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一、電力行業(yè)火災(zāi)監(jiān)測概述

1.1概述

電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵電氣設(shè)施的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)的有效保障，也是整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本保證。電氣設(shè)施產(chǎn)生故障的大部分原因是設(shè)備局部過熱引起的，主要是由于電氣設(shè)備的裸露接頭壓接不良，在大負(fù)荷電流作用下，接頭溫度升高，輕則發(fā)生停電故障，重則引發(fā)火災(zāi)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

為了有效防范供電系統(tǒng)因溫升引發(fā)的停電/火災(zāi)事故，近幾年市場上出現(xiàn)了多種不同類型的測溫產(chǎn)品，如紅外線測溫儀、電子類測溫儀和光學(xué)類測溫儀。紅外線測溫儀因信號不能遠(yuǎn)傳，不能構(gòu)成實(shí)時(shí)在線監(jiān)測；電子類測溫儀因信號傳輸距離不遠(yuǎn)，絕緣性能差，而且信號易受干擾等原因正逐步退出市場；而光學(xué)類測溫儀則因其絕緣性能好，可多個(gè)探頭串接，可遠(yuǎn)距離傳輸信號，不受干擾等優(yōu)勢正逐步取代傳統(tǒng)的電子類產(chǎn)品。

本文介紹的光纖光柵電力溫度安全在線監(jiān)測系統(tǒng)就是將光探測技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)。

1.2火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用范圍

【高壓變壓器的測量】

通過對變壓器溫度的檢測，可以在線實(shí)時(shí)反映變壓器的運(yùn)行情況，通過系統(tǒng)的預(yù)警、報(bào)警功能，及時(shí)的顯示變壓器的異常狀況，對變壓器可能存在的問題提供參考數(shù)據(jù)。

圖 1.高壓變壓器

【高壓變電站的監(jiān)測】

通過對變電站、開關(guān)柜、母線接頭等的溫度監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)反映各個(gè)測試點(diǎn)的運(yùn)行情況，對異常情況及時(shí)報(bào)警，并通過通訊端口傳輸?shù)街行目刂普荆_(dá)到變電站無人值守運(yùn)行。

圖2.開關(guān)柜           圖3.接線端子

【電力環(huán)網(wǎng)柜的測量】

在保證正常輸電的同時(shí)，對各環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行定期巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患及時(shí)處理。記錄環(huán)網(wǎng)柜各個(gè)時(shí)期的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對其分析，可以有效地了解整個(gè)電網(wǎng)的營運(yùn)狀態(tài)。

圖4.電力環(huán)網(wǎng)柜

【電力傳輸線的測量】

電力傳輸線的損壞會極大地影響各方面的正常生活和正常生產(chǎn)，對其長期實(shí)時(shí)的監(jiān)控，能在事故發(fā)生之前提出警告，尤其是地埋電纜隱患不易發(fā)現(xiàn)，對它的監(jiān)控更具重要意義。

圖5.電纜橋架                圖6.電纜溝

二、Esafe1000光纖光柵電力溫度安全在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

北京品傲光電科技有限公司研發(fā)的Esafe1000光纖光柵電力溫度安全在線監(jiān)測系統(tǒng)使用光纖作為感溫元件和信號傳輸介質(zhì)，為提高光纖對溫度的敏感程度及準(zhǔn)確定位能力采用國際-先進(jìn)的光纖局部加工技術(shù)，在普通單模光纖上制作一系列的溫度敏感區(qū)——光纖光柵，這些敏感區(qū)可以精確、靈敏地探測到周圍溫度的細(xì)微變化，而光纖的其他部分只是用于信號傳輸，對機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境干擾不敏感，從而保證整個(gè)光纖光柵感溫探測系統(tǒng)的高靈敏性和低誤報(bào)率。

2.1系統(tǒng)組成

Esafe1000光纖光柵電力溫度安全在線監(jiān)測系統(tǒng)是由光纖光柵溫度傳感器、傳輸光纜、溫度在線監(jiān)測儀和計(jì)算機(jī)四部分組成。溫度傳感器由光纖光柵探頭和連接光纜組成，安裝在測溫現(xiàn)場，溫度在線監(jiān)測儀和計(jì)算機(jī)安裝在控制室內(nèi)現(xiàn)場和控制室之間采用單模光纖進(jìn)行信號傳輸，溫度在線監(jiān)測儀通過以太網(wǎng)口向計(jì)算機(jī)傳送溫度信號，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)處理、故障診斷、報(bào)警及控制。可針對不同的監(jiān)測需求組網(wǎng)形成光纖光柵電力溫度安全在線監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用案例如下圖7、8、9所示：

圖7.開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

圖8.高壓輸電線路運(yùn)行溫度及應(yīng)力變形安全在線監(jiān)測系統(tǒng)

圖9.電力設(shè)備運(yùn)行溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.2系統(tǒng)特點(diǎn)

a.先進(jìn)的光纖溫度測量技術(shù)

Esafe1000光纖光柵電力溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過探測波長編碼采集數(shù)據(jù)，屬于數(shù)字量測量，避免了傳統(tǒng)傳感器易受電源波動、傳輸線路損耗等因素影響的問題。

b.安全的無電檢測技術(shù)

溫度傳感器無源，檢測現(xiàn)場無需供電，本質(zhì)安全。

c.實(shí)時(shí)在線，全天24小時(shí)安全守護(hù)

全年365×24小時(shí)不間斷在線監(jiān)測，從根本上杜絕人員疏忽導(dǎo)致的事故。

d.準(zhǔn)確性、靈活性、穩(wěn)定性

測溫精度達(dá)到±0.5℃，用戶可根據(jù)自身要求設(shè)置各種報(bào)警方式如多級溫度報(bào)警和多級溫差報(bào)警等。探測器僅對溫度敏感，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，傳感器無零漂，長期使用無需標(biāo)定。

e.兼容性、擴(kuò)展性

單套系統(tǒng)測溫容量從單點(diǎn)到432點(diǎn)可靈活支配及平滑升級。可借助10M以太網(wǎng)、RS232、RS485等標(biāo)準(zhǔn)接口與局域網(wǎng)及MIS、CIS網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。

2.4軟件界面

圖10.軟件主界面，柜溫總覽

 

圖11.點(diǎn)選單柜溫度顯示

圖12.監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽窗口

圖13.點(diǎn)選單點(diǎn)溫度對比條狀圖

2.5系統(tǒng)主要設(shè)備及介紹

1）光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀

型號：PI-8F24AC系列

PI-8F24AC系列光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測器專用于電力行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域大容量、高精度測溫，可選配北京品傲光電科技的各種類型光纖光柵溫度計(jì)和感溫探頭，單臺設(shè)備的-大的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)可達(dá)1152點(diǎn)，所有監(jiān)測點(diǎn)的單次掃描時(shí)間為1秒鐘。

2）單端電力溫度傳感器（適用于開關(guān)柜觸頭）

型號：FBGTS100

采用光纖光柵為測溫元件，多個(gè)光纖光柵測溫計(jì)之間直接通過光纖相互并聯(lián)，進(jìn)行組網(wǎng)。其主要作用為：監(jiān)測被測開關(guān)柜觸頭的表面溫度，實(shí)時(shí)傳遞溫度及火災(zāi)報(bào)警信息至光纖光柵溫度在線監(jiān)測儀。

3）串接式光纖光柵測溫計(jì)（適用于母線接頭）

型號：FBGTS200

采用光纖光柵為測溫元件，多個(gè)光纖光柵測溫計(jì)之間直接通過光纖相互串接，形成傳感鏈。其主要作用為：監(jiān)測被測電纜接頭的表面溫度，實(shí)時(shí)傳遞溫度及火災(zāi)報(bào)警信息至光纖光柵溫度在線監(jiān)測儀。

2.6應(yīng)用案例

采用FBGTS100探頭式光纖光柵測溫計(jì)和光纖光柵溫度在線監(jiān)測儀對開關(guān)柜內(nèi)部觸頭進(jìn)行分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測：

圖14.開關(guān)柜監(jiān)測方案圖

系統(tǒng)配置要求：

1）在監(jiān)控室設(shè)置一臺16通道型光纖光柵溫度在線監(jiān)測儀，可在1秒鐘內(nèi)同時(shí)對現(xiàn)場布設(shè)的180只FBGTS100探頭式光纖光柵測溫計(jì)所采集的溫度信號進(jìn)行分析，發(fā)送預(yù)警或報(bào)警信號；

2）每臺開關(guān)柜中，在每個(gè)靜觸頭上安裝一只FBGTS100探頭式光纖光柵測溫計(jì)，可在1秒鐘內(nèi)準(zhǔn)確感測觸頭溫度的細(xì)微變化，分辨率小于0.1℃。30臺開關(guān)柜共布設(shè)180只光纖光柵測溫計(jì)。

3）在每根母線的接頭（如開關(guān)柜與母線的連接處）及重點(diǎn)易過熱部位可選擇性地布設(shè)光纖光柵測溫計(jì)，確保全系統(tǒng)的安全供電，共計(jì)18只。

圖15.傳感器安裝示意圖

4）系統(tǒng)以電子地圖準(zhǔn)確顯示各監(jiān)測點(diǎn)及附近區(qū)域的當(dāng)前溫度值、報(bào)警狀態(tài)及歷史溫度曲線，并可結(jié)合各條電纜的電流\電壓情況給出負(fù)荷—溫度曲線。

5）系統(tǒng)的主要材料是光纖，避免了開關(guān)柜內(nèi)強(qiáng)大的電磁干擾，完整安全地把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)視終端。光纖的護(hù)套采用特富龍材料，不僅耐高溫、耐高壓，具有極高的絕緣強(qiáng)度，而且還防止灰塵聚集，避免了爬電的可能。因此，該系統(tǒng)是一種高可靠性的分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)。