電力系統(tǒng)變電運行中光纖光柵測溫系統(tǒng)

李征 王慶旺

（唐山供電公司，河北唐山 063000）

電力系統(tǒng)變電運行中光纖光柵測溫系統(tǒng)

李征 王慶旺

（唐山供電公司，河北唐山 063000）

相對于傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)，光纖光柵測溫系統(tǒng)具有故障檢測與維護方便、受光源功率波動的影響較小，使用壽命長、信息共享等優(yōu)點，對光纖光柵測溫系統(tǒng)進行深入研究，有助于提高火災(zāi)探測器性能，從而達到有效預(yù)防電力系統(tǒng)火災(zāi)的目的。

電力系統(tǒng) 光纖光柵 測溫

對電力系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)的過熱故障進行分類，包括外部熱故障和內(nèi)部熱故障。對于前者而言，通常是指在大電流作用下，壓接不良的裸露接頭出現(xiàn)溫升現(xiàn)象，給設(shè)備的安全造成隱患；對于后者而言，主要是指密封在材料內(nèi)部的電纜等發(fā)生長時間發(fā)熱現(xiàn)象，造成局部溫度上升。對設(shè)備內(nèi)部故障進行檢測可以通過其周圍材料的溫升檢測來實現(xiàn)。光纖光柵傳感器比傳統(tǒng)傳感器的抗電磁干擾能力更強，具有更低的損耗和更高的靈敏度，屬于無源獨立器件，其應(yīng)用也逐漸從實驗室走向?qū)嶋H生活，將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)中具有其他傳感器無法比擬的優(yōu)越性。

1 電力系統(tǒng)溫度檢測的現(xiàn)狀分析

在電力系統(tǒng)中的送變電工區(qū)集中有大量的電氣設(shè)備。當下，很多變電站已經(jīng)實施了無人值守的工作狀態(tài)，通過集控中心對這些變電站進行監(jiān)控，通常情況下，一個集控中心所管轄的變電站多達十個。變電站中的設(shè)備長時間處于高負荷狀態(tài)，常常會出現(xiàn)溫度累計上升，最終導(dǎo)致熱故障的現(xiàn)象。在這些發(fā)熱現(xiàn)象中，有一些在萌芽狀態(tài)就能及時被人們所發(fā)現(xiàn)并得到處理；有些無法進行停電處理；有些采用現(xiàn)有的測溫技術(shù)無法被檢測出來。當無法實現(xiàn)對溫度的跟蹤時，常常會出現(xiàn)設(shè)備的熱故障。對出現(xiàn)的設(shè)備熱故障以及故障點進行總結(jié)，主要有：引線接頭的熱故障；隔離刀閘的接觸部位熱故障；高壓套管的接頭熱故障；電流互感器和電容器組上接頭的熱故障；封閉式開關(guān)柜內(nèi)部的內(nèi)鋁排接頭熱故障等［1］。

2 電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測方法比較

對當前的電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測方法進行分析，包括以下幾種。

2.1 電類傳感器件實現(xiàn)電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測

在電力系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)溫度監(jiān)測方式是采用溫度敏感元件實現(xiàn)的，如：熱敏電阻等。此時需要配合使用相應(yīng)的處理電路對信號進行相應(yīng)的處理。其特點是可靠性低、測量精度差、需要較多的電線等。隨后出現(xiàn)了數(shù)字溫度傳感器，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的精度和智能化程度。在水電站，這種方案得到了較好的應(yīng)用?？傮w上來說，采用電類傳感器進行溫度的監(jiān)測屬于接觸式監(jiān)測，這就意味著使用的傳感器與需要監(jiān)測的設(shè)備有直接的接觸，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，顯示在現(xiàn)場儀表上。電類傳感器件實現(xiàn)電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測的主要優(yōu)點是有成熟的技術(shù)。但最大的不足在于：得到的結(jié)果信號是以電信號的形式存在于系統(tǒng)中的，但電力系統(tǒng)營造的是一個高電壓、強磁場的環(huán)境，對電信號會有較大的干擾作用，容易造成結(jié)果信號的失真，使得監(jiān)測失去效用，穩(wěn)定性較差。

2.2 紅外線溫度監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測

在紅外線溫度監(jiān)測系統(tǒng)中一般包括有：非接觸式紅外線溫度傳感器、數(shù)據(jù)總線以及計算機。這類傳感器能夠監(jiān)測高壓大電流載體的溫度，能夠穩(wěn)定運行于強電場的環(huán)境下。相比于傳統(tǒng)式電類傳感器，它的工作方式屬于非接觸式測量，其主要不足在于：紅外測溫探頭的安裝較為困難，在無人值守變電站中無法實現(xiàn)實時的在線監(jiān)測。

2.3 光纖式溫度監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測

該系統(tǒng)的工作原理為：通過光纖將光纖式溫度傳感器連接到讀數(shù)儀表上，并與監(jiān)控計算機通過總線連接。光纖式傳感器的體積小，感溫頭易于與被測物體的表面接觸。該類傳感器的主要優(yōu)點為：受潮濕環(huán)境的影響較小，具有較高的電磁干擾能力和良好的絕緣性，不易腐蝕等。不足在于：進行多點監(jiān)測時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度增加，需要增加更多的現(xiàn)場讀數(shù)儀表。

3 光纖光柵測溫系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

光纖光柵測溫系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用總結(jié)起來包括以下一些方面。

（1）測量電力電纜表面和電纜密集區(qū)域的溫度；在發(fā)電廠和變電站中，光纖光柵測溫系統(tǒng)可用于對電纜夾層和溝道以及電纜隧道的溫度進行監(jiān)測，起到監(jiān)護電力電纜的作用。此時，需要將測溫用光纖傳感器貼在電纜的表面，通過光纖光柵測溫系統(tǒng)實時獲取電纜表面溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，連同電纜中流過的電流共同繪制出相關(guān)曲線，以此來推算出電纜中芯線的溫度系數(shù)，根據(jù)電纜表面溫度和芯線溫度的差值得到電流與電纜表面溫度之間的關(guān)系。這一關(guān)系可以為電力系統(tǒng)的安全運行提供參考依據(jù)。（2）測量汽輪機內(nèi)部濕蒸汽；對于系統(tǒng)的穩(wěn)定來說，火電機組的正常運行扮演著重要角色。在汽輪機的內(nèi)部，對其安全經(jīng)濟運行起著重要影響的因素之一是濕蒸汽。在大型凝汽式汽輪機的最后幾級以及中大型汽輪機的所有級中，濕蒸汽含量都較重，這會大大降低汽輪機的工作效率，因此，對其中濕蒸汽含量進行實時測量具有重要意義。（3）其他應(yīng)用；光纖光柵測溫系統(tǒng)在電力系統(tǒng)測溫中的應(yīng)用除上述介紹的場合以外，還包括：對大中型發(fā)電機以及變壓器的溫度分布進行監(jiān)測；實現(xiàn)熱動保護并及時診斷出設(shè)備故障；對火力發(fā)電廠的加熱系統(tǒng)及蒸汽管道和輸油管道進行溫度測量；對地?zé)犭娬疽约胺忾]式電氣設(shè)備進行溫度監(jiān)測等。作為一種高新技術(shù)，光纖光柵溫度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高壓電纜全線的溫度監(jiān)測。

4 結(jié)語

近年來，光纖光柵傳感技術(shù)發(fā)展迅速，作為一種新穎的傳感檢測技術(shù)，光纖光柵傳感技術(shù)自出現(xiàn)之日起就得到了廣泛的關(guān)注。在國外，光纖光柵傳感技術(shù)已經(jīng)在航空航天、智能材料與結(jié)構(gòu)以及石油等領(lǐng)域有了實際應(yīng)用。在國內(nèi)，光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用時間還較短，其發(fā)展也較滯后，在電力系統(tǒng)測溫中的應(yīng)用還有很多問題有待解決。光纖光柵在電力系統(tǒng)測溫中的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在電力電纜表面溫度的測量、汽輪機內(nèi)部濕蒸汽測量、高壓開關(guān)柜隔離觸頭溫度檢測等，隨著技術(shù)的不斷進步，相信在不久的將來，光纖光柵測溫系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將會更加廣泛和深入。

［1］裴麗，寧提綱，謝增華，簡水生.光纖光柵制作方法［J］.光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2000（5）.

［2］董新永，趙春柳，寧鼎，劉志國，開桂云，董孝義.用光纖光柵的啁啾效應(yīng)實現(xiàn)溫度不敏感的彎曲傳感［J］.光子學(xué)報，2001（4）.