光纖光柵測溫系統的論文

2022-09-24 論文

　　【摘要】相對于傳統的測溫系統，光纖光柵測溫系統具有故障檢測與維護方便、受光源功率波動的影響較小，使用壽命長、信息共享等優點，對光纖光柵測溫系統進行深入研究，有助于提高火災探測器性能，從而達到有效預防電力系統火災的目的。

　　【關鍵詞】電力系統光纖光柵測溫

　　對電力系統設備出現的過熱故障進行分類，包括外部熱故障和內部熱故障。對于前者而言，通常是指在大電流作用下，壓接不良的裸露接頭出現溫升現象，給設備的安全造成隱患;對于后者而言，主要是指密封在材料內部的電纜等發生長時間發熱現象，造成局部溫度上升。對設備內部故障進行檢測可以通過其周圍材料的溫升檢測來實現。光纖光柵傳感器比傳統傳感器的抗電磁干擾能力更強，具有更低的損耗和更高的靈敏度，屬于無源獨立器件，其應用也逐漸從實驗室走向實際生活，將其應用于電力系統中具有其他傳感器無法比擬的優越性。

　　1 電力系統溫度檢測的現狀分析

　　在電力系統中的送變電工區集中有大量的電氣設備。當下，很多變電站已經實施了無人值守的工作狀態，通過集控中心對這些變電站進行監控，通常情況下，一個集控中心所管轄的變電站多達十個。變電站中的設備長時間處于高負荷狀態，常常會出現溫度累計上升，最終導致熱故障的現象。在這些發熱現象中，有一些在萌芽狀態就能及時被人們所發現并得到處理;有些無法進行停電處理;有些采用現有的測溫技術無法被檢測出來。當無法實現對溫度的跟蹤時，常常會出現設備的熱故障。對出現的設備熱故障以及故障點進行總結，主要有：引線接頭的熱故障;隔離刀閘的接觸部位熱故障;高壓套管的接頭熱故障;電流互感器和電容器組上接頭的熱故障;封閉式開關柜內部的內鋁排接頭熱故障等[1]。

　　2 電力系統溫度監測方法比較

　　對當前的電力系統溫度監測方法進行分析，包括以下幾種。

　　2.1 電類傳感器件實現電力系統溫度監測

　　在電力系統中使用的傳統溫度監測方式是采用溫度敏感元件實現的，如：熱敏電阻等。此時需要配合使用相應的處理電路對信號進行相應的處理。其特點是可靠性低、測量精度差、需要較多的電線等。隨后出現了數字溫度傳感器，提高了監測系統的精度和智能化程度。在水電站，這種方案得到了較好的應用。總體上來說，采用電類傳感器進行溫度的監測屬于接觸式監測，這就意味著使用的傳感器與需要監測的設備有直接的接觸，將溫度信號轉換為電信號，顯示在現場儀表上。電類傳感器件實現電力系統溫度監測的主要優點是有成熟的技術。但最大的不足在于：得到的結果信號是以電信號的形式存在于系統中的，但電力系統營造的是一個高電壓、強磁場的環境，對電信號會有較大的干擾作用，容易造成結果信號的失真，使得監測失去效用，穩定性較差。

　　2.2 紅外線溫度監測系統實現電力系統溫度監測

　　在紅外線溫度監測系統中一般包括有：非接觸式紅外線溫度傳感器、數據總線以及計算機。這類傳感器能夠監測高壓大電流載體的溫度，能夠穩定運行于強電場的環境下。相比于傳統式電類傳感器，它的工作方式屬于非接觸式測量，其主要不足在于：紅外測溫探頭的安裝較為困難，在無人值守變電站中無法實現實時的在線監測。

　　2.3 光纖式溫度監測系統實現電力系統溫度監測

　　該系統的工作原理為：通過光纖將光纖式溫度傳感器連接到讀數儀表上，并與監控計算機通過總線連接。光纖式傳感器的體積小，感溫頭易于與被測物體的表面接觸。該類傳感器的主要優點為：受潮濕環境的影響較小，具有較高的電磁干擾能力和良好的絕緣性，不易腐蝕等。不足在于：進行多點監測時，網絡結構的復雜程度增加，需要增加更多的現場讀數儀表。

　　3 光纖光柵測溫系統在電力系統中的具體應用

　　光纖光柵測溫系統在電力系統中的具體應用總結起來包括以下一些方面。

　　（1）測量電力電纜表面和電纜密集區域的溫度;在發電廠和變電站中，光纖光柵測溫系統可用于對電纜夾層和溝道以及電纜隧道的溫度進行監測，起到監護電力電纜的作用。此時，需要將測溫用光纖傳感器貼在電纜的表面，通過光纖光柵測溫系統實時獲取電纜表面溫度的相關數據，連同電纜中流過的電流共同繪制出相關曲線，以此來推算出電纜中芯線的溫度系數，根據電纜表面溫度和芯線溫度的差值得到電流與電纜表面溫度之間的關系。這一關系可以為電力系統的安全運行提供參考依據。

　　（2）測量汽輪機內部濕蒸汽;對于系統的穩定來說，火電機組的正常運行扮演著重要角色。在汽輪機的內部，對其安全經濟運行起著重要影響的因素之一是濕蒸汽。在大型凝汽式汽輪機的最后幾級以及中大型汽輪機的所有級中，濕蒸汽含量都較重，這會大大降低汽輪機的工作效率，因此，對其中濕蒸汽含量進行實時測量具有重要意義。

　　（3）其他應用;光纖光柵測溫系統在電力系統測溫中的應用除上述介紹的場合以外，還包括：對大中型發電機以及變壓器的溫度分布進行監測;實現熱動保護并及時診斷出設備故障;對火力發電廠的加熱系統及蒸汽管道和輸油管道進行溫度測量;對地熱電站以及封閉式電氣設備進行溫度監測等。作為一種高新技術，光纖光柵溫度傳感器能夠實現高壓電纜全線的溫度監測。

　　4 結語

　　近年來，光纖光柵傳感技術發展迅速，作為一種新穎的傳感檢測技術，光纖光柵傳感技術自出現之日起就得到了廣泛的關注。在國外，光纖光柵傳感技術已經在航空航天、智能材料與結構以及石油等領域有了實際應用。在國內，光纖光柵傳感技術的應用時間還較短，其發展也較滯后，在電力系統測溫中的應用還有很多問題有待解決。光纖光柵在電力系統測溫中的應用領域主要集中在電力電纜表面溫度的測量、汽輪機內部濕蒸汽測量、高壓開關柜隔離觸頭溫度檢測等，隨著技術的不斷進步，相信在不久的將來，光纖光柵測溫系統在電力系統中的應用將會更加廣泛和深入。

　　參考文獻：

　　[1]董新永，趙春柳，寧鼎，劉志國，開桂云，董孝義.用光纖光柵的啁啾效應實現溫度不敏感的彎曲傳感[J].光子學報，2001（4）.

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