采用光纖光柵傳感技術的變電所開關溫度監測

摘要:目前電力系統常見的幾種測溫方法，具有許多缺點和不足。該文簡要介紹基于光纖光柵傳感技術的溫度監測技術。并給出了采用光纖光柵溫度監測技術，實現變電所開關溫度監測的一個實例。

關鍵詞:光纖光柵，開關溫度，溫度監測

中圖分類號:TP212文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)03-723-03

The Temperature Monitoring of Transformer Substation Switch Useing the Fiber Diffraction Grating Sensing Technology

LIANG Wei-ming

(Xinchang Power Supply Bureau， Xinchang 312500， China)

Abstract: At present， the temperature measurement method of the electrical power system， has many shortcomings and the insufficiency. Then introduce temperature monitoring technology based on fiber diffraction grating sensing technology. And give an example for a transformer substation has used the fiber diffraction grating temperature monitoring technology realized switch temperature monitoring.

Key words: fiber diffraction grating， switch temperature， temperature monitoring

目前電力系統常見的幾種測溫方法，具有許多缺點和不足。基于光纖光柵傳感技術的溫度監測技術，具有常規溫度監測方法所無法比擬的優勢。特別是對于電力系統，高電壓、強電磁的環境特點，尤其適合。

1 電力系統測溫現狀

電力系統中的設備主要集中在送變電工區。目前大多數變電所已經實行無人值班，一個集控站要管理10多個的變電所。這些變電所長期處于高負荷狀態，使得運行的設備經常發熱并導致故障。

故障直接導致溫度升高。由于有些發熱缺陷尚處于萌芽狀態、有些不能進行及時停電處理、有些是人為的疏忽大意、有些以目前的測溫手段無法檢測到，再加上對溫度的變化無法跟蹤，經常導致事故的產生[1]。

1.1 主要故障設備和故障點

各種引線接頭;戶內外隔離閘刀接觸部位、刀片、引線接頭;各種高壓套管(如主變110kV套管)接頭;電流互感器接頭，本體;電容器組外部接頭、套管;電抗器接頭;二次端子;封閉式開關柜內鋁排接頭、電流互感器、柜內電纜接頭，套管內部等。

1.2 目前在電力系統中常見的測溫方式

目前在電力系統中比較常見的方式是紅外線測溫和示溫蠟片相結合。

1)示溫蠟片缺點:① 屬區間溫度的測量，精度不高;② 粘貼困難，易脫落;③ 不利于遠程遙控，自動化、智能化程度較低;④ 需要值班人員定期巡檢，不能實時在線反映溫度變化情況，從而存在安全隱患;⑤ 對封閉的柜子無法完成其功能，必須要有觀察窗。

2)紅外測溫:紅外測溫儀攜帶和使用方便靈活，數個變電站可輪流使用一臺設備，但其有以下缺點:① 受安裝位置的影響，會出現測量死角;② 遠距離、小目標難以對準，人為因素影響較大，從而影響測溫精度;③ 不利于遠程遙控，自動化、智能化程度較低;④ 測量精度受霧汽和粉塵的影響很大，精度低，一般是測量范圍的±5%，約為±15℃;⑤ 需要值班人員定期巡檢，不能實時在線反映溫度變化情況，也就無法跟蹤溫度的變化;⑥ 對某些重要部位無法測溫，如封閉的柜子中的檢測點;⑦ 紅外線測溫對歷史數據保存比較麻煩，容易造成值班人員疏忽大意。

近幾年，因紅外線測溫測不到，而導致設備因發熱引起設備事故的例子較多。以上兩種主要的測溫手段都存在測溫精度不高和不能實時在線監測溫度的變化情況的缺點，無法及時發現和預防設備發熱情況，為事故帶來隱患。

2 光纖光柵溫度監測技術介紹

光纖光柵在線溫度監測是近年來發展起來的一種用于實時測量空間溫度場的新型監測系統，它基于分布式光纖光柵溫度傳感(OTDR)技術。由監測主機、光纖傳感器、監測軟件及其它配置組合而成，是一種用于實時監控溫度場分布的新技術。

2.1 光纖光柵溫度監測系統特點

光纖光柵溫度監測系統具備以下特點:1)光纖測溫，光纖傳輸，本質安全防爆，是電力行業測溫的首選;2)高絕緣、抗電磁干擾、耐腐蝕，使用壽命長;3)測量溫度精度高，約為±1℃;4)24小時實時在線監測，真正實現全天候無人值守;5)系統可任意設置報警溫度，也可設定溫升速率異常報警;6)系統采樣的是光波長信息，不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測器老化等因素的影響;7)可繪制各點溫度情況的實時曲線和歷史曲線;8)歷史數據存儲、查詢，報表打印;9)光纖傳感器尺寸極小，安裝維護方便;10)提供數據接口，實現數據共享;11)當系統發出報警時可輸出節點信號，可與防火設備進行聯動;12)安裝、維護簡單方便。

2.2 光纖光柵測溫原理

圖1為原理圖。

光纖光柵測溫原理:1)受調制的半導體超輻射LD從監測主機發出寬譜的脈沖光信號，光信號經過光纖放大器放大后一直傳輸到光纖光柵溫度傳感器;2)每一個光纖光柵溫度傳感器反射回一個與自身溫度相對應的窄譜脈沖信號;3)不同傳感器的信號在返回時受光時延線的作用，在到達函數濾波器前排列成一個脈沖序列，這一脈沖序列包含了所有傳感器的溫度信息;4)光探測器將光脈沖信號轉換成電脈沖序列;5)信號處理部分對電脈沖序列進行采樣和分析，即可確定每一個光纖光柵傳感器的溫度。

2.3 工作機制

從監控儀發出原始光信號，經過傳輸光纜、分線盒，到達光纖光柵溫度傳感器。傳感器反射回一個與自身溫度相對應的光信號。通過對返回的光信號的分析，得到該光纖光柵溫度傳感器所在位置的溫度值。

光纖光柵在線溫度監測系統中的光纖傳感器不帶電，抗射頻和抗電磁干擾，防燃、防爆、抗腐蝕，耐電離輻射和強電磁場，能在有害環境中安全運行。具有自標定、自校準和自檢功能，在光纖受損時不僅可繼續工作，還可以檢測出斷點位置。其運行和控制通過計算機實現，可將報警區域、光纜配置圖等事先輸入計算機，可自動或手動實施顯示、打印、存儲、報警區域、故障性質、溫度的傳播方向、升溫速率和溫度分布情況等。并可結合到自動控制和遠程控制系統中運行。

2.4 主要部件

1)傳感器:

光纖溫度傳感器由陶瓷外殼、熱敏材料、光纖引線、絕緣護套和接頭五部分組成，如圖2所示。

傳感頭外護套材料為導熱陶瓷，既有很好的導熱性還有很高的絕緣性。尾纖護套為聚四氟乙烯(俗稱鐵氟龍)，它在較寬頻率范圍內的介電常數和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高，有很好的絕緣性。同時它還具有不親油不親水、耐磨損、耐腐蝕等特性，在高壓環境中可以很好避免因污染、潮濕而發生的閃絡。

2)監控儀:光纖測溫是一種先進的測溫技術，需要對光信號進行復雜的檢測、調制、放大、分析和計算。如圖3所示。

3)光源:對于采用光信號分析的系統，光源的選擇非常重要。特別是運用在高壓電氣設備聚集的惡劣環境中，光源的穩定性、可靠性對整個測量數據的準確度具有關鍵意義。光源作為系統光源，它是一種高穩定、高功率輸出的寬帶光源。其主體部分是增益介質摻鉺光纖和高性能的泵浦激光器，內部采用獨特的ATC和APC電路控制泵浦激光器，保證了輸出光譜和功率的穩定。如圖4、圖5所示。

4)監控軟件:①圖形化界面，更直觀形象，讓監控工作不再單調;② 可設置報警溫度，幾級報警設置，區分報警;數值、柱狀圖、曲線多種方式顯示實時溫度值;③ 歷史數據隨時存儲、調用;④ 并可以日報、月報、年報的形式查詢打印;⑤ 記錄系統的所有報警信息，避免人為因素疏忽事故處理。

3 光纖光柵溫度監測技術在新昌縣供電局的應用

目前，該技術已在新昌局實際應用，并取得良好效果。其中，在35kV城北變電所所有開關兩側的三相，均安裝光纖光柵溫度監測傳感探頭。監控主機在變電所現場顯示開關溫度信息，并可設置各種報警量。

監控主機同時通過一個RS232接口與變電所的總控單元連接，將開關溫度信息送至總控單元。總控單元采用DISA遠動規約，將溫度信息上傳至新昌局SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統。系統簡要拓撲圖如圖6。

圖7是SCADA中35kV城北變開關溫度監控界面。

4 光纖光柵變電所開關溫度監測的作用

采用光纖光柵傳感技術，實現變電所開關溫度監測，具有以下作用:1) 24小時全天候實時在線監控，突破以往的定時巡檢模式，實時掌握現場信息，使整個變電站的安全系數更上一個層次，安全更有保障;2) 從技術方面來說，光纖測溫產品因本質絕緣、防爆、抗干擾等特性，使用可靠性更高。是目前同類產品的最新、最佳的解決方案;3) 打破了以往無記錄、記錄不全面或時間短的歷史。把設備從投入生產運行到使用結束的運行數據都保留下來，為設備的檢修提供了快捷有效的指導，為以后設備的改進提供了科學的依據;4) 光纖測溫的投入使用加快了無人職守變電站的進程，為數字化的變電站打下了一定的基礎。

5 結束語

光纖測溫已逐漸成為電力設備溫度監測的新的、有效的技術手段。本文所敘也為同行提供了一個參考。光纖測溫在電力系統的大量應用將產生巨大的經濟和社會效益，對電網安全穩定運行，有所幫助，也是今后電力技術革新的一個新的方向和發展趨勢。

參考文獻:

[1] 張鳳琴，李志平.光纖光柵測溫技術在煉鋼廠配電系統中的應用[J].科技信息，2009(9):334-368.