机电设备光纤测温在线监测系统研究及应用

摘 要：机电设备光纤测温在线监测系统通过对机电设备的温度进行实时在线监测与分析，能够实时、客观的反映机电设备的运行状态和故障程度，避免不必要的停机检修和盲目大修，节约人力物力，提高设备利用率；通过在线故障诊断趋势分析，发现一些潜在故障，及早进行处理，预防故障或事故的发生，确保设备安全、长期、高效运转。

关键词：光纤测温 在线监测 本质安全 耐高压 故障诊断

中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0009-01

随着我国煤炭事业的发展，煤矿机械化、自动化水平的提高，高产、高效煤矿对生产过程监控、全矿井生产安全环境监测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化提出了更高的要求。煤矿电缆、开关柜、水泵及电机等机电设备的安全运行对于整个矿井生产及安全的影响越来越大。

由于煤矿的环境特殊，机电设备工作环境恶劣，受到地热、粉尘、潮湿等影响，且极易遭受外力破坏，一旦出现故障会造成巨大损失，煤矿普遍采用的设备定期检修并不能完全避免此类事故的发生，这就要求能有一种实时监测手段来长期监测保障设备安全运行。因此，对井下防爆开关进行精确的、实时的温度监测与报警对于提前发现安全隐患和及时的采取应对措施具有重大意义。

1 系统组成

机电设备光纤测温在线监测系统采用光纤传感、光纤通讯技术，确保系统的先进性、可靠性。该系统的主干网络传输介质为光纤，采用工业以太网交换机进行数据交换。系统由井下和平地两部分组成；井下部分主要包括光纤光栅温度传感器、光纤测温监测分站（光纤光栅解调模块、分站解调软件）；平地部分主要包括上位机数据采集软件、WEB软件、数据库等。

2 系统功能

机电设备光纤测温在线监测系统立足于现有矿井综合自动化系统，是对矿井综合自动化系统功能较好的完善和补充，本系统采用国际先进的光纤光栅温度传感技术，对煤矿机电设备的温度进行实时在线监测与分析，能够实时、客观的纵向反映机电设备的运行状态和故障程度，有效预防故障和事故的发生，在提高煤矿井下供电安全性能方面具有较好的推广价值。

3 主要技术指标及主要设备参数设置情况

3.1 主要技术指标

测温范围：-20～120 ℃；测温精度：±2 ℃；温度分辨率：0.1 ℃；响应频率：300～3000 Hz；铃声级：≥95 dB@1 m；使用环境噪声≤75 dB；灵敏度：100 mV/Pa@1 kHz；传输距离：>10 km。

3.2 光纤多点测温系统

3.2.1 光纤光栅温度传感器

用耐高压绝缘材料封装的KBW-90-Z耐高电压型光纤温度传感器已通过中国电力科学研究院耐110 kV高压认证（可函索）。

温度传感器的安装：①确定温度测点具置；②对测点位置进行打磨处理，使测点位置平整、清洁，满足传感器安装要求；③用航空专用胶将传感器固定在待测点上；④记录安装时的温度和检测点传感器波长。

3.2.2 光纤光栅解调模块

矿用光纤式温度测量装置是系统的核心部件，实现光信号发生、反射信号的光谱分析、光电转换、信号放大和信号处理的功能，采用电源和数据总线的模块化结构，包括：

开关电源模块：把交流127 V电源转换为直流电源。

模拟电源模块：提供光电探测器和放大器用的高精度直流电源。

光电转换和放大器模块：内置高速高增益光电探测器和放大器、光电探测器的温度监测和控制部件。其功能是把输入的光信号转换为电信号，并放大到适当的电压水平。

模数转换与数字信号处理模块：内置高性能单片机、高速模数转换器和数字信号处理器。其功能是把输入的模拟电信号转换为数字信号，并根据上位机的命令换算为原始数据、温度数据或背景数据。

半导体激光器和控制模块：内置高功率半导体激光器及其驱动电路、光电探测器的温度监测和控制电路。其功能是实现光信号的发生和光电探测器的闭环程序温度控制。

光纤器件模块：内置光纤滤波器和定标光纤段。光纤滤波器的功能是从背散射光信号中提取与温度有关的感温信号和与温度无关的参考信号；定标光纤段的长度在100 m左右，其温度由内置精密测温芯片实时监测，通过定标光纤段测量到的温度与测温芯片测量的温度的比较，来消除系统光源起伏、光电探测器及放大器增益。

符合TCP/IP协议：TCP/IP以太网接口配备标准的RJ45插座，系统通过网络通讯电缆与以太网连接，可实现远程数据传输与监测。

3.2.3 分站解调软件

分站解调软件解调传感器信号后把数据存储到数据库中，信号检测显示传感器原始信号、波长数据、功率等信息，通过查看波形可了解传感器状态。

3.3 上位机数据采集软件

上位机数据采集软件读取分站数据并存储到本地数据库，可以根据不同用户不同权限建立“系统管理用户”和“普通用户”。具有实时显示、数据查询、报警设置、参数设置、系统设置等功能。

3.4 WEB软件

首先获得上位机软件服务器IP地址，就可以在同一局域网内任意一台电脑上通过浏览器浏览机电设备在线监测系统的实时数据。在浏览器中输入http：//+服务器的IP地址；（输入时注意选择中文输入法）如：服务器的IP地址为：192.168.100.16，则正确格式为：http：//192.168.100.16，回车即可进入登录页面。

功能说明：系统登录后界面显示：左侧为导航菜单栏，列出了软件的基本功能，包括：实时显示、数据查询、报表统计、系统管理等功能；右侧显示各功能页面。

4 系统应用

通过对超化煤矿井下中央泵房、-300泵房、31泵房的水泵开关进行温度等安全参数进行监测，实现了电力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，将故障、事故消除在萌芽状态。同时，这些实时数据和分析预测结果也为实现状态检修、提高检修效率、降低检修成本起到关键的作用，为实现变电所和泵房无人值守提供了有力的保证。

5 结语

机电设备光纤测温在线监测系统立足高标准、高起点，依据“国内先进、实用可靠、科学经济”的原则，从装备现代化、生产自动化、管理信息化入手，提高工作效率，最大程度减少危险环境下易于遇险人群数，为实现主要生产系统无人值守目标提供了可靠的保障。该系统除达到生产安全监测的目的外，可以最大程度降低矿井机电设备事故的发生概率，有效减少事故带来的经济损失，确保矿井安全、高效生产，社会效益显著。

参考文献

[1] 彭超.分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J].高电压技术，2006（8）.

[2] 焦红芳.供电系统中电缆在线测温设备的研究和应用[J].机电信息，2012（9）.