基于熒光光纖傳感器高壓開關柜溫度監測系統設計

欄目:行業資訊 發布時間:2021-09-14 瀏覽量: 242
在我國電力系統發展過程中,用電安全性問題日益突出。事故頻發,大多因為電流通過某些部位,導致局部過熱,并且沒有及時發現所導致?;诖?,對某些重點部位進行溫度監測、顯示、報警,若有意外發生,及時采取處理措施,是避免安全事故發生之關鍵。

       在我國電力系統發展過程中,用電安全性問題日益突出。事故頻發,大多因為電流通過某些部位,導致局部過熱,并且沒有及時發現所導致?;诖?,對某些重點部位進行溫度監測、顯示、報警,若有意外發生,及時采取處理措施,是避免安全事故發生之關鍵。

       傳統電力系統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用中常見的測溫方法。傳統方法因器件測量局限,易受到環境溫度以及電磁的干擾,無法精確測量。與此同時,傳統傳感器也給電力系統絕緣防護帶來一些問題,故降低了電力系統的絕緣防護等級。為彌補傳統方法的局限,光纖測溫技術應運而生。以光纖為媒介的新型傳感器,克服了電力系統環境中的電磁干擾,且由于光纖優良的物理、化學、機械特性和傳輸性能,使得光纖傳感器具有傳統型傳感器無法比擬的優點。

1 高壓開關柜溫度在線監測現狀

       國內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測領域有著廣泛的研究與應用,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出相同的電磁波,且與其具體成分和形狀沒有關系。在一定范圍內,物體的表面溫度與紅外輻射能量大小及波長存在函數對應關系,故依據測量物體輻射的紅外能量,通過二者的函數映射關系,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、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,紅外探測器是系統的測量部件,是系統的核心部分,其將入射的紅外輻射轉變成可供測量的電信號,該電信號在后續處理過程中充當物體溫度的載體,經過放大器與信號處理器電路,并依據儀器內部算法,計算校正后即可轉變成被測目標溫度值。

       1.2 無線測溫法

       無線測溫系統由分布式測溫點、數據接收器、后臺處理系統組成。該方法是對接觸式溫度方法的改進,是新型的測溫方法,其可以隔離測溫設備與電力系統之間的高低壓。在需要測溫的地方直接安裝分布式測溫點,數據接收器則放置在距離開關柜有一定距離的地方。以無線通訊方式來實現測溫點和接收器之間數據傳輸,從而實現了高壓隔離與溫度數據采集。

    無線測溫法雖解決了測溫裝置之安全問題,但也導致很多其他問題,最核心的是開關觸頭位置處測溫裝置的工作穩定性問題。在實際應用中,該模塊電源是感應式電源,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,故模塊常出現供電不足現象?;诖?,業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功率過小產生電磁干擾,這給數據傳輸造成了一定危害,導致溫度數據傳輸出現錯誤,若更換裝置電池,需要高壓開關柜停止供電,從而達不到高壓開關柜持續運行的工作要求,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的發展,在傳感器領域光纖傳感技術方興未艾,與傳統相比,光纖傳感器的優點不是功能特性,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點,可解決常規檢測技術不能解決的測量問題。首先,光纖本身絕緣性能良好,可以隔離電力系統與測量設備之間的高壓,避免了測溫裝置引起的設備安全事故,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環境中數據傳輸存在的強電磁干擾問題,故可得到更加精確的測量結果。其次由于光纖撓曲性好,可檢測常規傳感器不能達到的部位。這些優點使得光纖傳感器在電力系統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

       溫度解調系統驅動LED發出一個光脈沖,光脈沖通過光纖到達涂有稀土物質的探頭激發出熒光,這些熒光通過光纖傳輸到溫度解調系統中進行光電轉化得到相應的溫度數據顯示在相應的面板上,并通過解調儀對溫度進行傳輸顯示處理。

3 光纖測溫系統組成

       熒光光纖測溫裝置主要包括光纖溫度解調儀,顯示儀表,熒光光纖傳感探針,監控主機和人機交互界面等;

       (1) 光纖溫度解調儀實時發射光脈沖并接收熒光光纖傳感探針傳輸的攜帶有溫度信息的光信號,并把其解調為溫度數值,并將溫度數值傳送到顯示儀表,由顯示儀表根據溫度情況進行相應的告警等提示。當實際測量值大于報警設定值時發出報警信號。它既可單機獨立工作,也可多臺組網使用,適用于各種規模應用需求。還可選配相應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儀的溫度信息,并根據預先設置好的閾值進行判斷和報警等功能,同時還具有系統自檢功能,能對自身的狀態進行診斷和顯示。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置,如圖4。

       (3)熒光光纖傳感探針(測溫式熒光光纖火災探測器)探頭尺寸極小,可直接安裝在被測點上,測溫準確,響應迅速;其尾纖選用特制光纖,它具有傳輸帶寬大、信號穩定、抗電磁干擾、抗撓曲、抗沖擊強度高和連接快捷等優點;尾纖護套具有耐高溫、耐老化、耐腐蝕、高絕緣、不粘附等特性,可適應高壓、高溫、強電磁等惡劣的使用環境。

       (4)監控主機能實時接受、處理來自多個光纖溫度解調儀發來的正常信息、故障信息、災害信息,并對其進行快速處理和管理,監控主機具有故障監控、顯示、報警、信息交換等功能,同時通過網絡可實現遠程監控。

       (5)人機交互界面軟件系統的主要功能包含實時溫度的本地監控、實時數據的遠程監控、高/低溫報警、高/低溫預警、歷史數據回放、報警前后曲線、溫度導出至Excel等功能。

4 總結

       針對高壓開關柜溫度實時監測問題,簡要闡述了目前常用監測方法及其優缺點,重點闡述了光纖在電力系統溫控領域的應用,熒光光纖作為一種新穎的傳感檢測技術,自其出現之始就得到了廣泛的關注。本文在充分研究光纖測溫的基礎上,了解基于光纖的傳感測溫系統,并對各個邏輯模塊的功能結構進行了詳細介紹,對電力系統中類似問題的解決具有一定的指導意義。


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