光纤光栅型传感器在电力系统中的应用及技术对比

光纤光栅型传感器在电力系统中的应用及技术对比

一 概述：（光纤光栅+电力系统）

随着生产生活自动化程度的提高，对电力等能源供应的可靠性提出了越来越高的要求，而电力系统包括发电厂、变电站等也向着电压等级提高、生产规模扩大、自动化水平提高的方向发展。因此，电力系统的实时监测、控制的管理水平也必须随之不断提高。

发电厂、变电站电气设备的各种触点、连接点，如开关触点、电缆接头、母线联接点、发电机和变压器引接线接头、电动机接线盒接头等，由于高电压、大电流的作用，易引起局部高温。以发电厂6KV、10KV开关柜为例，抽屉式开关柜的触点在长期运行过程中，因老化、松动或污染易造成间隙或接触电阻增大，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，已造成火灾和大面积停电的重大事故。

长期以来，开关柜触头的温度很难实时监测，这是因为开关柜空间有限，但柜内元件较多，且高压带电元件大多裸露，常规的温度测量方法无法使用。普通的温度监测方法主要采用热电偶、热电阻、半导体温度传感器等温度传感元件实现的，这种方法要么传感器本身带有金属，要么需要金属导线传输信号，在紧凑的开关柜内，要实现系统可靠的绝缘困难重重。

红外测温虽为非接触式测温，但它易受环境及周围的电磁场干扰，目前常用的是利用手持式红外热成像仪或点测仪进行人工非在线式温度测量。当需要在线监测时，由于红外测温探头需要与被测点保持一定的距离，探头的安装以及温度信号的传输同样非常困难。

光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的新型传感技术，国外一些发达国家对光纤传感技术的应用研究已取得丰硕成果，不少光纤传感系统已实用化，成为替代传统传感器的商品。光纤光栅温度传感器采用光纤光栅作为敏感元件，由于光纤具有优异的绝缘性能，可直接将传感器安装到开关柜内的裸露触点上，并方便地将测量信号传输至开关柜外，实现触点运行温度的在线监测。电力测温的可靠性和准确性是至关重要的，而传统的电子基传感器无法在井下恶劣的环境诸如高温、高压、腐蚀、地磁地电干扰下工作。光纤传感器可以克服这些困难，其对电磁干扰不敏感而且能承受极端条件，包括高温、高压（几十兆帕以上）以及强烈的冲击与振动，可以高精度地测量井筒和井场环境参数，同时，光纤传感器具有分布式测量能力，可以测量被测量的空间分布，给出剖面信息。而且，光纤传感器横截面积小，外形短，占据空间极小。

光纤光栅温度在线监测系统具有极高的安全性、可靠性和测量精度，安装施工方便，对

温度量进行全数字化处理，具有通信功能，既可自成系统，又可方便地接入发电厂其他系统，如DCS、ECS、SIS或MIS等。

关键词：光纤光栅传感器 电力系统 电力测温 二 原理：（光纤光栅+解调系统） ? 光纤光栅

光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光场发生耦合作用，对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。

反射回的窄带光的中心波长值随着作用于光纤光栅的温度和应变的改变而线性变化，从而使光纤光栅成为性能优异的温度、应变测量敏感元件。

透射过去的剩余宽带光可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列，其中相应中心波长的窄带光系列将被逐一反射，全部沿原传输光纤返回。由此可实现多个光纤光栅传感器的串接复用。

光纤光栅的上述特性使之成为温度、应变、压力、加速度、位移等物理量的优异测量敏感元件，并且可以同时实现多个物理量的准分布式测量，它具有如下特点：

? 容量大：可在一根光纤上同时测量几十个点的温度、应变、压力、位移、振动等多

种参量 ? 全光型：光纤探测并直接进行信号传输，现场不需供电，不受电磁及核辐射干扰 ? 高精度：以光波长表征被测量，不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因

素影响 ? 无零漂：出厂后不需要定期检定，系统维护成本很低 ? 解调系统

一台单元机组ECS组网方案示意图

光纤光栅温度在线监测系统是由光纤光栅温度传感器、传输光缆、温度在线监测仪和计算机四部分组成。温度传感器由光纤光栅探头和连接光缆组成，安装在测温现场；温度在线监测仪和计算机安装在控制室内；现场和控制室之间采用单模光纤进行信号传输；温度在线监测仪通过以太网口向计算机传送温度信号，由计算机系统实施数据处理、故障诊断、报警及控制。

三 传感器简介： 产品特点： ? ? ? ? ? ? ?

典型应用： ? ? ? ? ? ? 机械强度高，耐压性好 长期稳定，零点无飘移 光学测量，无电磁干扰 耐腐蚀、抗冲击、抗震动 光路监测，本质绝缘 使用寿命长，高性价比 组网方便，使用便捷 电力测温— 高压开关柜触头及接点 电力测温— 刀闸开关 电力测温— 干式变压器 电力测温— 箱式变电站 电力测温— 高压母线接头 电力测温— 高压电缆接头 ?

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