分布式光纤测温系统在仓矿主提升系统中的应用

摘要：随着矿井提升系统的自动化程度越来越高，绞车变频器的安全可靠则显得更为重要。在绞车变频系统中，变频器内部IGBT模块因过热而引发故障即可造成整个系统停止工作。因此，仓矿公司引进了一套分布式全光纤测温系统，主要是对主井高压变频器IGBT模块温度进行在线监测、预测预警，指导检修，把事故消灭在萌芽中。

关键词：变频器IGBT 光纤测温

Abstract: along with the hoist system increasingly high degree of automation, winch converter safety is more important. The winch frequency conversion system, internal IGBT module inverter overheat fault can cause the system to stop working. Therefore, bin mine company introduced a fully distributed optical fiber temperature measurement system, is mainly carried out on-line monitoring, forecasting and early warning, the main high voltage inverter IGBT module temperature guide maintenance, the accident nipped in the bud.

Keywords: inverterIGBTray measurement

中图分类号：TM452+.94 文献标识码：A

前言

在众多的煤矿机电设备和系统中，煤矿主井绞车变频器的安全可靠性则显得尤为重要，它直接关系到整个煤矿的安全与生产。在绞车变频器系统中，变频器内部IGBT模块的工作状态是决定变频器能否长期稳定运行的关键，单个IGBT模块故障即可造成整个系统停止工作，这其中有很多故障有IGBT模块过热现象，因此对IGBT模块进行实时在线温度监测可以对过热故障提前预警，就显得格外重要。

光纤测温系统主要是对主井高压变频器IGBT模块温度进行在线监测、预测预警。安装一套“分布式全光纤测温系统”，将感温光纤直接安装在IGBT模块温度敏感点上，实时、准确、连续地监测各点的运行温度，实现对IGBT模块温度的在线监测、预警指导消缺检修，把事故消灭在萌芽中。

一、总体思路

光纤测温监测系统对高压电气设备电气接点、高压电缆接头等位置均可安装布设，且具有：连续分布、实时精确、耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点。能为保障各系统安全运行，减少非计划停电、降低运行成本、提高工作效率发挥积极和重要的作用。

本系统是对仓矿6KV主井绞车房高压电气设备、IGBT单元、开关柜、变频柜、母线、高压电缆及中间头绞车电机等设备的运行温度以及环境温度进行在线监测、预警。安装一套单通道“光纤测温实时在线监测预警系统”，监测主井变频柜及绞车电机高压电缆等设备。实时、准确、连续地监测各温度敏感点的运行温度，实现高压开关柜电气接点过热预警并准确定位，指导消缺检修，把事故消灭在萌芽中。并可按要求将数据上传到局域网，实现数据共享。

二、工作原理

“光纤测温在线点检系统”包括连续分布全光纤测温仪、工控机、显示器、报警器、测温光纤和光缆等设备。

工控机根据设定的参数自动采集各个监测点的温度数据，存入数据库，具有图形显示界面。当监测点有异常时报警，同时报警信息通过MIS网上传。

“连续分布全光纤测温仪”采用分布式光纤感温方式，其原理是利用激光在光纤中传输时产生的自发喇曼（Raman）散射和光时域反射（OTDR）原理来获取空间温度分布信息。当在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，它在光纤中向前传输的同时不断产生后向喇曼散射光，这些后向喇曼散射光的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，散射回来的后向喇曼光经过光学滤波、光电转换、放大、模-数转换后，送入信号处理器，便可将温度信息实时计算出来，同时根据光纤中光的传输速度和后向光回波的时间对温度信息定位。测温仪具有非常高的处理增益、非常低的噪声电平，使所测量的温度信号精度和灵敏度满足使用要求；同时为了实现足够高的空间定位精度，测温仪具有足够高的时间分辨率，即带宽和采样频率。

下图是连续分布全光纤测温仪的原理框图。

连续分布全光纤测温点检仪原理框图

三、 系统构成：

（一）本系统拟采用一台光纤测温主机对主井6KV电气设备进行监测，数据可以通过局域网上传，实现数据共享，为管理层做决策及时提供准确、可靠依据。

该测温系统利用感温光纤实时在线监测，对主井变频器的IGBT模块、IGBT单元和电抗器单元进行监测；此外在6个IGBT柜内和8面开关柜各安装一个环境温度监测绕盘，设定报警阈值，温度超限报警。同时提供温度变化趋势的智能分析，可随时查询历史数据并形成报告，为设备管理积累经验。

（二）系统拓扑图

光纤测温点检系统结构示意图

变频器柜内部分内部图及安装位置（可选）：

四、 特点和优越性

（一）实现各种设备过热故障（特别是高压设备电气接点过热故障）的实时在线监测及早期预警，防患于未然，并具有本质的安全和抗电磁干扰等特性。

（二）发生过热故障前，系统对各被监测点的故障趋势进行智能分析，并准确定位，指导检修工作。

（三）显示器直观显示各被监测点或区域的具置及名称，进行实时连续的温度监测。

（四） 保存并可随时查询历史数据，有利于经验的积累和为事故趋势分析提供依据。

（五）系统具有局域网络接口，可联入企业局域网系统或其他网络系统，实现信息共享。

五、实施效果

安装前，主井提升系统平均每周要烧毁1块IGBT，影响提煤时间一小时。 安装后：（一）实时监测高压开关柜运行温度，减少巡检，消除误差、漏检和盲区；

（二）对过热事故隐患及时报警、准确定位、预防事故发生；指导检修，提高检修效率；

（三）监测与报警信息通过MIS网实时上传市供电公司服务器，实现远程监控；

（四）为实现全部高电压设备在线监测、智能化运行做准备，提高设备管理水平。（五）年可创效：（IGBT按照每块2万元计算）

2万元/块*1块/周*4周*12月+8.5吨/勾*46勾/时*1时/周*4周*12月*0.04万元=846.72万元。

综上所述，采用“高压电气设备光纤在线测温系统”不仅能实现连续监测高压电气柜运行温度，同时还可为开关柜预防性检修提供参考依据，特别是杜绝了开关设备烧损或爆炸等恶性事故的发生，对安全生产提供有力保障。

作者简介：李雅江男开滦（集团）林南仓矿业分公司机电科 电气工程师