摘要：高温和火灾是电力系统中常见的事故，缺乏有效的温度在线监测是关键。传统的测温装置无法满足对温度的远距离，多点、实时的温度在线测量．而分布式光纤测温系统的研制有效地解决了这些问题，其对温度分辨率高，定位准确，响应时间短，可明显地降低事故发生率。
关键词：分布式光纤测温；电力系统
发电厂、变电站电气设备的各种触点、连接点，如开关动静触头、电缆接头、母线搭接面、发电机和变压器引接线端子、电动机一次引线等，由于高电压、大电流的作用，易引起局部高温。若高电压、大电流引起的局部温度过高，使得在通流时引起持续发热，严重时将造成开关柜烧损甚至引发更大的事故。近年来，类似的事故已发生多起，造成火灾、大面积的停电和生产跳停事故。因此采取可靠有效的监测方法对开关柜触头和搭接面的温度进行在线监测，及时发现系统隐患，成为变电所亟需解决的一大难题。
一、光纤光栅测温系统组成
光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆、光纤温度在线监测仪及计算机终端等设备组成。系统工作时，光纤温度在线监测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即光纤光栅对该宽带光有选择性地反射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光纤温度在线监测仪内部探测器，由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，从而分析出各监测点的温度值。由于多个传感器串联在一根单模光纤上，可实现上百甚至上千个温度点测量时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现场布设，避免了以往传统传感器逐点测量的不便。光纤光栅测温系统实时精确的监视变电所开关柜被测点的温度，温度信号通过光纤传到温度在线监测仪，由计算机系统实施数据处理、故障诊断，当监测温度超过设定的报警温度值，系统及时地发出声、光报警，并提示故障点所在位置，为操作人员及时检修提供可靠的依据。
二、分布式光纤测温装置
电缆绝缘在线监测装置可以及时发现电力电缆隐患和故障，分布式光纤测温技术可以解决电缆数量多、距离长，快速、准确判定故障点的问题。光纤测温的原理是依据后向拉曼散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用，发生散射，光纤受外部温度影响使光纤中散射光发生变化，提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。系统内置一个激光脉冲光源，以一定的频率产生窄脉冲散光，比光源波长长的光称为斯托克斯光，比光源波长短的光称为反斯托克斯光。其中反斯托克斯光对温度敏感，当光缆温度升高时它的强度会变大，而斯托克斯光对温度不敏感，分布式光纤测温预警系统利用这两种光强度的比值，可以准确计算沿光缆温度场的绝对温度，实现分布式测量。通过检测返回光的时间，可以确定在光缆上对应的位置。与传统的传感器相比较，分布式光纤测温预警系统具有以下优势：
1.抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常工作：光纤本身是由石英材料组成的，完全与电绝缘；同时光纤传感器的信号是以光纤为载体，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。
2.抗震防爆：探测光缆采用先进的安装、固定和保护方式，在强震动环境下也不会导致其受到撞伤、磨损等机械破坏，另外也不会影响光缆本身特性及监测的准确性。
3.灵敏度高，测量精度高：理论上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，因此在粉尘弥漫的恶劣工作环境中仍然可以进行准确测量。经某化工企业电解整流系统、10KV开关柜使用，实测温差小于±0.2℃。
4.系统简单：分布式光纤测温系统只要将沿测量路径敷设的光纤接到主机上就可以了，系统简单，安装维护方便。
5.本征防雷：雷电经常破坏大量的电测传感器。光纤传感器本身为绝缘体，可以抵抗高电压和强电流的冲击。
6.测量距离远，适于远程监控：光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测。
7.寿命长，成本低：光纤材料一般皆为石英玻璃，其具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的运营成本。电缆沟、电缆隧道或桥架均可以安装一路分布式光纤测温系统，若按每米设置一个测温点，则可以将故障点控制在一米的范围内，当电缆出现隐患或故障后，大大提高了运行人员查线的效率，为检修及时恢复供电赢得了时间。
三、分布式光纤测温系统在电力系统中的应用
1.电缆线路、电缆接头及电缆密集区的温度监测电缆线路在电力系统中起到传输高压电能的作用，常常由于电缆长期运行而绝缘老化，因所处外部环境恶劣及内部高负荷电流而引起局部高温甚至火灾。利用光纤玻璃纤维的弯曲特性，在弯曲半径允许的情况下；可以将测温光纤沿电缆线路进行铺设并紧贴。在特殊环境和重要部位进行标记，则可以通过监视软件设定报警阈值。电缆接头处常常由于过载而造成接头处短路，引起火灾甚至爆炸。此外，诸如电缆槽、电缆隧道等电缆密集区也需要重点监测。其内部环境温度的高低对保证电缆的正常运行有很大关系，如有必要可以与通风、空调系统配合使用，以满足在季节温度不同的情况下，始终保证环境温度在允许的范围内。
2．高压配电装置的温度监测，10 kV，35 kV开关柜中动静触头、开关柜内连接处、母线与一次设备的连接处等，由于长期运行，可靠性和接触性变差；又因接触电阻较大，在大电流情况下热功率很大，从而造成过热。由于分布式光纤测温系统中使用的光纤是标准的通信用单模（或多模）光纤，如在光纤外表面涂上不同材料（如丙稀酸盐，聚合物等），其测温范围就能扩大到-190℃到460℃，同时光纤具有的抗电磁辐射的特性，这使其能够工作在高压配电装置这种高温、高压和强辐射的环境中，且不会对这些装置的正常运行带来任何负面的影响。这是传统的测温方式，如热电偶、红外探测仪所无法比拟的。而对于发电机绕组、变压器这种体积比较大的重要部件，可将光纤缠绕在其表面，从而实现在温度曲线中快速找到高温故障点的目标。
3.电气设备的温度监测和检修，目前电气设备的检修是计划检修，工程量大，花费的人力、物力、财力很高，故障率也很高。而分布式光纤测温系统能提供大量科学的数据，使检修部门能有针对性地对电气设备进行状态检修，节约大量的检修费用和管理费用，降低检修事故率，提高了供电可靠性。此外，分布式光纤测温系统也可以监测一些电厂的附属设备，如竖井、桥架、输煤皮带、锅炉等。这些设备的安全运行也是电力系统安全运行必不可少的条件。
光纤测温是近几年来发展起来的一种先进的温度测量技术，它利用光纤光栅的温度敏感性实时监测开关柜内电气设备的各种触点、连接点的温度，当监测点温度超过设定的报警值时，及时发出报警信号，达到提前发现故障隐患、提示操作人员及时处理故障的目的，提高供电设备的安全性和可靠性。分布式光纤测温系统成功地解决了温度多点在线实时监测这一难题，为整个电力系统的安全运行提供了强有力的保障。
参考文献：
[1]苗任．分布式光纤测温技术在线监测电缆温度高电压技术.2015
[2]昊怡茜．分布式光纤温度故障预警检测系统原理及应用.2015
[2]乾冉.电力电缆绝缘在线监测与诊断.2015
论文作者:安鹏龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/1
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