分布式光纖測溫系統(tǒng)在電力電纜中的應(yīng)用
一、分布式光纖測溫系統(tǒng)簡介
分布式光纖測溫系統(tǒng)是一款連續(xù)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)。它利用光時域反射(OTDR)技術(shù)和拉曼(Raman)散射效應(yīng)測量沿光纖分布的溫度變化。該系統(tǒng)中光纖既是傳輸介質(zhì),又是傳感器,激光脈沖沿光纖向前傳輸,激光與光纖介質(zhì)相互作用,產(chǎn)生極為微弱的背向拉曼散射光(溫度敏感的anti-stokes光和溫度不敏感的stokes光),經(jīng)波分復(fù)用器分離后由高靈敏光電探測器所探測,再經(jīng)高速信號采集和微弱信號處理,得到背向散射信號光的光強比值和返回時間,從而實時獲得溫度分布信息。具有實時在線、測溫精度高、本質(zhì)安全和不受電磁干擾等優(yōu)點.對生產(chǎn)過程中的溫度和火災(zāi)情況進行實時在線監(jiān)測,將故障和事故消除在萌芽狀態(tài),真正做到防患于未然。
二、測量原理
分布式光纖測溫系統(tǒng)同時實現(xiàn)溫度測量和空間定位功能,其中溫度測量利用光纖自發(fā)拉曼(Raman)散射效應(yīng),空間定位基于散射信號的回波時間(OTDR技術(shù))。高速驅(qū)動電路驅(qū)動激光器發(fā)出一窄脈寬激光脈沖,激光脈沖經(jīng)波分復(fù)用器后沿傳感光纖向前傳輸,激光脈沖與光纖分子相互作用,產(chǎn)生多種微弱的背向散射,包括瑞利(Rayleigh)散射、布里淵(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等,其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動,產(chǎn)生溫度不敏感的斯托克斯(Stokes)光和溫度敏感的反斯托克斯(Anti-Stokes)光,兩者的波長不一樣,經(jīng)波分復(fù)用器分離后由高靈敏的探測器所探測。光纖中的Anti-Stokes光強受外界溫度調(diào)制,Anti-Stokes與Stokes的光強比值準確反映了溫度信息;不同位置的拉曼散射信號返回探測器的時間是不一樣的,通過測量該回波時間即可確定散射信號所對應(yīng)的光纖位置;結(jié)合高速信號采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù),可準確、快速地獲得整根傳感光纖的溫度分布信息。分布式光纖測溫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。
圖1-1 分布式光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
分布式光纖測溫系統(tǒng)利用分布式光纖測溫技術(shù)可獲得傳感光纖上每一點的溫度信息,并在用戶軟件界面上實時顯示,如圖1-2所示。
圖1-1 分布式光纖測溫系統(tǒng)溫度分布曲線圖
三、應(yīng)用領(lǐng)域
(一)油、氣、水綜合管道方面的應(yīng)用
伴隨著分布式光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展,我們就能夠只利用幾根或一根光纖而對管道內(nèi)物質(zhì)的壓力、溫度、管壁應(yīng)力、流量進行及時的在線測量。這有利于管道監(jiān)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展,所以,在輸油管道的泄漏檢測技術(shù)中充分應(yīng)用分布式光纖傳感器有著很好的前景。其不但有利于泄漏檢測技術(shù)在定位和精確性方面的發(fā)展,而且具有一定的便利性,經(jīng)濟性,以更好的維護輸油管道的發(fā)展。
在輸油管道運輸過程中經(jīng)常需要解決的問題是管道的泄漏檢測。因為管道泄漏不但會對管輸正常運行產(chǎn)生影響,而且在輸送腐蝕性、有毒害、易燃易爆的物體時,還會對環(huán)境造成污染,甚至造成爆炸、火災(zāi)等事故。所以,對管道泄漏進行預(yù)防和發(fā)現(xiàn)泄漏時的及時定位、報警具有至關(guān)重要的意義。
(二)電力電纜的溫度監(jiān)測
在電力系統(tǒng)中,電纜線路起到傳輸高壓電能的作用。電纜常常會由于長期運行而絕緣老化,會由于所處外部環(huán)境惡劣及內(nèi)部高負荷電流而引起局部高溫甚至火災(zāi)。因此,有必要對電纜進行實時、在線監(jiān)測,及時地發(fā)現(xiàn)故障,將事故消除在萌芽狀態(tài)。分布式光纖測溫系統(tǒng)可以通過對電力電纜的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測,實時掌握整條線路的運行狀態(tài),有效監(jiān)測電纜在不同負載下的發(fā)熱狀態(tài),提高對電纜的管理水平;可以對電纜溝內(nèi)的火情進行監(jiān)測與報警,識別電力電纜的局部過熱點,提前發(fā)現(xiàn)電纜故障并預(yù)警,預(yù)防事故的發(fā)生;可以優(yōu)化輸配電的資本,根據(jù)溫度可以確定電纜的負荷變化,合理地配置負荷,擴大現(xiàn)有電纜的容量,增加電纜的工作壽命;可以發(fā)現(xiàn)電纜運行過程中的外力破壞。
(三)高壓配電裝置的溫度監(jiān)測
開關(guān)柜內(nèi)的電纜接頭,10KV、35KV高壓開關(guān)柜中動靜觸頭及電氣設(shè)備的連接頭由于長期運行,可靠性和接觸性會變差,是易出故障的薄弱環(huán)節(jié)。其原因主要是這些部位接觸不良、接觸電阻較大,在大電流情況下熱功率很大,從而造成過熱,加劇接觸面氧化,使得接觸電阻進一步增大,形成惡性循環(huán),發(fā)展到一定程度,便會造成嚴重故障,破壞供電的安全可靠。分布式光纖測溫系統(tǒng)可以將光纖纏繞在接頭上,實時監(jiān)測其溫度,在演變成事故前,及早發(fā)現(xiàn)并采取處理措施。對于發(fā)電機繞組、變壓器等體積比較大的重要部件,可將光纖纏繞在其表面,增加了測量該區(qū)域的光纖長度,提高了測量的準確性,并在溫度曲線中能快速地找到高溫故障點。
(四)變電站的溫度監(jiān)測
分布式光纖測溫系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于變電站的溫度監(jiān)測中。它可以實現(xiàn)對主設(shè)備的溫度監(jiān)測,通常采用帶有外護套的光纖電纜作為主變壓器室火情監(jiān)視報警系統(tǒng),采用熱塑料外護套的光纖電纜進行“0距離”實時監(jiān)測變壓器的套管、GIS穿墻管及導(dǎo)線連接處的溫度。它可以對開關(guān)柜內(nèi)易發(fā)熱部位實時進行監(jiān)測,將其同開關(guān)柜體的通風(fēng)系統(tǒng)配合使用,可以使柜內(nèi)的溫度始終保持在允許的范圍內(nèi);將光纖纏繞在柜體內(nèi)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,可以實時監(jiān)測其溫度,在演變成事故之前,及早發(fā)現(xiàn)并采取措施。
分布式光纖測溫系統(tǒng)具有測量精度高、測量時間短、測量距離長等特點,關(guān)鍵技術(shù)指標超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品,為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品,可滿足客戶的不同應(yīng)用需求。分布式光纖測溫系統(tǒng)具有定溫、差溫、溫升等多種報警算法,可提供聲、光、圖像和繼電器報警方式,同時提供豐富的標準接口通訊方式方便與其他各類設(shè)備相連及數(shù)據(jù)采集,具備良好的兼容性和擴展性。該系統(tǒng)已在國內(nèi)電力系統(tǒng)、管道測漏系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。
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