基于PIONEER-P型光纤光栅在高压电力设备在线监测及过温预警系统.doc

《光纤通信与传感技术》论文

基于PIONEER-P型光纤光栅的
高压电力设备在线监测及过温预警系统

学院：信 息 学 院
班级：0 7 光 信 息
学号：070104060008
姓名：郭 光 超

2010年10月18日
基于PIONEER-P型光纤光栅的
高压电力设备在线监测及过温预警系统
（一）高低压开关柜温度监测
1.高低压开关柜温度监测的必要性
发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电器设备。在设备长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法实时监测，因此极易导致设备烧毁或突然停电等事故。近年来，在电厂和变电站已发生多起开关柜过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决开关柜过热问题是杜绝此类事故发生的关键。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生，但由于开关柜内高压狭小的结构，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。
2.高压开关柜运行温度监测方法的突破
长期以来，高压开关柜内触头运行温度很难监测，这是因为柜内具有裸露高压，且空间狭小，通常的温度测量方法不能使用。光纤光栅温度在线监测系统采用布置在各个触点的光栅传感器将温度信号通过光纤传至网络分析仪，由于利用了光纤光栅固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，并具有极高的可靠性和安全性，因此从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度及柜内环境温度不易监测的难题。
3.光纤光栅传感技术介绍
光纤光栅传感器是用光纤光栅制成的一种新型光纤传感器。光纤光栅是20世纪90年代发展起来的一种新型全光纤无源器件，利用光纤光栅制成多种传感器如温度、应变、应力、加速度、压强等传感器。不同的光纤光栅传感器可具有不同的工作波长，因此可以利用波分复用技术，在一根光纤级联多个光纤光栅传感器作分布式测量。它具有体积小、重量轻、与光纤兼容、插入损耗低、性能长期稳定性好等特点。特别适合在易燃，易爆，和强电磁等恶劣环境下使用。
4.系统配置
光纤光栅温度传感器：型号：FBGTIIII2
光纤光栅解调仪：型号：PI01型（通道数可选，每通道可连接15~20个传感器）
温度测定范围-50～120℃；测量精度±.0.5℃；分辨率0.1℃；
可精确定位报警。
（二）PIONEER-P型光纤光栅测温系统
一、电气设备过热的规律和特征及预测方法
1、外部热故障
电气设备的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环造成隐患。此类故障占外部热故障的90%以上。统计近几年来检测到的外部热故障的几千个数据，可以看到线夹和刀闸触头的热故障占整个外部热故障的77%，它们的平均温升约在30℃左右，其它外部接头的平均温升在20-25℃之间，结合近几年的检测经验，按温升的多少，可将外部故障分为轻微、一般和严重三种。、内部热故障
高压电气设备内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中，如电缆，内部热故障一般都发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高，因此可以通过检测其周围材料的温升来诊断高压电气设备（如电缆）的内部故障。、电缆过热故障的部位
根据电力事故分析，电缆过热故障可引起火灾导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。通过对事故的分析，电缆接头过热是引起电缆火灾的直接原因、电缆接头过热是因为接头压接头不紧、接头氧化等导致接触电阻过大，长期的高温运行使绝缘下降并击穿，最后导致电缆火灾的发生。、电缆过热故障的预测方法
根据对电缆过热故障特性的分析，预防电缆过热及火灾发生的有效方法是及时监测电缆接头温度，根据接头温度的变化趋势，分析电缆接头的老化程度，在电缆接头真正发生故障前发出报警。
发生接头过热的电缆大多为6KV以上的高压电缆，由于电压等级较高，常规的温度传感器不能满足安全的需要，而传统的光纤测温系统又存在扫描时间较长的缺点，PIONEER-P型光纤光栅测温系统则是监测高压带电设备过热故障的最佳选择。
二、PIONEER-P型光纤光栅测温系统
1、PIONEER-P型光纤光栅测温系统的工作原理
PIONEER- P型光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆（用于远距离信号传输）、光纤光栅传感网络分析仪及计算机等终端监测设备组成。系统工作时，光纤光栅传感网络分析仪内部光源发出连续的宽带光，经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅温度传感器，这些传感器内部的测量敏感元件――光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光纤光栅传感网络分析仪内部探测器来测定出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长，从而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同，所以可以将这些传感器串接组网实现多点同时测量，大大简化了传感器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。
2、PIONEER-P型光纤光栅测温系统的技术指标
测温范围： -55℃～+125℃
所有监测点测量时间：<1秒
测温精度： 0.5 ℃
测温分辨率：0.1℃
光纤传输距离：超过45km
防水性能： IP66
安装方式：无限制
传感器尺寸： Φ6×35mm
三、PIONEER-P型光纤光栅测温系统在电力行业的典型应用
PIONEER-P型光纤光栅测温系统采用光信号进行测量和传输，现场实现了无电检测。同时该系统使用光栅技术，检测信号以光信号中心波长为表征量，克服了传统光传感器依赖光强大小的缺点，实现了数字化检测，稳定性好，使用寿命长。
PIONEER-P型光纤光栅测温系统能实时监测并记录电力设备关键点的温度变化，预测可能引起火灾或设备故障的局部过热，为现场设备的安全运行提供可靠保证，同时又是高压电缆设备故障的温度记录器，能在设备故障之前发出报警及检修建议。
中高压电缆接头的实时温度监测；中高压开关柜及开关接点的温度在线监测；
主变压器内部连结处及有载分接开关的运行温度监测；
准确测量冷却水温度和在线监测电机线圈的热点温度（局部短路）；
准确测量油温和在线监测变压器绕组的热点温度；
避雷器、轴承、蓄电池等其它设备的温度监测。