分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在煤礦提升設(shè)備上的應(yīng)用研究

李 洋

（開(kāi)灤林南倉(cāng)礦業(yè)分公司，河北 唐山064106）

0 引言

絞車是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，在絞車房?jī)?nèi)安裝一套分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，將感溫光纖直接安裝在電控系統(tǒng)的IGBT模塊溫度敏感點(diǎn)上，可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)地監(jiān)測(cè)各點(diǎn)運(yùn)行溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車變頻器IGBT模塊溫度的在線監(jiān)測(cè)、預(yù)警，為設(shè)備檢修提供依據(jù)，把事故消滅在萌芽中。

林南倉(cāng)礦主井絞車共有2套變頻控制系統(tǒng)，分別為轉(zhuǎn)子變頻和定子變頻，一套使用一套備用。其中，轉(zhuǎn)子變頻包含72個(gè)IGBT模塊，定子變頻包含18個(gè)IGBT單元和18個(gè)電抗器單元，2套變頻電控系統(tǒng)均由8臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜和換相柜供電。過(guò)去經(jīng)常發(fā)生IGBT模塊因過(guò)熱燒毀而導(dǎo)致提升系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為了改變這種狀態(tài)，利用光纖測(cè)溫技術(shù)監(jiān)測(cè)絞車電控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并加以處理，從而防止事故擴(kuò)大。

1 光纖測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)采用光纖感溫，測(cè)溫儀處理數(shù)據(jù)并上傳至計(jì)算機(jī)集中監(jiān)測(cè)。感溫光纖的測(cè)溫范圍是－30～＋120℃（使用高溫光纖，可擴(kuò)展至700℃），對(duì)于濕度、污染、腐蝕、絕緣、電磁干擾等無(wú)特殊要求。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)可對(duì)IGBT模塊和環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)設(shè)定閾值自動(dòng)超限報(bào)警，系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)其他設(shè)備不造成電磁及通訊干擾等影響。

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

2 系統(tǒng)構(gòu)成

在主井操作室內(nèi)安裝一套分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，包括測(cè)溫主機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和17′液晶顯示器、報(bào)警設(shè)備等，感溫光纖做成光纖繞盤安裝在IGBT模塊溫度敏感點(diǎn)上。

感溫光纖選用特殊定制的0.9mm直徑耐高壓絕緣光纖，使用特制光纖繞盤監(jiān)測(cè)IGBT模塊；接續(xù)光纜選用特殊定制的3mm直徑鋼絲鎧裝絕緣護(hù)套傳感光纜，用于測(cè)溫主機(jī)至變頻器柜的間隔接續(xù)。

3 系統(tǒng)安裝

利用感溫光纖對(duì)主井變頻器72個(gè)IGBT模塊、18個(gè)IGBT單元和18個(gè)電抗器單元進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；另外，在每個(gè)IGBT柜內(nèi)安裝一個(gè)環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共6個(gè)；共計(jì)114個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加上8面開(kāi)關(guān)柜的48個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（6點(diǎn)／柜），監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)為162個(gè)。根據(jù)實(shí)際設(shè)定報(bào)警閾值，溫度超限報(bào)警，可隨時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)并形成報(bào)告。該系統(tǒng)具有局域網(wǎng)絡(luò)接口，可聯(lián)入企業(yè)局域網(wǎng)系統(tǒng)或其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。

IGBT模塊感溫光纖安裝位置如圖1所示。

圖1 IGBT模塊感溫光纖安裝位置示意圖

4 工作原理

連續(xù)分布光纖測(cè)溫儀采用分布式光纖感溫方式，其原理是利用激光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的自發(fā)喇曼（Raman）散射和光時(shí)域反射（OTDR）原理來(lái)獲取空間溫度分布信息。當(dāng)在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖時(shí)，它在光纖中向前傳輸?shù)耐瑫r(shí)會(huì)不斷產(chǎn)生后向喇曼散射光，這些后向喇曼散射光的強(qiáng)度受所在光纖散射點(diǎn)溫度影響而有所改變，散射回來(lái)的后向喇曼光經(jīng)過(guò)光學(xué)濾波、光電轉(zhuǎn)換、放大、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換后，送入信號(hào)處理器，便可將溫度信息實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)，同時(shí)根據(jù)光纖中光的傳輸速度和后向光回波的時(shí)間定位溫度信息。測(cè)溫儀具有非常高的處理增益、非常低的噪聲電平，可使所測(cè)量的溫度信號(hào)精度和靈敏度滿足使用要求。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)足夠高的空間定位精度，測(cè)溫還儀具有足夠高的時(shí)間分辨率，即帶寬和采樣頻率。

連續(xù)分布光纖測(cè)溫儀測(cè)溫原理如圖2所示。

5 應(yīng)用效果

絞車變頻電控系統(tǒng)實(shí)施光纖測(cè)溫后，能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備關(guān)鍵部位的溫升情況，做到早期預(yù)警，防患于未然。發(fā)生過(guò)熱故障前，系統(tǒng)可對(duì)各被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的故障趨勢(shì)進(jìn)行智能分析，并準(zhǔn)確定位，指導(dǎo)檢修工作。系統(tǒng)可通過(guò)顯示器直觀顯示各被監(jiān)測(cè)點(diǎn)或區(qū)域的具體位置及名稱，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的溫度監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)還可保存及隨時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)，有利于經(jīng)驗(yàn)的積累，從而為事故趨勢(shì)分析提供依據(jù)。絞車司機(jī)發(fā)現(xiàn)超溫后能立即停止設(shè)備運(yùn)行，消除了事故隱患，大大提高了提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。該系統(tǒng)自投用以來(lái)運(yùn)行良好，未再發(fā)生絞車變頻器IGBT燒毀事故。

圖2 連續(xù)分布光纖測(cè)溫儀原理框圖

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