光纖在線測溫報(bào)警系統(tǒng)

電氣電力系統(tǒng)的一次設(shè)備一般由斷路器、變壓器、電纜、母線、開關(guān)柜等電氣設(shè)備組成。其相互之間由母線、引線、電纜等連接,由于電流流過產(chǎn)生熱量，所以幾乎所有的電氣故障都會導(dǎo)致故障點(diǎn)溫度的變化。例如在發(fā)電廠中電纜接頭、電纜中間連接處、高壓電纜的局部放電、高壓開關(guān)柜的動靜觸頭及其他連接處、低壓電氣連接處等位置過熱是大型事故的征兆,也是電廠事故多發(fā)的重災(zāi)區(qū)。

多年來由于技術(shù)水平的限制使電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平受到一定限制，雖然我們曾利用紅外測溫儀、紅外成像儀、感溫電纜、傳統(tǒng)的點(diǎn)式測溫系統(tǒng)希望解決上述問題，但都無法實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)如斷路器、刀閘聯(lián)接點(diǎn)和觸頭測溫。對全封閉金屬鎧裝柜更是無能為力，光纖光柵感溫故障監(jiān)控系統(tǒng)徹底地解決了這一疑難雜癥，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)一次運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)在線檢測，通過對設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，防止事故的發(fā)生，真正地作到防患于未然。其次也為今后實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，提高檢修效率，大大降低檢修成本和管理成本起到關(guān)鍵的作用。

目前，國內(nèi)電力測溫主要應(yīng)用紅外點(diǎn)測儀和紅外成像儀，而在線方式由于無法解決高壓絕緣問題，所以高壓開關(guān)的觸點(diǎn)等空間有限的電氣設(shè)備基本上都是處于完全無監(jiān)控的狀態(tài)下運(yùn)行，而高等級的變電站存在著兩大隱患，一個(gè)是電壓等級高，一個(gè)是覆蓋面積大，因此，隨著光纖測溫技術(shù)的發(fā)展，光纖在電力測溫系統(tǒng)也逐漸為人們所認(rèn)可，尤其是近年來，光纖測溫系統(tǒng)被多家電廠和供電公司使用，其良好的絕緣耐壓性能和穩(wěn)定的工作特點(diǎn)被電力系統(tǒng)認(rèn)可，但其不適合定點(diǎn)測溫和測溫周期長的問題也凸現(xiàn)出來。上海前所光電科技有限公司開發(fā)的光纖光柵測溫系統(tǒng)，不僅保持了原有光纖測溫的優(yōu)點(diǎn)，而且更大大的提高了測溫定位性，縮小了測溫周期。而且吸取光纖測溫串聯(lián)方式的系統(tǒng)穩(wěn)定性低的教訓(xùn)，改用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布置測溫點(diǎn)，從而避免了光纖在開關(guān)柜內(nèi)部的迂回布線，解決了防污閃問題，而且由于光纖光柵溫度傳感器采用全光纖感溫和信號傳輸，不存在電磁干擾和定期維護(hù)問題，可以長期免維護(hù)可靠運(yùn)行，完全符合變電站無人值守的需求。

1.2電力設(shè)備溫度監(jiān)控的意義和必要性現(xiàn)代工業(yè)中，工作溫度的升降反映了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和許多物理特征的變化，工業(yè)設(shè)備運(yùn)行異?；蚬收贤ǔ１憩F(xiàn)出溫度的異常變化。因此工業(yè)設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測是設(shè)備安全監(jiān)控最為有效、最為經(jīng)濟(jì)的手段，對設(shè)備的安全運(yùn)行具有重大意義。隨著光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于光纖布拉格（FBG）原理的準(zhǔn)分布式光纖光柵測溫系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)、最有效的溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，特別是在電力系統(tǒng)、石油化工、交通運(yùn)輸、工業(yè)消防等領(lǐng)域。

高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)控

高壓開關(guān)柜的在線實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，是開關(guān)柜安全的重要保障。

開關(guān)柜內(nèi)部觸頭接觸不良、插接偏心不正等原因?qū)е逻^熱，以致起弧燒壞設(shè)備。高壓電纜接頭、連接器導(dǎo)體部分接觸不良引起異常過熱，加速絕緣老化導(dǎo)致?lián)舸?，這是高壓開關(guān)柜的主要故障形式。

通過對開關(guān)柜內(nèi)溫度連續(xù)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)故障的早期報(bào)警，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，提供及時(shí)報(bào)警并指明故障點(diǎn)位置，并提供故障分析的詳盡監(jiān)測數(shù)據(jù)。可以保證開關(guān)柜的安全可靠運(yùn)行。

電力電纜溫度監(jiān)測

電力電纜的在線實(shí)時(shí)溫度檢測，具有重大現(xiàn)實(shí)意義：運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測:有效監(jiān)測電纜在不同負(fù)載和不同環(huán)境溫度下的發(fā)熱狀態(tài)，積累歷史技術(shù)數(shù)據(jù)；載流量限度分析，可以保證在不超過電纜允許運(yùn)行溫度的情況下，最大限度的發(fā)揮電纜的傳輸能力、提高經(jīng)濟(jì)效益；老化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)電纜上的局部過熱點(diǎn)，及時(shí)采取降溫措施，延緩電纜老化速度；實(shí)時(shí)故障監(jiān)測預(yù)警，發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行過程中外界因素導(dǎo)致的破壞；電纜溝內(nèi)火情監(jiān)測與報(bào)警；電纜接頭、電纜終端的溫度監(jiān)測與報(bào)警。

發(fā)電廠、大型冶金企業(yè)電纜溝防火及火情監(jiān)測電纜溝防火直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。根據(jù)電力事故分析，由于電纜故障引發(fā)的火災(zāi)事故占相當(dāng)大比例?；馂?zāi)一旦發(fā)生，會導(dǎo)致大面積電纜壞毀，機(jī)組被迫停機(jī)，造成重大直接經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)時(shí)溫度檢測可以提前預(yù)警，以便及時(shí)采用有效措施。

傳統(tǒng)的測溫方法是將某些點(diǎn)式溫度傳感器安裝在電纜溝的重要部位，用光纜進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)傳送，其優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)，但存在安裝繁瑣，抗電磁干擾能力低，監(jiān)測不完整等缺點(diǎn)。另一種方法是采用感溫電纜，一般只能在固定的溫度值報(bào)警、誤差大、難以準(zhǔn)確定位。光纖光柵實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)是分布的監(jiān)測系統(tǒng)，測溫點(diǎn)位置數(shù)量可按需要布設(shè)、精度高、響應(yīng)快、傳輸距離遠(yuǎn)、安裝方便、免維護(hù)、耐惡劣環(huán)境，抗電磁干擾、本安防爆，是有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

大型電力變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、互感器、電力電容內(nèi)部/表面、母線溫度監(jiān)測。

根據(jù)變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、互感器、電力電容的溫度監(jiān)測要求，在設(shè)備內(nèi)部或表面布設(shè)光纖光柵傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。變電站、發(fā)電廠母線的溫度監(jiān)測。

1.3技術(shù)關(guān)鍵分析

（1）絕緣耐壓性：在電力系統(tǒng)尤其是高壓和超高壓系統(tǒng)中使用的設(shè)備，首先要滿足絕緣耐壓的要求，即不能降低原有設(shè)備的電壓等級和安全特性，基于光纖光柵原理的QS-Safe1000光纖光柵在線測溫系統(tǒng)在監(jiān)測現(xiàn)場為全光測量，傳感器引出光纖在30cm爬電距離內(nèi)可耐受超過95kV工頻電壓，完全滿足高壓開關(guān)柜內(nèi)的絕緣耐壓要求，通過了國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的工頻耐壓檢測。

（2）防污閃：在高壓開關(guān)柜這樣的有限空間內(nèi)，如何保證光纖留有足夠的爬電距離是該系統(tǒng)能否保證原有系統(tǒng)安全的一大關(guān)鍵。上海前所光電科技有限公司的QST200光纖光柵溫度傳感器采用耐污性能優(yōu)良的硅橡膠外套光纖進(jìn)行信號傳輸，從而保證了系統(tǒng)的安全性。

（3）空間定位性：傳統(tǒng)的光纖測溫方式定位精度低，而且為了定位需要將5米光纖盤成一個(gè)盤來安裝，不僅安裝復(fù)雜，而且測量周期很長，還有很多隱患。而光纖光柵測溫系統(tǒng)由于采用了光纖光柵做測溫敏感元件，所以可以通過光纖光柵溫度傳感器來準(zhǔn)確定位，對過熱相或溫升異常相進(jìn)行報(bào)警，不僅可以測溫，同時(shí)還可以通過溫度的監(jiān)測間接判斷小電流接地端，作為小電流接地監(jiān)測的補(bǔ)充。

（4）實(shí)時(shí)探測報(bào)警能力：傳統(tǒng)光纖測溫方式，如測溫點(diǎn)在40點(diǎn)到100點(diǎn)之間，則測溫周期在幾分鐘到半小時(shí)之間。采用新型的光纖光柵測溫系統(tǒng)，全部測點(diǎn)測溫周期小于50毫秒，充分的保證報(bào)警的及時(shí)性，同時(shí)由于測溫周期短，可以在報(bào)警系統(tǒng)中引入溫升趨勢報(bào)警，提高了報(bào)警的可靠性和前瞻性，提高電力設(shè)備的安全性。

（5）系統(tǒng)穩(wěn)定性：傳統(tǒng)的測溫方式由于包含的環(huán)節(jié)多，因此出故障的環(huán)節(jié)也比較多；而光纖光柵測溫系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡單，只有光纖光柵溫度傳感器和分析儀兩大主要部分組成，因此無中間環(huán)節(jié)，而測量現(xiàn)場為全光測量，完全不受強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場的干擾，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（6）高可靠性：光纖光柵測溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)測溫方式相比有無誤報(bào)、無漏報(bào)的特點(diǎn)，這是由于光纖光柵只對溫度敏感，因此無論是其他條件發(fā)生何種變化，都不會對光纖光柵測量的準(zhǔn)確性發(fā)生影響，另外，光纖光柵的加工方式采用物理加工的方式，因此，一旦產(chǎn)品完成后，除非破壞不會產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，所以光纖光柵測溫系統(tǒng)不需要向傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)那樣，定期進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，從而非常方便于維護(hù)。