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    分布式光纖線型感溫探測器在電力系統中的應用

    時間:2020-11-21 點擊:
      【湖南光晟光纖傳感科技有限公司】隨著我國經濟的開展,電力體系正在朝著超高壓、大電網、大容量、自動化的方向開展,一旦發作事端便會對國民經濟造成巨大損失。怎么對正在運轉的電力設備進行在線監測并進行安全預測和溫度 變化趨勢剖析?怎么經過實時數據對設備質量、運轉環境、運轉方式、設備老化、負荷不平衡等進行科學剖析?這些都是電力體系中迫切需要處理的問題。傳統的紅外測溫儀、紅外成像儀、感溫電纜、 熱電阻式測溫體系等只能對電力體系的部分位置進行測溫,無法為安全、經濟運轉、高效檢修供給科學依據。而分布式光纖測溫體系能夠完成多點、在線的分布式丈量,完成了運轉設備的實時在線監 測,有效地處理了長時間以來現場出現的高溫、焚燒、爆炸、火災等事端應急不備的問題。在電力體系中,這種光纖測溫技能在高壓電力電纜、電氣設備因觸摸不良引起的發熱部位、電纜夾層、電纜通 道、大型發電機定子、大型變壓器、鍋爐等設備的溫度定點傳感場合具有廣泛的運用遠景。   
     
      二、分布式光纖測溫的基本原理   
      分布式光纖測溫體系依據后向散射原理能夠分為三種:依據瑞利散射、依據拉曼散射和依據布里淵散射。目前開展比較成熟,且有產品運用于工程的是依據拉曼散射的分布式光纖測溫體系。它的 傳感原理主要依據的是光纖的光時域反射(OTDR)原理和光纖的后向拉曼散射溫度效應。   
     
      (一)光時域反射(OTDR)原理   
      當激光脈沖在光纖中傳輸時,因為光纖中存在折射率的微觀不均勻性,會發生散射。在時域里,入射光經后向散射返回到光纖入射端所需時刻為t,激光脈沖在光纖中所走過的旅程為2L,其間v為 光在光纖中的傳達速度、C為真空中的光速,n為光纖折射率。在測得時刻t時,就可求得距光源L處的距離。   
     
      (二)光纖的后向拉曼散射溫度效應   
      當一個激光脈沖從光纖的一端射入光纖時,這個光脈沖會沿著光纖向前傳達。因為光脈沖與光纖內部分子發作彈性碰撞和非彈性碰撞,故光脈沖在傳達中的每一點都會發生反射,反射中有一小部 分的反射光,其方向正好與入射光的方向相反(亦可稱為后向)。這種后向反射光的強度與光線中的反射點的溫度有必定的相關關系。反射點的溫度(該點光纖所在的環境溫度)越高,反射光的強度也越 大。運用這個現象,若能測出后向反射光的強度,就能夠計算出反射點的溫度,這就是運用光纖丈量溫度的基本原理。   
     
      如用公式來表達:當激光脈沖在光纖中傳達時與光纖分子相互作用,會發作瑞利散射、布里淵散射、拉曼散射,其間拉曼散射是因為光纖分子的熱振蕩和光子相互作用發作能量交換而發生的。如 果一部分光能轉換成熱振蕩,那么將宣布一個比光源波長長的光,稱為斯托克斯光;如果一部分熱振蕩轉換為光能,那么將宣布一個比光源波長短的光,稱為反斯托克斯光。依據拉曼散射理論,在自 發拉曼散射條件下,兩束反射光的光強與溫度有關,它們的比值R(T)為:   
     
      (1)其間,和分別是斯托克斯光強和反斯托克斯光強,h為普朗克常數,k為玻爾茲曼常數,T為絕對溫度。從(1)式中能夠看出,R(T)僅與溫度T有關。因而,咱們能夠憑借反斯托克斯與斯托克斯光 強之比來完成溫度的丈量。 
      三、分布式光纖測溫體系的傳感進程   
    如圖1所示,分布式光纖測溫體系的傳感進程為:計算機操控同步脈沖發作器發生具有必定重復頻率的脈沖,這個脈沖一方面調制脈沖激光器,使之發生一系列大功率光脈沖,另一方面向高速數 據收集卡供給同步脈沖,進入數據收集狀況。光脈沖經過波分復用器的一個端口進入到傳感光纖,并在光纖中各點處發生后向散射光,返回到波分復用器中。后向散射光經過波分復用器中的薄膜干與 濾光片分別濾出斯托克斯光和反斯托克斯光,經波分復用器的另外兩個端口輸出,并分別進入到光電檢測器(APD)和擴大器中進行光電轉換和擴大,將信號擴大到數據收集卡能夠收集的范圍上。最后 由數據收集卡進行存儲和處理,用于溫度的計算。   
     
      四、分布式光纖測溫體系在電力體系中的運用   
      (一)電力電纜的溫度監測   
      在電力體系中,電纜線路起到傳輸高壓電能的作用。電纜常常會因為長時間運轉而絕緣老化,會因為所在外部環境惡劣及內部高負荷電流而引起部分高溫乃至火災。因而,有必要對電纜進行實時、 在線監測,及時地發現毛病,將事端消除在萌芽狀況。分布式光纖測溫體系能夠經過對電力電纜的運轉狀況進行在線監測,實時把握整條線路的運轉狀況,有效監測電纜在不同負載下的發熱狀況,提 高對電纜的管理水平;能夠對電纜溝內的火情進行監測與報警,識別電力電纜的部分過熱門,提前發現電纜毛病并預警,預防事端的發作;能夠優化輸配電的本錢,依據溫度能夠確定電纜的負荷變化, 合理地裝備負荷,擴大現有電纜的容量,增加電纜的工作壽數;能夠發現電纜運轉進程中的外力損壞。   
     
      (二)變電站的溫度監測   
      分布式光纖測溫體系因其本身共同的長處,被廣泛運用于變電站的溫度監測中。它能夠完成對主設備的溫度監測,一般選用帶有外護套的光纖電纜作為主變壓器室火情監視報警體系,選用熱塑料 外護套的光纖電纜進行“零距離”實時監測變壓器的套管、GIS穿墻管及導線連接處的溫度。它能夠對開關柜內易發熱部位實時進行監測,將其同開關柜體的通風體系合作運用,能夠使柜內的溫度始 終保持在允許的范圍內;將光纖環繞在柜體內電纜接頭上、斷路器小車的一次插頭隔弧罩上或靜觸頭熱縮套上,能夠實時監測其溫度,在演變成事端之前,及早發現并采納辦法。   
     
      (三)高壓配電裝置的溫度監測   
    開關柜內的電纜接頭,10KV、35KV高壓開關柜中動靜觸頭及電氣設備的連接頭因為長時間運轉,牢靠性和觸摸性會變差,是易出毛病的薄弱環節。其原因主要是這些部位觸摸不良、觸摸電阻較大,在大電流情況下熱功率很大,然后造成過熱,加劇觸摸面氧化,使得觸摸電阻進一步增大,構成惡性循環,開展到必定程度,便會造成嚴重毛病,損壞供電的安全牢靠。分布式光纖測溫體系能夠將光 纖環繞在接頭上,實時監測其溫度,在演變成事端前,及早發現并采納處理辦法。關于發電機繞組、變壓器等體積比較大的重要部件,可將光纖環繞在其外表,增加了丈量該區域的光纖長度,提高了 丈量的準確性,并在溫度曲線中能快速地找到高溫毛病點。   
     
      五、結語   
      分布式光纖測溫體系集光纖傳感、光纖傳輸、光纖通信、光電操控及計算機等技能于一體,具有實質安全、長時間牢靠、不受電磁攪擾、測溫精度高、實時在線等長處,完成了電力體系運轉設備的 多點、實時、在線監測。該體系已在國內外電力體系中廣泛運用并得到認可,進一步完善該體系的穩定性和牢靠性將使其在電力體系中的運用遠景愈加廣闊。