光纖光柵測溫系統(tǒng)在電力電纜溫度在線監(jiān)測中的應(yīng)用

開發(fā)高壓超高壓電力電纜光纖光柵溫度傳感器系統(tǒng),提出光纖光柵傳感機理,建立優(yōu)化設(shè)計框架。通過光纖光柵溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,提出片式封裝結(jié)構(gòu);通過線性度優(yōu)化設(shè)計,提出用鋁板作為封裝基底材料;通過外界應(yīng)力場影響補償優(yōu)化設(shè)計,提出采用40mm×10mm(長×寬)的小尺寸封裝方法。進(jìn)行光纖光柵溫度傳感器水域?qū)嶒灪凸饫w光柵測溫系統(tǒng)對比實驗,討論系統(tǒng)的性能和可行性。并將光纖光柵溫度實時在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于實際工程項目,分辨率達(dá)0.1℃,精確度達(dá)±0.5℃,測溫范圍可達(dá)-30～200℃。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和城市化水平的提高,電力電纜使用的廣泛、安全、方便、環(huán)保的作用越來越受到人們的重視。由于電力電纜多敷設(shè)環(huán)境隱蔽,距離較長,運行中絕緣隱患不容易發(fā)現(xiàn),從而發(fā)展為故障或事故。因此應(yīng)加強電力電纜在運行中的實時監(jiān)測,及時判斷電纜的運行狀況有效預(yù)診斷告警,防止故障性災(zāi)難的發(fā)生,聯(lián)合使用分布式光纖測溫裝置,快速定位故障點,減少設(shè)備停運時間,降低維護(hù)成本、減少經(jīng)濟(jì)損失。

電力電纜作為電力系統(tǒng)最基礎(chǔ)的單元,其運行溫度制約著整個配電系統(tǒng)的安全運行。文章通過對比各種廣泛應(yīng)用的電纜溫度檢測方法,引入了一種基于拉曼散射光時域反射的分布式光纖在線監(jiān)測電纜溫度系統(tǒng),應(yīng)用dsp和fpga技術(shù)設(shè)計了高速信號采集和處理單元,并簡要介紹了系統(tǒng)的基本原理、組成結(jié)構(gòu)和主要特性。檢測結(jié)果表明,系統(tǒng)測溫精度較高,可以達(dá)到±1℃范圍之內(nèi),能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜的實時監(jiān)測。

運用分布式光纖測溫技術(shù)原理設(shè)計電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，并簡單介紹該技術(shù)的實際運用效果，為預(yù)防電纜火災(zāi)事故提供技術(shù)支撐，

通過對各種己經(jīng)廣泛應(yīng)用的電纜溫度檢測方法的性能比較討論,引出了一種以光頻域反射(ofdr)為基本原理設(shè)計而成的分布式光纖溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),并簡要介紹了該系統(tǒng)的基本原理和特性。還介紹了將此系統(tǒng)應(yīng)用在220kv上海長江隧橋-隧道工程中的具體布置、光纖鋪設(shè)、如何實現(xiàn)等問題。此系統(tǒng)配合軟件設(shè)置可以完成人工設(shè)置,實現(xiàn)溫度報警功能。工程實踐證明,此系統(tǒng)可以有效監(jiān)測高壓電纜實時溫度,為分析電纜是否出現(xiàn)故障提供有效的參考數(shù)據(jù),在一定程度上避免由于電纜絕緣降低而造成的火災(zāi)事故。

電力電纜線路運行溫度在線檢測技術(shù)是目前及時發(fā)現(xiàn)電力電纜線路局部過熱點位置、檢測運行線路的絕緣狀態(tài)和計算導(dǎo)體載流量的首選技術(shù)措施。分布式光纖拉曼測溫技術(shù)是利用激光在光纖中的傳播特性,實現(xiàn)實時測量空間溫度場分布的新技術(shù),可以對光纖沿線的溫度場進(jìn)行分布式的連續(xù)檢測。介紹了光纖拉曼傳感技術(shù)的測溫原理,以及基于此技術(shù)的電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用,獲得了一些仿真結(jié)果,并同傳統(tǒng)的測溫技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的比較,說明分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)應(yīng)用于電力電纜在線監(jiān)測的優(yōu)勢,適合于推廣使用。

介紹了電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)目前的現(xiàn)狀,光纖光柵測溫系統(tǒng)的工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)及基于光纖光柵測溫傳感器的電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)在包鋼的應(yīng)用情況。

分布式光纖測溫技術(shù)在線監(jiān)測電纜溫度 彭　超1,2,趙健康2,苗付貴2 (1.華中科技大學(xué)電子與信息工程系,武漢430074;2.國網(wǎng)武漢高壓研究院,武漢430074) 摘　要:為探討分布式光纖測溫技術(shù)應(yīng)用于高壓電纜溫度在線監(jiān)測的前景,簡要介紹了該技術(shù)的基本原理和特 點。將分布式光纖測溫儀器裝在220kv高壓電纜上進(jìn)行的2個月現(xiàn)場試驗中,考察了儀器的測溫精度、定位精 度、響應(yīng)時間及運行可靠性等性能,試驗結(jié)果說明該技術(shù)溫度誤差小、定位精度高、響應(yīng)時間短、運行可靠且能實現(xiàn) 長距離大范圍測溫,可有效應(yīng)用于電纜的溫度在線監(jiān)測,為電纜載流量的確定提供有效的參考數(shù)據(jù),并可有效避免 電纜火災(zāi)事故。最后在10kv的電纜的工頻逐級擊穿試驗中探討用該技術(shù)于在線監(jiān)測電纜絕緣的可能性,試驗結(jié) 果說明該技術(shù)為電纜絕緣在線檢測提供了一種新的思路和

為探討分布式光纖測溫技術(shù)應(yīng)用于高壓電纜溫度在線監(jiān)測的前景,簡要介紹了該技術(shù)的基本原理和特點。將分布式光纖測溫儀器裝在220kv高壓電纜上進(jìn)行的2個月現(xiàn)場試驗中,考察了儀器的測溫精度、定位精度、響應(yīng)時間及運行可靠性等性能,試驗結(jié)果說明該技術(shù)溫度誤差小、定位精度高、響應(yīng)時間短、運行可靠且能實現(xiàn)長距離大范圍測溫,可有效應(yīng)用于電纜的溫度在線監(jiān)測,為電纜載流量的確定提供有效的參考數(shù)據(jù),并可有效避免電纜火災(zāi)事故。最后在10kv的電纜的工頻逐級擊穿試驗中探討用該技術(shù)于在線監(jiān)測電纜絕緣的可能性,試驗結(jié)果說明該技術(shù)為電纜絕緣在線檢測提供了一種新的思路和手段。

文章首先討論了高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測的意義及現(xiàn)有的幾種測溫方法,通過對幾種測溫方法的比較,介紹了光纖光柵測溫法應(yīng)用于開關(guān)柜測溫的優(yōu)勢。文章設(shè)計了基于光纖布拉格光柵的開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),闡釋了感知層、傳輸層和監(jiān)控層3層系統(tǒng)結(jié)構(gòu),給出了光纖布拉格光柵的布設(shè)方式,最后設(shè)計了監(jiān)控軟件功能,并對需要解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。

采用光纖光柵作為溫度傳感器,利用全息體相位光柵衍射解調(diào)方法設(shè)計了高壓開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點溫度的在線監(jiān)測系統(tǒng)。對利用聚酰亞胺材料封裝的光纖光柵的溫度響應(yīng)特性進(jìn)行了實驗測試,驗證了光纖光柵反射波長與溫度的良好線性關(guān)系。對高壓開關(guān)柜內(nèi)接頭溫度進(jìn)行了現(xiàn)場測試,獲得了良好的試驗結(jié)果。

火電廠、變電站電力電纜長期運行在高電壓、大電流環(huán)境下,接頭容易超溫過熱,引起爆炸,導(dǎo)致火災(zāi),建立電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有一定的必要性,因此,設(shè)計了發(fā)電廠電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)現(xiàn)場子站設(shè)計采用新型數(shù)字式溫度傳感器,各電纜溫度數(shù)據(jù)最后送至上位pc機進(jìn)行實時顯示、報警,實現(xiàn)了對電纜接頭溫度的監(jiān)測與預(yù)警,有效防止了火災(zāi)的發(fā)生。

介紹了分布式光纖測溫技術(shù)原理,設(shè)計了基于分布式光纖測溫技術(shù)的高壓電力電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng),并進(jìn)行現(xiàn)場試驗。試驗結(jié)果表明,相比熱電偶式的測溫方法,分布式光纖測溫技術(shù)可實現(xiàn)實時在線溫度監(jiān)測,試驗結(jié)果精度更高,為電網(wǎng)的安全運行提供了有力的保障。

動力電纜溫度監(jiān)測是可以及時發(fā)現(xiàn)電纜線路過熱點位置和檢測運行線路的絕緣狀態(tài),從而保障電纜安全穩(wěn)定運行的技術(shù)措施。針對電纜過熱事故的主要原因和特點,提出采用分布式光纖測溫技術(shù)對電纜沿線溫度進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警,給出了分布式光纖測溫系統(tǒng)的原理、組成和光纜布設(shè)方案,此系統(tǒng)對保證電力系統(tǒng)的安全運行有重要意義。

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電力行業(yè)的快速發(fā)展給人們的生活帶來便利,同時也隱藏著一些安全隱患,如電力電纜埋藏在地下,受到地下環(huán)境的影響,電纜在運行過程中很容易出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象,如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理,電纜很容易產(chǎn)生過熱擊穿現(xiàn)象,從而引發(fā)火災(zāi)。這就要求對電力電纜的溫度進(jìn)行實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,消除安全隱患。文中介紹一種基于zigbee技術(shù)的電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),能及時發(fā)現(xiàn)電纜的溫度過高現(xiàn)象,消除電纜過熱擊穿隱患,確保電纜安全可靠運行。

針對目前電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)存在的不足,基于m-bus總線與can總線技術(shù),采用tinyarm系列嵌入式工控模塊及msp430f122單片機,設(shè)計并實現(xiàn)了一種新型的電力電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。實際運行結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有布線簡單、安裝維護(hù)方便、智能化程度高等優(yōu)點,可實現(xiàn)全天候?qū)崟r監(jiān)測,可有效預(yù)防和杜絕電纜火災(zāi)事故的發(fā)生。

提出了一種新型分布式光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng),可以實現(xiàn)電纜溫度的實時在線監(jiān)測?；跓醾鲗?dǎo)方程和邊界條件的基礎(chǔ)上,采用有限元法對電纜溫度場進(jìn)行了分析,為監(jiān)測電纜溫度提供了理論依據(jù)。光纖光柵本身不帶電,抗輻射和電磁干擾能力強,耐高壓和腐蝕,非常適合用做高壓電力環(huán)境中的溫度傳感器。通過光纖光柵的溫度特性實驗,在20~100℃的溫度范圍內(nèi),光纖光柵的中心波長隨溫度變化呈良好的線性,線性度達(dá)到99.8%。通過對標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶溫度傳感器與光纖光柵溫度傳感器的對比實驗,表明該系統(tǒng)測量時間-溫度變化曲線跟隨性好,溫度差均小于1℃,符合電力電纜溫度狀態(tài)在線監(jiān)測的使用要求。

分布式光纖測溫技術(shù)中的光纖本身既是溫度傳感器又是溫度的傳輸媒介的特性,特別適用于電力系統(tǒng)的高壓電纜等高壓電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測。介紹了一種分布式光纖溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法,系統(tǒng)包括測溫光纖、光電監(jiān)測及信號處理電路部分和主機等硬件設(shè)施,通過在線監(jiān)測軟件實現(xiàn)了對電纜局部溫度過熱的監(jiān)測、定溫報警、溫升報警和特性曲線的顯示等功能,達(dá)到了對高壓電纜等高壓電氣設(shè)備的實時在線監(jiān)測的目的。

光纖光柵測溫技術(shù)以其現(xiàn)場無源、靈敏穩(wěn)定的特點,非常適用于隧道環(huán)境的火災(zāi)監(jiān)測.光柵測溫系統(tǒng)目前最常用的測溫模型是通過二次曲線擬合得到,其形態(tài)固定,存在一定的誤差.文中提出基于高斯過程回歸方法的測溫模型,能夠更加恰當(dāng)?shù)孛枋龉鈻胖行牟ㄩL隨溫度變化的規(guī)律,具有更高的準(zhǔn)確度.

1引言 電纜作為保證煤礦生產(chǎn)供電系統(tǒng)穩(wěn)定的必需品廣泛應(yīng)用于我國的礦井,鑒于煤礦井下作業(yè)場所的特殊性,我國對礦用電纜有著嚴(yán)格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和要求,但是電纜遍布范圍廣泛,加之煤礦巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一旦電纜溫度局部過高則會引起火災(zāi),危害性極大,因此需要使用溫度傳感器對運行狀態(tài)的電纜進(jìn)行溫度測量.傳統(tǒng)的測溫方式以電信號為基礎(chǔ),由于礦井環(huán)境的特殊性,易出現(xiàn)安全問題且測量溫度的精度會受到很大影響,另外存在布線復(fù)雜、容易損壞,維護(hù)工作大,測量范圍小等不足之處.將分布式光纖測溫技術(shù)應(yīng)用于煤礦電纜測溫,可實現(xiàn)長距離、多點連續(xù)測量,且溫度和空間分辨率比較高,極大地提高了測溫的效率.

開關(guān)柜的運行監(jiān)測一直是變電站自動化系統(tǒng)安全運行課題,當(dāng)開關(guān)觸頭的溫度超過一定范圍,就會導(dǎo)致其內(nèi)部材料的機械強度下降,對開關(guān)柜的觸頭進(jìn)行光纖光柵溫度在線監(jiān)測,實時掌握開關(guān)柜的運行狀態(tài),是及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并控制故障惡化,減少事故發(fā)生的有效手段,對于保證開關(guān)柜安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。