光纤光栅测温系统的论文

2022-09-24 论文

　　【摘要】相对于传统的测温系统，光纤光栅测温系统具有故障检测与维护方便、受光源功率波动的影响较小，使用寿命长、信息共享等优点，对光纤光栅测温系统进行深入研究，有助于提高火灾探测器性能，从而达到有效预防电力系统火灾的目的。

　　【关键词】电力系统光纤光栅测温

　　对电力系统设备出现的过热故障进行分类，包括外部热故障和内部热故障。对于前者而言，通常是指在大电流作用下，压接不良的裸露接头出现温升现象，给设备的安全造成隐患;对于后者而言，主要是指密封在材料内部的电缆等发生长时间发热现象，造成局部温度上升。对设备内部故障进行检测可以通过其周围材料的温升检测来实现。光纤光栅传感器比传统传感器的抗电磁干扰能力更强，具有更低的损耗和更高的灵敏度，属于无源独立器件，其应用也逐渐从实验室走向实际生活，将其应用于电力系统中具有其他传感器无法比拟的优越性。

　　1 电力系统温度检测的现状分析

　　在电力系统中的送变电工区集中有大量的电气设备。当下，很多变电站已经实施了无人值守的工作状态，通过集控中心对这些变电站进行监控，通常情况下，一个集控中心所管辖的变电站多达十个。变电站中的设备长时间处于高负荷状态，常常会出现温度累计上升，最终导致热故障的现象。在这些发热现象中，有一些在萌芽状态就能及时被人们所发现并得到处理;有些无法进行停电处理;有些采用现有的测温技术无法被检测出来。当无法实现对温度的跟踪时，常常会出现设备的热故障。对出现的设备热故障以及故障点进行总结，主要有：引线接头的热故障;隔离刀闸的接触部位热故障;高压套管的接头热故障;电流互感器和电容器组上接头的热故障;封闭式开关柜内部的内铝排接头热故障等[1]。

　　2 电力系统温度监测方法比较

　　对当前的电力系统温度监测方法进行分析，包括以下几种。

　　2.1 电类传感器件实现电力系统温度监测

　　在电力系统中使用的传统温度监测方式是采用温度敏感元件实现的，如：热敏电阻等。此时需要配合使用相应的处理电路对信号进行相应的处理。其特点是可靠性低、测量精度差、需要较多的电线等。随后出现了数字温度传感器，提高了监测系统的精度和智能化程度。在水电站，这种方案得到了较好的应用。总体上来说，采用电类传感器进行温度的监测属于接触式监测，这就意味着使用的传感器与需要监测的设备有直接的接触，将温度信号转换为电信号，显示在现场仪表上。电类传感器件实现电力系统温度监测的主要优点是有成熟的技术。但最大的不足在于：得到的结果信号是以电信号的形式存在于系统中的，但电力系统营造的是一个高电压、强磁场的环境，对电信号会有较大的干扰作用，容易造成结果信号的失真，使得监测失去效用，稳定性较差。

　　2.2 红外线温度监测系统实现电力系统温度监测

　　在红外线温度监测系统中一般包括有：非接触式红外线温度传感器、数据总线以及计算机。这类传感器能够监测高压大电流载体的温度，能够稳定运行于强电场的环境下。相比于传统式电类传感器，它的工作方式属于非接触式测量，其主要不足在于：红外测温探头的安装较为困难，在无人值守变电站中无法实现实时的在线监测。

　　2.3 光纤式温度监测系统实现电力系统温度监测

　　该系统的工作原理为：通过光纤将光纤式温度传感器连接到读数仪表上，并与监控计算机通过总线连接。光纤式传感器的体积小，感温头易于与被测物体的表面接触。该类传感器的主要优点为：受潮湿环境的影响较小，具有较高的电磁干扰能力和良好的绝缘性，不易腐蚀等。不足在于：进行多点监测时，网络结构的复杂程度增加，需要增加更多的现场读数仪表。

　　3 光纤光栅测温系统在电力系统中的具体应用

　　光纤光栅测温系统在电力系统中的具体应用总结起来包括以下一些方面。

　　（1）测量电力电缆表面和电缆密集区域的温度;在发电厂和变电站中，光纤光栅测温系统可用于对电缆夹层和沟道以及电缆隧道的温度进行监测，起到监护电力电缆的作用。此时，需要将测温用光纤传感器贴在电缆的表面，通过光纤光栅测温系统实时获取电缆表面温度的相关数据，连同电缆中流过的电流共同绘制出相关曲线，以此来推算出电缆中芯线的温度系数，根据电缆表面温度和芯线温度的差值得到电流与电缆表面温度之间的关系。这一关系可以为电力系统的安全运行提供参考依据。

　　（2）测量汽轮机内部湿蒸汽;对于系统的稳定来说，火电机组的正常运行扮演着重要角色。在汽轮机的内部，对其安全经济运行起着重要影响的因素之一是湿蒸汽。在大型凝汽式汽轮机的最后几级以及中大型汽轮机的所有级中，湿蒸汽含量都较重，这会大大降低汽轮机的工作效率，因此，对其中湿蒸汽含量进行实时测量具有重要意义。

　　（3）其他应用;光纤光栅测温系统在电力系统测温中的应用除上述介绍的场合以外，还包括：对大中型发电机以及变压器的温度分布进行监测;实现热动保护并及时诊断出设备故障;对火力发电厂的加热系统及蒸汽管道和输油管道进行温度测量;对地热电站以及封闭式电气设备进行温度监测等。作为一种高新技术，光纤光栅温度传感器能够实现高压电缆全线的温度监测。

　　4 结语

　　近年来，光纤光栅传感技术发展迅速，作为一种新颖的传感检测技术，光纤光栅传感技术自出现之日起就得到了广泛的关注。在国外，光纤光栅传感技术已经在航空航天、智能材料与结构以及石油等领域有了实际应用。在国内，光纤光栅传感技术的应用时间还较短，其发展也较滞后，在电力系统测温中的应用还有很多问题有待解决。光纤光栅在电力系统测温中的应用领域主要集中在电力电缆表面温度的测量、汽轮机内部湿蒸汽测量、高压开关柜隔离触头温度检测等，随着技术的不断进步，相信在不久的将来，光纤光栅测温系统在电力系统中的应用将会更加广泛和深入。

　　参考文献：

　　[1]董新永，赵春柳，宁鼎，刘志国，开桂云，董孝义.用光纤光栅的啁啾效应实现温度不敏感的弯曲传感[J].光子学报，2001（4）.

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