分布式光纤测温过热预警技术在煤矿供电中的应用

【摘要】变电站内电力一次设备电压高、电磁干扰大，需要监测的温度点数量多，用一般的测温方式根本无法进行全面监测和工程的具体实施，采用“高压开关柜光纤测温过热监测预警系统的研究与应...

[摘 要]分布式光纤测温过热预警技术对高压开关柜及其它高压设备触头、接点的温度实施在线监测，在实现就地监测各种功能的基础上，将数据通过工业以太网实现信息共享，对于事故隐患及早发现、处理，提高行业管理水平，保证高压设备的安全运行起到了很好的作用。

[关键词]分布式光纤测温 矿井自动化过热预警 信息共享

中图分类号：TD612 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0372-01

开滦集团公司安装有大量的电力一次设备，如变压器、断路器、开关柜、电缆、母线等。由于电流具有热效应，几乎所有的电气故障都会伴随着故障点温度的变化。分析总结历年来变电设备故障原因，许多电气事故是由于设备或连接处的过热而发生的。及早发现温度异常及时处理，将大大减少电气事故发生。

在生产运行中，由于过流或接触不良造成的触头、接点过热是一种严重事故隐患，轻者造成线路断电，重者引发爆炸与火灾，严重影响生产安全。目前一般使用手持红外温度计或便携式红外热像仪通过柜体后窗定期检测柜内温度，但巡检繁琐、误差较大、盲区很多，并且无法实现在线连续监测。

变电站内电力一次设备电压高、电磁干扰大，需要监测的温度点数量多，用一般的测温方式根本无法进行全面监测和工程的具体实施，采用“高压开关柜光纤测温过热监测预警系统的研究与应用”可以从根本上解决变电站高压开关柜不能正常进行红外线测温的问题。

高压开关柜光纤测温过热监测预警系统可以对开关柜实时、准确、连续，监测各点的运行温度，在出现过热时发出预警，指导消缺检修，把事故消灭在萌芽中。此系统能够将监测数据通过网络上传，实现远程监控，特别适用于无人值守变电站的过热故障监测。

高压开关柜光纤测温过热监测预警系统能够取得下列安全及管理效益：

1、实时、全面地监测高压开关柜运行温度，减少巡检次数，消除记录误差、避免漏检和盲检的发生，提高监测水平，减小劳动强度；

2、实现及时报警、准确定位、预防事故，体现“安全是最大的效益”的精神；

3、全部实现设备在线运行状态监测、智能化运行做准备，提高设备管理水平。

一、 工作原理、系统构成及特点

连续分布光纤测温系统工作原理是利用光在光导纤维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的。光纤呈圆柱形，它由石英玻璃纤维芯（SiO2纤芯）、玻璃包皮（包层）和外部保护层组成。

当在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，激光在光纤中向前传播时，在光纤内任意一点都会自发产生喇曼散射，喇曼散射光波的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，通过获取沿光纤散射回来的背向喇曼光波，可以解调出光纤散射点的温度变化。同时，根据光纤中光波的传输速度与时间的物理关系，可以对温度信息点进行定位（OTDR）。由于背向喇曼散射光波的强度非常微弱，因此，需要采用先进的高频信号采集技术和微弱信号处理技术，经过光学滤波、光电转换、放大、模数转换后，送入信号处理器，解调出光纤各测温点的温度值；然后，将采集的温度数据传送到计算机系统进行数据处理，通过组态软件展示各测温点的温度值和变化状态。当某一被监测点的温度超过系统设定的报警阈值时，自动启动报警装置通知值班人员处理，通过计算机网络可以实现远程数据共享。

变电站“光纤测温在线监测预警系统”包括位于站内的连续分布全光纤测温仪、工控机、显示器，以及安装于现场开关柜内的测温光纤和开关柜外的光缆等设备。

二、系统构成及特点

1、系统构成如图1

在变电站配备的连续分布全光纤测温仪完成变电站内各监测区域及监测点的温度采集功能，并具有显示、存储、报警阈值设定、通信和报警功能。当任何一面开关柜内的某个监测点发生过热异常时，变电站内的测温系统发出报警信号。如图2

“光纤测温预警系统”支持网络通信方式，实时性好、可靠性高、数据传输量大，是理想的通信方式。变电站光纤测温系统支持24小时实时在线，实现实时采集各个监测点的温度数据。

2、系统特点和技术指标

a.连续性 连续分布光纤测温系统是基于一条（或多条）长达2-4公里的光纤作为测温媒质的。整条光纤既是温度传感器，又是温度信息的传输载体。与用点式传感器作为测温元件的技术相比，其最大的技术特色是能够灵活地测量点、线、面上的温度分布，连续地测得光纤敷设沿线任意一点的实时温度。

b.扩展性 光纤的连续分布式测温使得其非常容易扩展监测点，不存在单通道最大串接探测器数量的限制。当用户希望在光纤敷设沿线多增加一些监测点和区段时，很容易实现扩展。

c.安全性 光纤本质安全，具有良好的耐高压绝缘性能、防水性能、耐腐蚀性能，便于直接安装在高压带电体上进行接触式测温。同时光信号不受任何强电磁场的干扰，保证了检测和传输的快速、灵敏、准确。

d.易用性 铠装光纤具有抗压、耐拉、绝缘、抗电磁干扰、抗辐射、耐潮湿、腐蚀等特性，且更新的方式简单，成本低廉。

e.可靠性

连续分布全光纤测温系统在设计、生产上，遵循企业、行业、国家相关标准，该系统已通过了中国计量科学研究院的技术检测；所使用的绝缘光纤通过了中国电力科学院的高电压检测，系统不会对原有电气设备的运行产生不良影响。

f.系统技术指标

测温范围：-50℃― 120℃ 测温长度：2km/通道

测温精度： ±1℃，温度分辨率：0.1℃ 定位精度：光纤探头

采样速率（空间采样间隔）：100MHz（1.0m） 通道数量：1、2、4、6（可扩展）

测量时间：15年

工作电源：220V，50Hz工作环境：温度0℃～40℃，湿度：

三、实施效果

高压开关柜光纤测温过热监测预警系统的应用为开关柜预防性检修提供参考依据，杜绝了开关设备烧损或爆炸等恶性事故的发生，为安全生产提供有力保障。在110KV和35KV变电站应用后，提前发现了多处电力设备运行中的异常过热点，根据报警提示及早安排处理，避免了因开关触点和电缆接头过热引发的停电事故的发生。

参考文献

[1] 王魁汉《温度测量技术参数》机械工业出版社.2007.

[2] 石镇山 《光纤温度传感器》机械工业出版社.2010.