光纤在线测温报警系统应用于电厂，变电站的开关柜-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2008-11-21 11:34:05

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1.1 现状及发展趋势
电力系统的一次电气设备一般由断路器、变压器、电缆、母线、开关柜等电气设备组成。其相互之间由母线、引线、电缆等连接,由于电流流过产生热量，所以几乎所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。例如在发电厂中电缆接头、电缆中间连接处、高压电缆的局部放电、高压开关柜的动静触头及其他连接处、低压电气连接处等位置过热是大型事故的征兆,也是电厂事故多发的重灾区。
多年来由于技术水平的限制使电力系统安全运行水平受到一定限制，虽然我们曾利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温系统希望解决上述问题，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸联接点和触头测温。对全封闭金属铠装柜更是无能为力，光纤光栅感温故障监控系统彻底地解决了这一疑难杂症，实现了电力系统一次运行设备的实时在线检测，通过对设备实时数据的分析和预测，防止事故的发生，真正地作到防患于未然。其次也为今后实现状态检修，提高检修效率，大大降低检修成本和管理成本起到关键的作用。
目前，国内电力测温主要应用红外点测仪和红外成像仪，而在线方式由于无法解决高压绝缘问题，所以高压开关的触点等空间有限的电气设备基本上都是处于完全无监控的状态下运行，而高等级的变电站存在着两大隐患，一个是电压等级高，一个是覆盖面积大，因此，随着光纤测温技术的发展，光纤在电力测温系统也逐渐为人们所认可，尤其是近年来，光纤测温系统被多家电厂和供电公司使用，其良好的绝缘耐压性能和稳定的工作特点被电力系统认可，但其不适合定点测温和测温周期长的问题也凸现出来。上海前所光电科技有限公司开发的光纤光栅测温系统，不仅保持了原有光纤测温的优点，而且更大大的提高了测温定位性，缩小了测温周期。而且吸取光纤测温串联方式的系统稳定性低的教训，改用星型拓扑结构布置测温点，从而避免了光纤在开关柜内部的迂回布线，解决了防污闪问题，而且由于光纤光栅温度传感器采用全光纤感温和信号传输，不存在电磁干扰和定期维护问题，可以长期免维护可靠运行，完全符合变电站无人值守的需求。

1.2 电力设备温度监控的意义和必要性
现代工业中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，工业设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化。因此工业设备运行温度监测是设备安全监控最为有效、最为经济的手段，对设备的安全运行具有重大意义。随着光纤传感器技术的发展和应用，基于光纤布拉格（FBG）原理的准分布式光纤光栅测温系统是目前世界上最先进、最有效的温度在线监测系统，特别是在电力系统、石油化工、交通运输、工业消防等领域。
高压开关柜温度在线监控
高压开关柜的在线实时温度监控，是开关柜安全的重要保障。
开关柜内部触头接触不良、插接偏心不正等原因导致过热，以致起弧烧坏设备。高压电缆接头、连接器导体部分接触不良引起异常过热，加速绝缘老化导致击穿，这是高压开关柜的主要故障形式。
通过对开关柜内温度连续监测，实现故障的早期报警，当发生故障时，提供及时报警并指明故障点位置，并提供故障分析的详尽监测数据。可以保证开关柜的安全可靠运行。
电力电缆温度监测
电力电缆的在线实时温度检测，具有重大现实意义：
运行状态监测:有效监测电缆在不同负载和不同环境温度下的发热状态，积累历史技术数据；
载流量限度分析，可以保证在不超过电缆允许运行温度的情况下，最大限度的发挥电缆的传输能力、提高经济效益；
老化监测，发现电缆上的局部过热点，及时采取降温措施，延缓电缆老化速度；
实时故障监测预警，发现电缆运行过程中外界因素导致的破坏；
电缆沟内火情监测与报警；
电缆接头、电缆终端的温度监测与报警。
发电厂、大型冶金企业电缆沟防火及火情监测
电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行。根据电力事故分析，由于电缆故障引发的火灾事故占相当大比例。火灾一旦发生，会导致大面积电缆坏毁，机组被迫停机，造成重大直接经济损失。实时温度检测可以提前预警，以便及时采用有效措施。
传统的测温方法是将某些点式温度传感器安装在电缆沟的重要部位，用光缆进行温度数据传送，其优点是比较经济，但存在安装繁琐，抗电磁干扰能力低，监测不完整等缺点。另一种方法是采用感温电缆，一般只能在固定的温度值报警、误差大、难以准确定位。光纤光栅实时温度监测系统是分布的监测系统，测温点位置数量可按需要布设、精度高、响应快、传输距离远、安装方便、免维护、耐恶劣环境，抗电磁干扰、本安防爆，是有明显的技术优势。
大型电力变压器、发电机、断路器、互感器、电力电容内部/表面、母线温度监测
根据变压器、发电机、断路器、互感器、电力电容的温度监测要求，在设备内部或表面布设光纤光栅传感器，实现温度实时监控。
变电站、发电厂母线的温度监测。
1.3 技术关键分析
（1）绝缘耐压性：在电力系统尤其是高压和超高压系统中使用的设备，首先要满足绝缘耐压的要求，即不能降低原有设备的电压等级和安全特性，基于光纤光栅原理的QS-Safe1000光纤光栅在线测温系统在监测现场为全光测量，传感器引出光纤在30cm爬电距离内可耐受超过95kV工频电压，完全满足高压开关柜内的绝缘耐压要求，通过了国家电线电缆质量监督检验中心的工频耐压检测。
（2）防污闪：在高压开关柜这样的有限空间内，如何保证光纤留有足够的爬电距离是该系统能否保证原有系统安全的一大关键。上海前所光电科技有限公司的QST200光纤光栅温度传感器采用耐污性能优良的硅橡胶外套光纤进行信号传输，从而保证了系统的安全性。
（3）空间定位性：传统的光纤测温方式定位精度低，而且为了定位需要将5米光纤盘成一个盘来安装，不仅安装复杂，而且测量周期很长，还有很多隐患。而光纤光栅测温系统由于采用了光纤光栅做测温敏感元件，所以可以通过光纤光栅温度传感器来准确定位，对过热相或温升异常相进行报警，不仅可以测温，同时还可以通过温度的监测间接判断小电流接地端，作为小电流接地监测的补充。
（4）实时探测报警能力：传统光纤测温方式，如测温点在40点到100点之间，则测温周期在几分钟到半小时之间。采用新型的光纤光栅测温系统，全部测点测温周期小于50毫秒，充分的保证报警的及时性，同时由于测温周期短，可以在报警系统中引入温升趋势报警，提高了报警的可靠性和前瞻性，提高电力设备的安全性。
（5）系统稳定性：传统的测温方式由于包含的环节多，因此出故障的环节也比较多；而光纤光栅测温系统的整体结构简单，只有光纤光栅温度传感器和分析仪两大主要部分组成，因此无中间环节，而测量现场为全光测量，完全不受强电场和强磁场的干扰，保障了系统的稳定运行。
（6）高可靠性：光纤光栅测温系统与传统测温方式相比有无误报、无漏报的特点，这是由于光纤光栅只对温度敏感，因此无论是其他条件发生何种变化，都不会对光纤光栅测量的准确性发生影响，另外，光纤光栅的加工方式采用物理加工的方式，因此，一旦产品完成后，除非破坏不会产生零点漂移，所以光纤光栅测温系统不需要向传统的测温系统那样，定期进行零点标定，从而非常方便于维护。