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分布式光纖測溫系統在電力電纜中的應用

信息來源:湖南澳纜科技有限公司 發布時間:2022-2-8點擊:
分布式光纖測溫系統在電力電纜中的應用

  跟著我國經濟的開展,電力體系正在朝著超高壓、大電網、大容量、自動化的方向開展,一旦發作事端便會對國民經濟構成巨大損失。如何對正在運轉的電力設備進行在線監測并進行安全猜測和溫度改變趨勢剖析?如何經過實時數據對設備質量、運轉環境、運轉方法、設備老化、負荷不平衡等進行科學剖析?這些都是電力體系中迫切需要處理的問題。傳統的紅外測溫儀、紅外成像儀、感溫電纜、熱電阻式測溫體系等只能對電力體系的部分方位進行測溫,無法為安全、經濟運轉、高效檢修供給科學依據。而分布式光纖測溫體系能夠完成多點、在線的分布式丈量,完成了運轉設備的實時在線監測,有用地處理了長時間以來現場出現的高溫、焚燒、爆破、火災等事端應急不備的問題。在電力體系中,這種光纖測溫技術在高壓電力電纜、電氣設備因觸摸不良引起的發熱部位、電纜夾層、電纜通道、大型發電機定子、大型變壓器、鍋爐等設備的溫度定點傳感場合具有廣泛的使用遠景。

 

  二、分布式光纖測溫的基本原理

 

  分布式光纖測溫體系依據后向散射原理能夠分為三種:依據瑞利散射、依據拉曼散射和依據布里淵散射,F在開展比較老練,且有產品使用于工程的是依據拉曼散射的分布式光纖測溫體系。它的傳感原理主要依據的是光纖的光時域反射(OTDR)原理和光纖的后向拉曼散射溫度效應。

 

  (一)光時域反射(OTDR)原理

 

  當激光脈沖在光纖中傳輸時,因為光纖中存在折射率的微觀不均勻性,會發作散射。在時域里,入射光經后向散射返回到光纖入射端所需時間為t,激光脈沖在光纖中所走過的旅程為2L,其間v為光在光纖中的傳達速度、C為真空中的光速,n為光纖折射率。在測得時間t時,就可求得距光源L處的間隔。

 

  (二)光纖的后向拉曼散射溫度效應

 

  當一個激光脈沖從光纖的一端射入光纖時,這個光脈沖會沿著光纖向前傳達。因為光脈沖與光纖內部分子發作彈性磕碰和非彈性磕碰,故光脈沖在傳達中的每一點都會發作反射,反射中有一小部分的反射光,其方向正好與入射光的方向相反(亦可稱為后向)。這種后向反射光的強度與光線中的反射點的溫度有必定的相關聯系。反射點的溫度(該點光纖所在的環境溫度)越高,反射光的強度也越大。使用這個現象,若能測出后向反射光的強度,就能夠核算出反射點的溫度,這就是使用光纖丈量溫度的基本原理。

 

  如用公式來表達:當激光脈沖在光纖中傳達時與光纖分子相互效果,會發作瑞利散射、布里淵散射、拉曼散射,其間拉曼散射是因為光纖分子的熱振蕩和光子相互效果發作能量交流而發作的。假如一部分光能轉換成熱振蕩,那么將宣布一個比光源波長長的光,稱為斯托克斯光;假如一部分熱振蕩轉換為光能,那么將宣布一個比光源波長短的光,稱為反斯托克斯光。依據拉曼散射理論,在自發拉曼散射條件下,兩束反射光的光強與溫度有關,它們的比值R(T)為:

 

  (1)其間,和別離是斯托克斯光強和反斯托克斯光強,h為普朗克常數,k為玻爾茲曼常數,T為絕對溫度。從(1)式中能夠看出,R(T)僅與溫度T有關。因而,咱們能夠憑借反斯托克斯與斯托克斯光強之比來完成溫度的丈量。

 

  三、分布式光纖測溫體系的傳感進程

 

  如圖1所示,分布式光纖測溫體系的傳感進程為:核算機控制同步脈沖發作器發作具有必定重復頻率的脈沖,這個脈沖一方面調制脈沖激光器,使之發作一系列大功率光脈沖,另一方面向高速數據收集卡供給同步脈沖,進入數據收集狀況。光脈沖經過波分復用器的一個端口進入到傳感光纖,并在光纖中各點處發作后向散射光,返回到波分復用器中。后向散射光經過波分復用器中的薄膜干涉濾光片別離濾出斯托克斯光和反斯托克斯光,經波分復用器的別的兩個端口輸出,并別離進入到光電檢測器(APD)和擴展器中進行光電轉換和擴展,將信號擴展到數據收集卡能夠收集的范圍上。最后由數據收集卡進行存儲和處理,用于溫度的核算。

 

  四、分布式光纖測溫體系在電力體系中的使用

 

  (一)電力電纜的溫度監測

 

  在電力體系中,電纜線路起到傳輸高壓電能的效果。電纜常常會因為長時間運轉而絕緣老化,會因為所在外部環境惡劣及內部高負荷電流而引起部分高溫甚至火災。因而,有必要對電纜進行實時、在線監測,及時地發現毛病,將事端消除在萌發狀況。分布式光纖測溫體系能夠經過對電力電纜的運轉狀況進行在線監測,實時把握整條線路的運轉狀況,有用監測電纜在不同負載下的發熱狀況,進步對電纜的管理水平;能夠對電纜溝內的火情進行監測與報警,辨認電力電纜的部分過熱門,提早發現電纜毛病并預警,防備事端的發作;能夠優化輸配電的本錢,依據溫度能夠斷定電纜的負荷改變,合理地裝備負荷,擴展現有電纜的容量,添加電纜的作業壽命;能夠發現電纜運轉進程中的外力損壞。

 

  (二)變電站的溫度監測

 

  分布式光纖測溫體系因其本身共同的長處,被廣泛使用于變電站的溫度監測中。它能夠完成對主設備的溫度監測,一般選用帶有外護套的光纖電纜作為主變壓器室火情監督報警體系,選用熱塑料外護套的光纖電纜進行“零間隔”實時監測變壓器的套管、GIS穿墻管及導線銜接處的溫度。它能夠對開關柜內易發熱部位實時進行監測,將其同開關柜體的通風體系合作使用,能夠使柜內的溫度一直保持在答應的范圍內;將光纖環繞在柜體內電纜接頭上、斷路器小車的一次插頭隔弧罩上或靜觸頭熱縮套上,能夠實時監測其溫度,在演變成事端之前,及早發現并采納辦法。

 

  (三)高壓配電裝置的溫度監測

 

  開關柜內的電纜接頭,10KV、35KV高壓開關柜中動態觸頭及電氣設備的銜接頭因為長時間運轉,可靠性和觸摸性會變差,是易出毛病的薄弱環節。其原因主要是這些部位觸摸不良、觸摸電阻較大,在大電流情況下熱功率很大,然后構成過熱,加重觸摸面氧化,使得觸摸電阻進一步增大,構成惡性循環,開展到必定程度,便會構成嚴峻毛病,損壞供電的安全可靠。分布式光纖測溫體系能夠將光纖環繞在接頭上,實時監測其溫度,在演變成事端前,及早發現并采納處理辦法。對于發電機繞組、變壓器等體積比較大的重要部件,可將光纖環繞在其外表,添加了丈量該區域的光纖長度,進步了丈量的準確性,并在溫度曲線中能快速地找到高溫毛病點。

 




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