傳感器在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

沈志明

（江蘇省江陰中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，江蘇 江陰 214433）

0 引 言

點(diǎn)式光纖半導(dǎo)體溫度傳感器能對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，在有效維護(hù)應(yīng)用質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能夠借助溫度傳感元件約束測(cè)量過(guò)程。由于這類(lèi)傳感器本身的測(cè)量精度較高且原理簡(jiǎn)單，能提高操作的時(shí)效性，因此被廣泛應(yīng)用在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，優(yōu)化溫度測(cè)定分析的實(shí)際水平。

1 光纖傳感器概述

光纖傳感器本身具有絕緣、抗電磁干擾等特性，可以保證監(jiān)測(cè)過(guò)程中的安全性，且耐腐蝕性、耐高溫性質(zhì)較為突出。將它應(yīng)用在高直流電場(chǎng)中，能有效完善溫度的接觸式測(cè)量，且測(cè)量精度高，能建立相應(yīng)的測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)電力設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

在光纖溫度傳感技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外都將重點(diǎn)落在傳感器研究和光纖溫度管理方面，所以，光纖光柵溫度傳感器成為光纖溫度傳感技術(shù)研究項(xiàng)目的關(guān)鍵。在光纖分布式溫度測(cè)量系統(tǒng)體系內(nèi)，光纖溫度傳感技術(shù)研究要結(jié)合火災(zāi)預(yù)防、多點(diǎn)溫度控制等項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌分析，但是其整體造價(jià)較高[1]。

點(diǎn)式光纖溫度傳感器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，基礎(chǔ)的測(cè)溫原理是半導(dǎo)體吸收光譜的臨界邊會(huì)隨著溫度變化而變化，且會(huì)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)，能在半導(dǎo)體晶片經(jīng)過(guò)光強(qiáng)度處理工序后建立有效的變化程度分析和判定。另外，半導(dǎo)體介質(zhì)在進(jìn)行光吸收的過(guò)程中，吸收率和半導(dǎo)體禁帶寬度有直接關(guān)系。溫度出現(xiàn)變化后，熱膨脹及溫度變化會(huì)影響晶體振動(dòng)狀態(tài)，使得禁帶的實(shí)際寬度參數(shù)發(fā)生變化，引起吸收的光譜率出現(xiàn)異常。

2 電力系統(tǒng)檢測(cè)中光纖傳感器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)

電力系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行水平非常關(guān)鍵，技術(shù)人員要整合斷路器，確保移動(dòng)小車(chē)和開(kāi)關(guān)柜能發(fā)揮實(shí)際價(jià)值。其中，高壓開(kāi)關(guān)柜本身的觸頭數(shù)量為6個(gè)，在上側(cè)和下側(cè)的三相上各分布一個(gè)，能有效提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，并能借助觸頭實(shí)時(shí)監(jiān)督和測(cè)定溫度。因此，要在系統(tǒng)高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程中完善探頭和電路-信號(hào)處理設(shè)施，并做到以下幾點(diǎn)。

第一，對(duì)光源進(jìn)行選擇，在自光源發(fā)出光后，經(jīng)過(guò)探頭的作用，透光強(qiáng)度會(huì)隨著溫度變化逐漸發(fā)生改變，借助點(diǎn)式光纖溫度傳感器就能對(duì)透射光的強(qiáng)度予以溫度監(jiān)測(cè)，保證工作得到落實(shí)。因此，技術(shù)人員在光源選擇方面要約束傳感器測(cè)量范圍，按照吸收譜臨界邊溫度變化進(jìn)行判定，有效獲取較寬的譜寬參數(shù)。需要注意，在光源波長(zhǎng)選擇方面，需結(jié)合吸收邊進(jìn)行充分的參數(shù)考量，將參數(shù)控制在864～908nm，以選取更加適宜的參數(shù)，為檢測(cè)光強(qiáng)擴(kuò)大及中心波長(zhǎng)處理工作的全面開(kāi)展奠定基礎(chǔ)[3]。

第二，探頭設(shè)計(jì)工作，結(jié)合傳感器本身的應(yīng)用結(jié)構(gòu)和原理，將其應(yīng)用在電力系統(tǒng)高壓開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)處理方面，對(duì)高壓電纜接頭進(jìn)行溫度測(cè)試，確保能為傳感器安裝工作提供基礎(chǔ)參數(shù)。在設(shè)計(jì)探頭的過(guò)程中，要分析和判定探頭的體積、熱平衡參數(shù)。一般會(huì)選擇導(dǎo)熱性能較好的銅材料，從而在一定程度上提高處理機(jī)制的時(shí)效性。

第三，信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)。在傳感器信號(hào)處理工作中，要結(jié)合實(shí)際要求對(duì)核心單元進(jìn)行判定，有效整合單片機(jī)結(jié)構(gòu)，利用高性能、低功耗的8位AVR微控制器有效判定相關(guān)參數(shù)，合理完善存儲(chǔ)器的管控工作，為獲取硬件接口電路提供保障，同時(shí)整合RISC精簡(jiǎn)指令保證結(jié)構(gòu)的集成效果，為系統(tǒng)編程效果的優(yōu)化提供保障。

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)體系內(nèi)，結(jié)合傳感器應(yīng)用效率和整體應(yīng)用水平，除了對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌管理外，還要完善軟件系統(tǒng)，確保相應(yīng)系統(tǒng)元件能夠?yàn)榘踩O(jiān)測(cè)工作的順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)[4]。

第一，信號(hào)采集控制軟件系統(tǒng)，主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行及時(shí)性捕捉，并篩選和匯總存儲(chǔ)信號(hào)信息，以備后續(xù)制定相應(yīng)的動(dòng)作指令。需要注意，信號(hào)采集處理控制系統(tǒng)中，要關(guān)注數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性，得到完善的整體監(jiān)督控制質(zhì)量。

第二，信號(hào)濾波軟件結(jié)構(gòu)，主要是分析和判定濾波參數(shù)，結(jié)合相關(guān)參數(shù)判定結(jié)果的時(shí)效性，具體分析和處理相關(guān)情況。

第三，平均插值計(jì)算軟件，是一款計(jì)算功能較強(qiáng)的軟件體系，能對(duì)平均插值進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和核查，以備后續(xù)完善計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)對(duì)比分析效率。

第四，顯示輸出的軟件結(jié)構(gòu)，在所有工序結(jié)束后，要借助輸出軟件完成數(shù)據(jù)處理和輸出。為進(jìn)一步落實(shí)設(shè)備安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，要結(jié)合反饋參數(shù)提升監(jiān)測(cè)過(guò)程的時(shí)效性[5]。

此外，在信息采集工作中，技術(shù)部門(mén)要將采集結(jié)構(gòu)和應(yīng)用體系之間的關(guān)系作為研究重點(diǎn)，有效完善采集流程和上機(jī)位通訊過(guò)程的合理性，并升級(jí)采集過(guò)程，確保實(shí)時(shí)性和應(yīng)用效果的完整性。最重要的是，軟件系統(tǒng)的應(yīng)用要將CPU提升作為前提，在整合利用效率的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件流程的初始化操作質(zhì)量、功能處理操作指令及定時(shí)中斷功能指令等進(jìn)行集中分析和判定，合理性完善管控標(biāo)準(zhǔn)。

3 傳感器在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用過(guò)程

在對(duì)點(diǎn)式光纖溫度傳感器進(jìn)行全面分析和系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用在10kV高壓開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)中進(jìn)行試用，能有效形成9點(diǎn)監(jiān)測(cè)。在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)校對(duì)和試驗(yàn)測(cè)試，將光纖傳感器直接置于設(shè)備的電熱恒溫箱中，有效滿足溫控效率。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溫度從室溫條件逐漸上升。操作人員要測(cè)定不同溫度間隔的恒溫箱溫度和系數(shù)模擬輸出量，有效整合溫度值，完善最終的處理效果。在熱電偶溫度計(jì)和水銀溫度傳感器共同作用的基礎(chǔ)上，得出相應(yīng)的溫度參數(shù)。利用熱電偶溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)檢測(cè)溫度后，就能將其作為恒溫箱溫度參考數(shù)值[6]。

實(shí)際測(cè)定工作中，為全面了解光纖溫度傳感器在運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)間穩(wěn)定性，要注重連續(xù)測(cè)量后的數(shù)據(jù)反饋，確保能選擇控溫的基礎(chǔ)條件，并在此基礎(chǔ)上得出光纖溫度傳感器隨時(shí)間變化形成的差異化測(cè)量結(jié)果，如圖1所示。

圖1 光纖溫度計(jì)時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)試曲線

結(jié)合圖1不難發(fā)現(xiàn)，在時(shí)間不斷累積的背景下，測(cè)量溫度存在不穩(wěn)定性。結(jié)合測(cè)量信息能對(duì)溫度傳感器的溫度漂移效果進(jìn)行判定，并探究溫度傳感器測(cè)量精度。可見(jiàn)，時(shí)間的穩(wěn)定性對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程質(zhì)量具有重要意義。另外，傳感器主要利用光纖技術(shù)，耐高溫，能將傳感器直接置于控溫體系中。將溫度控制在-20～125 ℃，系統(tǒng)也能形成常態(tài)化工作[7]。

在對(duì)系統(tǒng)安裝的體系進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試后，要保證開(kāi)關(guān)柜應(yīng)用的實(shí)際水平，系統(tǒng)機(jī)箱安裝處理過(guò)程也要對(duì)開(kāi)關(guān)柜低壓部分進(jìn)行分析，尤其是對(duì)連接機(jī)箱和探頭的光線捆扎穿管結(jié)構(gòu)。要保證處理效率的時(shí)效性，就要在安裝過(guò)程中確保光纖彎曲參數(shù)能滿足實(shí)際要求，避免光纖攪在一起影響光纖使用率。通常測(cè)量數(shù)據(jù)參數(shù)要借助RS485串行總線建立連接關(guān)系，并且將其連接在監(jiān)控室中，結(jié)合軟件操作過(guò)程中積累的數(shù)據(jù)對(duì)不同點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)試和分析判定，有效提升系統(tǒng)報(bào)警的基本水平。在傳感器應(yīng)用的過(guò)程中，要測(cè)量和分析高壓輸電電纜接頭的溫度，將測(cè)定監(jiān)測(cè)數(shù)量控制在20個(gè)以上，并利用系統(tǒng)借助RS485建立監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)系統(tǒng)中不同固定點(diǎn)進(jìn)行分析和信息傳遞，形成監(jiān)控結(jié)構(gòu)。正是因?yàn)橄到y(tǒng)能對(duì)電纜體系的觸點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)定，若溫度較高就予以報(bào)警，一定程度上可以避免事故的發(fā)生[8]。

4 結(jié) 論

利用光纖傳感器對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化分析和安全監(jiān)測(cè)，能有效完善數(shù)據(jù)分析結(jié)果，確保后續(xù)數(shù)據(jù)分析判定效率的完整性，在有效整合光強(qiáng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，保證吸收率的合理性，為測(cè)量精度的全面優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。