基于光纤测温技术在煤矿机电重点部位实施在线监测预警系统的研究与应用

摘要：开滦集团林南仓在主井和副井绞车配电装置上进行了技术改造，将光纤测温技术应用于主、副提升机的电力系统，实现高压开关柜电气接点过热预警并准确定位，提高了对电气事故的自动分析和判断能力。

关键词：光纤实时预警

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：

概述

随着各种作业规程的不断完善、矿井自动化程度的不断提高，明火、炮火在火灾事故原因统计中所占比例已经越来越小，矿井电火防治成为矿井火灾预防的重中之重。根据煤矿的特殊结构，电火的发生在早期往往具有极强的隐蔽性。根据多年来的研究和统计，在煤矿各系统中，电缆沟/桥架内电缆过热、开关柜内电气接点过热、原煤仓、输煤皮带等位置均是常见的火灾事故发生处，如不能在这些地点的电气设备发生故障后的热量聚集期及时发现和处理好，极有可能就此引发火灾。

1、易发灾害点统计

根据现场经验和相关机构的不完全统计，高压电气设备、开关柜电气接点、变压器；地面供电系统（含洗煤厂）的电缆沟、电缆桥架；下井电缆及中间接头；井底变电站的开关柜内电气接点等多个位置，都曾经发生过电气火灾隐患，都是电气火灾敏感区域。

2、针对煤矿电气火灾的应对方法

根据煤矿火灾的发生特点，我们主要依靠“早发现、早消除”来预防。根据各种易发火灾位置的特点：高压电气设备都是密闭状态运转的，各种元器件都是在密闭的柜体内运行；电缆沟/桥架等由于位置特殊，巡查不便。我们得到这样的结论，各电气接点和电缆的故障和发热都具有极高的隐蔽性，往往都是柜体电缆着火、爆炸后设备自身的故障才被发现。因此，理论上来说，如果在故障发生期或成长期及时发现并消除就可以成功杜绝煤矿外因火灾。

光纤测温监测系统对高压电气设备电气接点、电缆沟/桥架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。

二、系统构成、工作原理

1、系统构成

系统”包括连续分布全光纤测温仪、工控机、显示器、报警设备、打印机、测温光纤和光缆等设备（见下图）。

2、工作原理

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实时监测预警仪原理框图

技术参数及功能特点

序号 项 目 单 位 参数

1 测温范围 oC －30～+120

2 测温精度 oC +0.5

3 温度分辨率 oC 0.1

4 定位精度(光纤探头) cm 5

5 光纤耐电压强度 108kV / 30cm

6 测量时间 s 8/周期/通道

7 寿命长、成本低、更换容易，远方传输、显示、声光报警器功能等

关键技术和创新点

（1）、 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。

（2）、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。

（3）、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。

（4）、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。

（5）、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。

（6）、本系统通过了“中国计量科学研究院”的技术检测。

（7）、本系统使用的绝缘光纤通过了“中国电力科学院”的高电压检测。

（8）、本系统通过了“中国电磁兼容与检测中心”的电磁兼容检测

（9）、本系统经“国电信息中心”查新，多项技术为国内外独创。

三、现场应用及效果

2012年9月开始系统安装在林南仓矿主、副井绞车房高压电气设备温度敏感点进行监测。其中主井定子变频IGBT功率单元18个，切换柜2点，4面高压开关柜24点（每柜6点），转子变频系统76个IGBT模块；副井定子变频IGBT功率单元18个和切换柜2点，监测点共计140点.

系统监测主、副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。系统自上线运行以来经过不断的改进和完善后运行情况良好并取得良好的经济效益。

安装前，提升机电控系统平均每周要烧毁2块IGBT，影响提煤时间一小时。

安装后：

1、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；

2、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；

3、监测与报警信息通过MIS网实时上传矿调度室服务器，实现远程监控；

4、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。

年可创效：（IGBT按照每块2万元计算）

2万元*2块*4周*12月+8吨*46勾*4周*12月*0.035万元/吨=810.24万元

综上所述，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，取得了较好的安全、经济效益。

作者简介：陈子春（1965—），男，河北唐山人，高级工程师，在开滦（集团）林南仓矿从事机电技术管理工作。