压电气设备运行中绕组变形进行在线监测时，按照上述安装方式，将光纤传感器安装在高压电气设备内部的某一特定位置的部件上。当绕组发生变形情况，则有力会作用在该位置上。当光纤传感器感知到变形后，通过其中安装的信号调节器，将变形量实时展示。当线圈产生变形时，施加与线圈相关的外力，使线圈产生变形，然后由光纤进行传感。采用光纤应力传感技术，通过实时上传感技术，实现了对变压器线圈压力的在线监测。在实际监测过程中，设定光纤传感器的初始值为C，初始化读取次数为0次。读取光纤传感器的数值，并求解出变化量：
α=c-c¹（2）
公式中，α表示变化量；c¹表示当前读取数值。当变化量α的取值小于或等于20ue时，显示绕组未发生变形，高压电气设备运行正常。当变化量α的取值大于20ue时，增加初始化读取次数加1。当变化量α的取值大于20ue，且小于或等于75ue时，此时说明绕组发生了微量变形。当变化量α的取值大于75ue，且小于或等于220ue时，此时说明绕组发生了轻度变形。当变化量α的取值大于220ue，且小于或等于360ue时，此时说明绕组发生了中度变形。当变化量α的取值大于360ue时，此时说明绕组发生了严重变形。
在高压电气设备运行的过程中，为进一步探究绕组变形的具体原因，可结合短路阻抗在线测量的方法。在分析的过程中，假设运行中的高压电气设备励磁电流始终保持不变；假设在运行的过程中，高压电气设备的电流互感器和电压互感器误差始终保持不变，则短路电抗可表示为：
公式中，Xs₁表示短路电抗；Jsh表示电压相量差；Z₁表示变压器一次侧电抗；Z₂表示变压器二次侧电抗。根据计算得出的短路电抗结果以及上述光纤传感器得出的结果，确定高压电气设备运行中绕组变形现象出现的具体原因。
3高压电气设备异常运行故障识别
在明确对高压电气设备运行中绕组变形在线监测的具体操作后，对高压电气设备的异常运行故障类型进行识别。首先，明确高压电气设备异常运行故障的具体类型包括：绝缘缺陷、外绝缘放电、绝缘受潮、过电压下击穿、金属导电物放电等。在此基础上，结合三相不平衡法，对高压电气设备异常运行故障进行识别。三相不平衡法的基本原理为：在进行高压电气设备运行在线监测时，先调节可变电阻，使三相不平衡电压降到最小值。当三相设备中的一相或两相出现缺陷问题时，此时三相不平衡电压会呈现出明显增加的趋势。采用这种方法对高压电气设备运行状态进行在线监测灵敏性更高，可以实现对高压电气设备是否存在绝缘异常的判断，从而实现对其故障类型的识别。
4对比实验
在上述论述基础上，为了进一步验证本文提出的基于光纤传感技术的在线监测方法是否具备实际应用可行性，以及其应用是否能够解决现有基于大数据加速分析的监测方法和基于图像处理的监测方法存在的问题，开展下述对比实验研究：
实验过程中，为了方便论述，将本文提出的基于光纤传感技术的在线监测方法设置为实验组，将基于大数据加速分析的监测方法设置为对照I组，将基于图像处理的监测方法设置为对照II组。将三组监测方法应用到同一个高压电气设备上，并对其运行状态、是否出现异常运行情况、是否发生故障等进行监测。在实验开始前设置如下实验背景：环境温度为25°C，晴天，风速为2级。在某一时刻，某变电站220kV隔离开关出头出现发热现象，最高温度达到了170°C，其正常运行时的温度为40°C，运行电流为250A。对该高压电气设备进行在线监测，并结合下述公式，对各个监测方法得到的监测数据进行进一步地运算，从而确定该高压电气设备的相对温差：
公式中，d₁表示相对温差；t₁表示发热垫的温升；t₂表示高压电气设备正常运行时的温升。当计算得出的值超过35%时，可以诊断该高压电气设备存在缺陷。根据这一逻辑，分别记录在五个不同时刻三种监测方法监测数据计算得出的相对误差，如表2所示。
表2三组监测方法监测结果对比表
已知该高压电气设备在时刻4时出现了上述异常发热现象，而在前三个时刻温度均控制在正常值范围内，因此说明该高压电气设备是从时刻4开始表现为异常运行状态，在前三个时刻均为正常运行状态。结合表2中的数据分析得出，只有实验组监测方法得到的结果与实际情况一致，对照I组在时刻5才得出高压电气设备存在异常运行状态的监测结果，而对照II组在高压电气设备运行的5个时刻中没有监测出其异常运行状态。因此，结合上述得到的实验结果可以证明，本文提出的基于光纤传感技术的监测方法具备更高的监测精度，可以实现对高压电气设备异常运行状态的准确监测，更具实际应用价值。
5结束语
在光纤传感技术的辅助支持下，本文提出了一种全新的高压电气设备运行在线监测方法，并结合对比实验，实现了对该监测方法应用优势的验证。将新的监测方法应用于变电站中对高压电气设备进行监测。可以使监测更加灵活化、多元化。在后续的研究中，为了实现该监测方法在更复杂执行环境中的可靠运行，实现对高压电气设备运行情况的快速、高效归总，实现并行计算，还将结合更现代化、智能化的技术手段，对监测方法进行不断优化和创新。
参考文献
[1] 韩云. 基于大数据加速分析的水电站电气设备运行监测技术[J]. 电器工业,2023,(07):54-57.
[2]祝金,杨阳,肖永卿,等. 高压电气设备温度在线监测系统设计及应用[J]. 内蒙古电力技术,2023,41(01):56-60.
[3]韩文浩. 基于遥测技术的变电站高压电气设备绝缘自动监测系统[J]. 自动化应用,2022,(12):122-125.
[4]陈艺平. 高压电气设备绝缘在线监测技术的应用及发展前景[J]. 江西电力职业技术学院学报,2022,35(11):13-15+18.