高压开关柜无线组网式光纤测温系统.pdf

1 4 3 柬工案 技术 电 子 技 术 高压开关柜无线组网式光纤测温系统 张欣 ’ ， 黄荣辉 ’ ， 姚森敬 ’ ， 仝芳轩 ， 陈泰 ( 1 ． 深圳供 电局有 限公 司 ， 广东 深圳 I 5 1 8 0 0 0 i 2 ． 上海华魏光纤传感技术有限公司 ， 上海 2 0 1 1 O 3) 摘要 ：本 文研 究 了一种 高压 开关柜无线组 网式光纤测温 系统系统主要 分为三个部分：测温主机 、无线发射机 、无 线接 收机 其 中测温主机 采 用光纤作 为主要 结构 ，具有抗 电磁干扰 、抗腐蚀 、防爆 、防雷击的优 点；无线发射机将采 集到的温度数据 用无线的方式进行传 输，这样不但 省去 了 铺设 电线的麻烦，也方便进行无线组网该系统被应用于高压开关柜内的电缆接头、动、静触点等易发热的接触点处的温度检测，取得 了 良好 的效果 关键 词 ：光纤测温系统 ；无线组 网；高压开 关柜 D OI： 1 0 ． 1 6 6 4 0 ／ j ．c n k i ． 3 7 — 1 2 2 2 ／ t ．2 0 1 5 ． 2 2 ． 1 2 8 1 前言 电力开关柜、断路器、变频器、G I S 等高压电力设备内部金属连 接头是很容易出现接触不良、插接偏心不正常等情况。

这将导致接触 电阻过大 ， 在大电流下该处发热严重，其结果是接头温度异常，加剧 接触面氧化，使得接触电阻进一步增大，形成恶性循环，发展到一定 阶段 后 ，则会造成严重故 障，破坏供 电的安全可靠 因此 ，对接 触头 进行 实时温度监测 ，及时发现开关柜 内的发热点 ，实现故 障的早 期预 测与报警对于保 障设备安全和 降低 电网风险极为重要 分布式光纤温度传感技术具有抗电磁场干扰、信号传输频带宽等 特点在电力系统中 ， 这种光纤传感技术在高压电力电缆、电气设备 接触不 良易产 生发热的部位 、 电缆夹层 、 电缆通道 、 大型发 电机定子、 大型变压器、锅炉等设施 的温度定 点传感场合具有广泛 的应用前景 另外，无线组网技术也即现在非常热门的物联网技术，通过z i g b e e 等 无线组网方式可 以省掉铺设 电缆的麻烦 ，搭建 了一个多点、大范围的 无线传感网络，对多个点进行全天候的控制，大大节省了人力，提高 了系统的安全监控能力 ] 2技术原 理 光纤温度传感技术主要依据的是光纤的光时域反射 ( O T D I t ) 原理 以及光纤的背向拉曼散射 ( R a m a n S c a t t e r i n ~的温度效应。

当一个光脉 冲从光纤的一端射入光纤时 ， 这个光脉冲会沿着光纤向前传播因光 纤内壁类似镜子 ， 故光脉在传播中的每一点都会产生反射 ， 反射之中 有--I J , 部分的反射光 ， 其方向正好与入射光的方向相反 ( 亦可称为背 向) 这种背向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关 关系反射点的温度 ( 该点的光纤的环境温度 ) 越高 ， 反射光的强度也 越大也就是说 ， 背向反射光的强度可以反映出反射点的温度利用 这 个现象 ， 若能测量 出背向反射 光的强度 ， 就可 以计 算出反射点 的温 度 ， 这就是利用光纤测量温度 的基本原理 F 3 光纤点式测温 系统的组成结构 系统主要分为三个部分 ：测温主机、无线发射机、无线接收机 系统结构如 图 1 所示 光信号采集板 测 无线接收机 图 1 无线组网式光纤测温 系统结构 图 其中，无线发射机 ( 无线发射模块)根据需要可以集成在主机内 部也 可以单独在主机外面 系统 工作 过程如下 ：将测温探头贴在开 关 柜内断路器接触头处，当接触头处温度升高时，探头处温度敏感材料 对光的反射会发生变化，光信号采集板接收到变化的光信号，将变化 的光信号转换成电信号 ，进行放大、滤波后再进行 A D采样。

采样得 到的数据根据温度与反射光之间的关系进行数字滤波处理 ，从而得到 需要的温度数据采集到的温度数据通过一无线发射模块 ( 本文用的 是 z i g b e e 模块 )发射出去 接 收端 由一台 P c机与无线接收模块 ( 也 是 z i g b e e 模 块)组成 ，P c机与无 线接收模块 通过 串 口进行通信 ，将 获得的数据通过上位机软件显示出来通过 P C机可以同时无线监控 多台测温主机，达到多点测量的目的系统安装结构图如图 2 ，所用 光纤测温探头如 图 3所示 兀线传输模式 图 2 系统安装结构图 图 3测温探头 4 系统主要实现的功能及其优势 系统主要 实现 的功能如下 ： ( 1 )温度 检测探 头无需 外部供 电 ， 无需 电池 ，一次 安装 ，终生 免维护 ； ( 2 )温度检 测探 头的高绝缘性 能、 抗 电磁干扰、 抗腐蚀 、 防爆 、 防雷击 ， 使其能在恶劣 的坏境下 工作； ( 3 ) 具 有灵活 的配置 能力 ，可根据项 目需 要单 机实现 6点至 1 2 8 点 的检测 通 道； ( 4 )可多机无线组 网，一 台 P C机可 以同时监控多 台测温主机 ； ( 5 )测温范围广，一 2 O 度到 1 2 0 度；测温精度 1 度，分辨率 0 ． 1 度。

电 子 技 术 柬工案技术 1 4 4 5 试验 结果 为了验证测温效 果 ，搭建了一个开关柜 内接触头模拟温升试验 系 统 ：将断路器 的触 头固定 在铜排上并将测温探 头和与之对 比的热 电偶 固定 在触头处 ，铜排 通入 电流 ，然后慢慢加大 电流使得触头 的温度不 断升 高 记录 了 1 0 = 4 7 — 1 1 ： 4 8时间内每 隔三分钟 的温度数据如表 1 所示 ， 温度 曲线如 图 4 表 1 两种方式下 的温度数据 时间 热 电偶测温 探头测温 1 0： 57 33 3 4 1】：O0 42 3 8 11 ： 03 46 4 4 1 1： 06 5 0 4 9 1】 ： 09 5 1 51 1 1： 1 2 5 4 5 3 1 1： 1 5 5 8 5 6 11 ： 1 8 62 61 1 1： 21 64 6 4 1 1： 24 75 7 2 1 1 ：2 7 8 1 7 9 1 1 ：3 0 8 6 8 4 1 】： 33 9 0 8 7 1 1： 36 91 8 9 1 1： 39 1 0 2 9 7 1 1： 4 2 1 1 O 1 0 6 1 1： 4 5 1 1 6 11 1 1 1： 48 11 9 1 1 6 图 4 温升试 验曲线 从曲线图可以看出，探头温度数据与热电偶的温度数据拟合程度 很好，但在局部探头所测温度与热电偶所测温度有所不同主要因为光 纤探头的安装方式为表贴式，在温度测量过程中受到环境的影响，总 体上达到了预期的效果。

6 结束语 研究无线组 网式 光纤测温系统 ，可方便 、灵 活的对电气设备 因接 触不良易产生发热的部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、 大型变压器、锅炉等设施的发热点进行全天候的监测，及时发现 和处理设备隐患，对实现故障的早期预测和报警，保障设备安全和降 低 电网风险具 有重大 意义 参考文献： ⋯ 陈军， 李永丽． 应用于高压电缆的光纤分布式温度传感新技术 [ J ]J． 电力系统及其 自动化学报 ，2 O l 0 ， 1 7 ( 0 6 ) ： 9 7 - 9 8 ． [ 2 ] 郑雁翎 ， 仪涛 ，张冠军 ． 1 O k V 地下排管电缆的分布式光纤测 温技 术的应 用研 究 [ J ] ．高压电器 ， 2 0 1 0 ，4 6 ( 1 1 ) ： 4 9 — 5 2 ． [ 3 ] 李荣伟 ， 李永倩 ． 高压电缆用分布式光纤传感检测系统 [ J ] ． 光纤 与电缆及 其应 用技术 ， 2 0 1 0 ( 0 1 ) ： 3 8 - 4 1 ． [ 4 ] 熊晓方 ， 王凯睿 ． 分布式光纤温度传感技术及其应用 [ J ] ． 江西电 力 ， 2 0 0 7 ， 3 1 ( 0 3 ) ： 3 5 - 4 0 ． [ 5 ] 李伟 良， 张金成 ． 光纤测温系统在电力系统的应用 [ J ] ． 青海电力， 2 0 0 2 ( O 4 ) ： 2 9 - 3 2 ． [ 6 ]刘建胜 ， 李铮 ， 张其善 ． 光纤完全分布式温度传感系统研究进展 [ J ] ．电子科技导报 ， 1 9 9 9 ( 0 3 ) ： 1 0 - 1 3 ． 【 7 ] 冯雪元 ， 昊月珠 ． 一种基于强度调制的新型光纤温度传感器 【 I 】 ． 传感技术 ， 2 0 1 0 ， 1 1 ( 0 4 ) ： 4 5 5 — 4 5 9 ． [ 8 】关 晓 平 ．一 种 新 型 的 荧 光 光 纤 温 度 测 量 系 统 [ J ] ．传 感 技 术 ， 2 0 0 1 ， 2 0 ( 0 4 ) ： 6 8 5 — 6 8 8 ． [ 9 ]雷晓 梅 ，陈长 乐 ．光 纤温 度传 感 器输 出特 性研 究 【 J 】 ．光 子 学 报 ， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 0 2 ) ： 8 - 1 1 ． [ 1 0 ] 郝国强 ， 张永刚， 顾溢 ． I n O ． 5 3 G a 0 ． 4 7 A s P I N光电探测器的温度 特性分析 [ J ] ． 功能材料与器件学报 ， 2 0 0 5 ， 1 1 ( O 2 ) ： 2 O 卜2 0 3 ． [ 1 1 ]孙 圣和 ，王廷 云 ，徐 颖 ．光纤测 量与传感技 术 [ M ] ． 哈 尔滨 ：哈 尔滨工业 大学 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 1 2 ] 赵勇，荣民， 王烨 ． 基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究 [ J ] ．光 电子 · 激光 ， 2 0 0 3 ， 1 4( 0 2 ) ： 1 0 0 - 1 0 3 ． [ 1 3 ]张英 ， 王海容 ， 蒋庄德 ． 半导体吸收式光纤温度传感器的研 究 【 J ] ．压 电与声光 ， 2 0 0 7 ， 2 9( 0 4 ) ： 4 8 5 - 4 8 8 ． [ 1 4 】 陈学岗， 何兴道 ， 方利华 ． 半导体吸收式光纤温度传感器的研究 [ J ] ． 传感技术 ， 2 0 0 8 ， 7 ( 1 0 ) ： 2 5 6 - 2 5 9 ． [ 1 5 ]关晓平 ． 一种基于不同光谱反射比的光纤温度传感器 [ J 】 ． 传感 技术 ， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 0 9 ) ： 2 5 5 — 2 5 9 ． 作者简介：张欣 ( 1 9 8 4 - ) ， 男， 天津塘沽人， 本科， 工程师， 主要从事： 变电设备技术监督及监测技术研 究。

( 上接第 1 4 2页) 着重培养学生的动手操作能力， 和上机实习，安排相应实践，要求学生练习实践， 握基本知识 3结束语 有效结合课程 学习 供综合应用型人才 ，满足社会用人需求 一边操作 ，一边 掌 高职技校计算机基础教学目标是使学生掌握计算机软、硬件技术 的基本知识 、基本操作技 能及互联 网应用能力 l 当今是 一个信息化 时代 ，网络化 已成 为一种必然 ，各 高职 院校要具有挑 战意 识 ，将 目光 放远，把握市场发展动向，树立教育理念，完善学科体系 ， 丰富教学 内容，改进教学方法 ，践行教学实践，调动学生的学习兴趣 ， 使他们 能在较短的时间内掌握计算机课程的相关知识和技能，提升其信息获 取能力，培养他们的实践创新能力，更好地适应社会发展，为社会提 参。