光纤光栅测温在莱钢热轧带钢高压配电系统中的应用

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莱钢 620m 热轧带钢变电站 35KV/6kv开关柜在长期运行过程中，开关柜中的触头和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热，由于用电量很大，在运行设备开停时候有较大的冲击电流，更加速了开关柜以及电缆接头的老化，据单位统计 2006-2010年配电系统故障，80%是由于电器过热引起的，全莱钢集团公司每年发生多起开关柜、动力电缆过热而又无法及时发现造成大面积停电的事故，危及热线生产，存在很大的不安全隐患。实现温度在线监测是保证高压开关柜及电缆安全运行的重要手段。

2高压设备过热故障分析高压电气设备内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中，如电缆，内部热故障-般都发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高，因此光纤光栅测温技术应用在配电系统中可以通过检测其周围材料的温升来诊断高压电气设备 (如电缆)的内部故障。

3光纤光栅测温系统工作原理3.1系统工作原理光纤光栅(FBG)测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆 (用于远距离信号传输)、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--光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的- 个窄带光，经同-传输光缆返回到光纤温度在线监测仪内部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，从而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同，所以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布设，避免了以往逐点测量的不便。

3.2主要技术指标波长测量范围：15251565 nm波长分辨率测温：1 pm波长精度：典型值：± 3pm每通道测点数：温度推荐 1620，其他视传感器量程定扫描频率：lOOHz工作温度：O～40℃测温主机电源要求 220VAC软件环境：Windows操作系统：Windows 2000/XP硬件环境：CPU：P4 2.OG以上；内存：256MB以上：显卡：至少达到800x600分辨率。

4应用方案带钢高压供电系统分 35kv/6kv新变电站和 6kv老高配室两部分，由于人员紧张无人值守，值班人员都工作在电机室值班室。

(1)采用光纤光栅温度传感器和光纤温度在线监测仪分别对35KV配点 I、II段进线柜，6KV I、II段进线柜，35KVI#、2#主变，高配室配室6KV进线柜6台动变柜，13台整变柜，对进线和隔离进行了在线温控设备的安装，对测温点进行准分布式温度实时监测。

(2)在每台开关柜安装-光纤接续盒，每开关柜安装的传感器在接续盒处用光耦合器 (35KV开关柜为 1分 10耦合器，6KV开关柜明山东 莱芜 271126)为 1分 1O耦合器)耦合，耦合后由接续盒处引出-信号传输光纤接入主光缆，通过主光缆将信号传输到电机值班室的在线监测仪上值班人员通过上位机液晶屏可准确、及时的读取两个配电室所有被测点的的温度值。

5系统功能实现(1)系统组成光路系统、光电转换系统、数据采集处理系统、上位机波长计算分析系统。见图 1彝 图 l带钢光纤光栅测温硬件配置图光路系统：宽带光源的光通过光分路器传输到外接 FBG传感器中，传感器将特定波长的光反射回来，再通过光分路器传输到光电转换系统中。

光电转换系统：通过光电探测器将 FBG发射的光波长信号转换为电信号。

数据采集处理系统：采集光电探测器的电信号，进行处理，将电信号转换为数字信号，通过网口或者串口传输到上位机中。

上位机波长计算分析系统：上位机中安装软件，通过该软件计算 FBG传感器中心波长和光谱，再和预先设置到系统的每个传感器的相关参数进行计算，即可得到用户所需要的被测物理量。

(2)实现了设备由于过热产生故障的早期发现，防患于未然。

能够直观显示各测温点的温度，并且精度较高，可显示到小数点后 2位数。当某-检测点发生过热故障时，系统提供声光报警并准确定位过热位置，指导检修工作。

(3)实现了对新高配室和老高配室各测温点的集中监控，直观显示电缆接头、设备、母线温度的具体位置及名称，实时连续的温度监测。保存历史数据，作为运行经验的积累和事故分析的依据。

(4)实现了故障在线诊断功能∩显示每个温度传感器的使用情况，监视每个传感器是否处于正常工作状态或断路状态，并对断路位置进行报警。

(5)可根据现场需要通过系统对每个温度传感器设定不同的报警温度。当温度达到预定值时，并准确显示故障位置。

(6)光纤温度在线监测监控系统作为传统缆式温感火灾探测器的替代品，具有精度高、数据传输及读取速度快、自适应性能好、检测故障准确直观且光纤本身绝缘而且光纤光路无电流通过对电器电路安全无影响等优点，实现了传统式温度测量无法实现的诸多功能和现场无法解决的问题。

(7)具有备查功能：实时曲线 ，历史曲线，条形图显示、报警记录，事件记录。

6实施后效果高压系统应用光纤光栅测温技术后，能够及时发现被测温点的温度异常，并及时进行了处理，避免了大面积跳电的事故。应用-年来未出现因电缆或高压柜内温度高而造成故障停机的现象。对配电系统的安全运行具有较高应用价值。

作者介绍 ：李明 (1962-)，男，山东肥城人，工程师，主要从事冶金电气自动化、轧线仪表的应用和维护工作。