基于熒光光纖傳感器高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
欄目：行業(yè)資訊
發(fā)布時間：2021-09-14
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在我國電力系統(tǒng)發(fā)展過程中
；诖?div id="d48novz" class="flower left">，對某些重點部位進行溫度監(jiān)測、顯示、報警，若有意外發(fā)生，及時采取處理措施，是避免安全事故發(fā)生之關(guān)鍵。
，用電安全性問題日益突出。事故頻發(fā)，大多因為電流通過某些部位，導(dǎo)致局部過熱，并且沒有及時發(fā)現(xiàn)所導(dǎo)致。基于此，對某些重點部位進行溫度監(jiān)測、顯示、報警，若有意外發(fā)生，及時采取處理措施，是避免安全事故發(fā)生之關(guān)鍵。
在我國電力系統(tǒng)發(fā)展過程中
，用電安全性問題日益突出。事故頻發(fā)，大多因為電流通過某些部位，導(dǎo)致局部過熱，并且沒有及時發(fā)現(xiàn)所導(dǎo)致?div id="d48novz" class="flower left">傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中測溫方法主要包括接觸式和非接觸式測量兩種。熱電阻測溫
、熱電偶測溫和紅外線測溫是實際應(yīng)用中常見的測溫方法。傳統(tǒng)方法因器件測量局限，易受到環(huán)境溫度以及電磁的干擾，無法精確測量。與此同時，傳統(tǒng)傳感器也給電力系統(tǒng)絕緣防護帶來一些問題，故降低了電力系統(tǒng)的絕緣防護等級。為彌補傳統(tǒng)方法的局限，光纖測溫技術(shù)應(yīng)運而生。以光纖為媒介的新型傳感器，克服了電力系統(tǒng)環(huán)境中的電磁干擾，且由于光纖優(yōu)良的物理、化學、機械特性和傳輸性能，使得光纖傳感器具有傳統(tǒng)型傳感器無法比擬的優(yōu)點
。
1 高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測現(xiàn)狀
國內(nèi)外常用的測溫方法主要包括兩種
，接觸式和非接觸式測量，這兩種方法在溫度監(jiān)測領(lǐng)域有著廣泛的研究與應(yīng)用
，本文重點介紹非接觸式測量方法中的紅外測溫
、無線測溫、光纖測溫法
。
1.1 紅外測溫法
紅外測溫法的原理是斯特藩-玻爾茲曼
、普朗克的黑輻射理論。眾所周知
，黑體是理想的輻射體
，其可在同樣溫度下發(fā)出相同的電磁波
，且與其具體成分和形狀沒有關(guān)系。在一定范圍內(nèi)
，物體的表面溫度與紅外輻射能量大小及波長存在函數(shù)對應(yīng)關(guān)系
，故依據(jù)測量物體輻射的紅外能量，通過二者的函數(shù)映射關(guān)系，即可推算出物體的表面溫度。
紅外溫測儀的基本組成包括光學系統(tǒng)、紅外探測器
、信號放大器與信號處理及顯示輸出四個部分。在這幾個部分中，紅外探測器是系統(tǒng)的測量部件，是系統(tǒng)的核心部分，其將入射的紅外輻射轉(zhuǎn)變成可供測量的電信號，該電信號在后續(xù)處理過程中充當物體溫度的載體，經(jīng)過放大器與信號處理器電路，并依據(jù)儀器內(nèi)部算法，計算校正后即可轉(zhuǎn)變成被測目標溫度值。1.2 無線測溫法
無線測溫系統(tǒng)由分布式測溫點
、數(shù)據(jù)接收器、后臺處理系統(tǒng)組成。該方法是對接觸式溫度方法的改進，是新型的測溫方法，其可以隔離測溫設(shè)備與電力系統(tǒng)之間的高低壓。在需要測溫的地方直接安裝分布式測溫點
，數(shù)據(jù)接收器則放置在距離開關(guān)柜有一定距離的地方。以無線通訊方式來實現(xiàn)測溫點和接收器之間數(shù)據(jù)傳輸
，從而實現(xiàn)了高壓隔離與溫度數(shù)據(jù)采集
。
無線測溫法雖解決了測溫裝置之安全問題，但也導(dǎo)致很多其他問題
，最核心的是開關(guān)觸頭位置處測溫裝置的工作穩(wěn)定性問題
。在實際應(yīng)用中，該模塊電源是感應(yīng)式電源
，從電力線獲取能量
。其獲取的能量大小由電力線負荷的大小決定，由于電力線負荷的變化隨機性較大
，故模塊常出現(xiàn)供電不足現(xiàn)象?div id="jfovm50" class="index-wrap">；诖?div id="jfovm50" class="index-wrap">，業(yè)界也曾采用使用電池
、減少測溫裝置功耗等方法來解決，電池的蓄電容量有限
，所以需要定期更換
，同時也會因為無線發(fā)功率過小產(chǎn)生電磁干擾，這給數(shù)據(jù)傳輸造成了一定危害
，導(dǎo)致溫度數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤
，若更換裝置電池，需要高壓開關(guān)柜停止供電
，從而達不到高壓開關(guān)柜持續(xù)運行的工作要求
，這些局限性都嚴重制約了無線測溫法的應(yīng)用。
1.3 光纖測溫法
近些年
，伴隨著光纖通訊和集成光學技術(shù)的發(fā)展
，在傳感器領(lǐng)域光纖傳感技術(shù)方興未艾，與傳統(tǒng)相比
，光纖傳感器的優(yōu)點不是功能特性
，而是源自其本身的物理特性。光纖傳感器具有質(zhì)量輕
、直徑細
、信號衰減小、抗腐蝕性強
、抗電磁干擾
、耐高溫的特點，且具有集信息傳感與傳輸與一體等優(yōu)點
，可解決常規(guī)檢測技術(shù)不能解決的測量問題
。首先，光纖本身絕緣性能良好
，可以隔離電力系統(tǒng)與測量設(shè)備之間的高壓
，避免了測溫裝置引起的設(shè)備安全事故，安全性大大提高
。使用光纖作為傳輸和傳感信號的載體
，可以克服在電力系統(tǒng)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸存在的強電磁干擾問題，故可得到更加精確的測量結(jié)果
。其次由于光纖撓曲性好
，可檢測常規(guī)傳感器不能達到的部位。這些優(yōu)點使得光纖傳感器在電力系統(tǒng)溫度測量方面展露頭角
，逐步替代其他傳感器測量方法
，比較適合作為高壓開關(guān)柜溫度測量的主要手段。
2 光纖光柵溫度傳感工作原理
溫度解調(diào)系統(tǒng)驅(qū)動LED發(fā)出一個光脈沖
，光脈沖通過光纖到達涂有稀土物質(zhì)的探頭激發(fā)出熒光
，這些熒光通過光纖傳輸?shù)綔囟冉庹{(diào)系統(tǒng)中進行光電轉(zhuǎn)化得到相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)顯示在相應(yīng)的面板上
，并通過解調(diào)儀對溫度進行傳輸顯示處理。
3 光纖測溫系統(tǒng)組成
熒光光纖測溫裝置主要包括光纖溫度解調(diào)儀
，顯示儀表
，熒光光纖傳感探針，監(jiān)控主機和人機交互界面等
；
(1) 光纖溫度解調(diào)儀實時發(fā)射光脈沖并接收熒光光纖傳感探針傳輸?shù)臄y帶有溫度信息的光信號
，并把其解調(diào)為溫度數(shù)值，并將溫度數(shù)值傳送到顯示儀表
，由顯示儀表根據(jù)溫度情況進行相應(yīng)的告警等提示
。當實際測量值大于報警設(shè)定值時發(fā)出報警信號。它既可單機獨立工作
，也可多臺組網(wǎng)使用
，適用于各種規(guī)模應(yīng)用需求。還可選配相應(yīng)的顯示模塊用于就地顯示
，顯示儀表采用嵌入式安裝方式安裝在門板等地
。
（2）顯示儀表具有實時溫度顯示、報警設(shè)置
、聲光報警和故障診斷等功能
。一般安裝在柜門等便于觀察的位置。它接受來自于光纖溫度解調(diào)儀的溫度信息
，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的閾值進行判斷和報警等功能
，同時還具有系統(tǒng)自檢功能，能對自身的狀態(tài)進行診斷和顯示
。報警閾值及報警方式等信息都可以通過儀表表面的菜單進行設(shè)置
，如圖4。
（3）熒光光纖傳感探針（測溫式熒光光纖火災(zāi)探測器）探頭尺寸極小
，可直接安裝在被測點上
，測溫準確，響應(yīng)迅速
；其尾纖選用特制光纖
，它具有傳輸帶寬大、信號穩(wěn)定
、抗電磁干擾
、抗撓曲、抗沖擊強度高和連接快捷等優(yōu)點
；尾纖護套具有耐高溫
、耐老化、耐腐蝕
、高絕緣
、不粘附等特性
，可適應(yīng)高壓
、高溫
、強電磁等惡劣的使用環(huán)境。
（4）監(jiān)控主機能實時接受
、處理來自多個光纖溫度解調(diào)儀發(fā)來的正常信息
、故障信息、災(zāi)害信息
，并對其進行快速處理和管理
，監(jiān)控主機具有故障監(jiān)控、顯示、報警、信息交換等功能，同時通過網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
（5）人機交互界面軟件系統(tǒng)的主要功能包含實時溫度的本地監(jiān)控
、實時數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控、高/低溫報警、高/低溫預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)回放、報警前后曲線、溫度導(dǎo)出至Excel等功能。4 總結(jié)
針對高壓開關(guān)柜溫度實時監(jiān)測問題，簡要闡述了目前常用監(jiān)測方法及其優(yōu)缺點
，重點闡述了光纖在電力系統(tǒng)溫控領(lǐng)域的應(yīng)用，熒光光纖作為一種新穎的傳感檢測技術(shù)，自其出現(xiàn)之始就得到了廣泛的關(guān)注。本文在充分研究光纖測溫的基礎(chǔ)上，了解基于光纖的傳感測溫系統(tǒng)，并對各個邏輯模塊的功能結(jié)構(gòu)進行了詳細介紹 ，對電力系統(tǒng)中類似問題的解決具有一定的指導(dǎo)意義
。
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