光纤光栅测温系统在电力监测技术方案简述

光纤光栅测温系统在电力监测技术方案简述1. 概述电力设备在正常工作时都会产生发热现象。线路、设备等的连接处由于环境影响，加工工艺等原因使连接部分压接不紧、压力不够、触头间的接触部分发生变化等引起接触电阻变大，发热现象会更加明显。长期如此会加速电力设备线路等的老化，引起电力设备的绝缘性能下降，严重的还能触发电弧短路，降低设备使用寿命，引起重大的电力事故。尤其是隔离开关活动的动、静触头部分、主变引线、电缆头发热现象比较突出，故障率高，每年均有此类问题发生。目前监视方法仍靠工作人员定期完成的，费时费力，工作效率极低，而且不能及时发现潜藏的隐患，有些电力设备的焊点与接头位于不便触及的里端，这又给检测人员带来了极大的不便。光纤光栅传感技术是近年来发展起来的一门崭新的技术，是伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而派生的全新概念的传感技术。光纤光栅传感器通过辨析光波长来检测、度量外界物理量的变化。作为传感器家族新成员，光纤光栅传感器具有以下明显的优点：1) 抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、安全性好对电绝缘，适合高电压场所； 2) 灵敏度高，温度精度高，寿命长，综合性能全面优于现有监测手段；3) 重量轻、体积小、可挠曲，适用于狭小空间；4) 测量对象广泛，对被测介质影响小；5) 易于组网，实现远距离分布式测量。2. 光纤光栅测温原理光纤光栅是利用光纤材料自然的光敏特性沿纤芯轴向形成的一种折射率周期性分布的结构，光纤光栅示意图如下所示： 这种特殊的结构周期性分布能改变某一特定波长的光的传输路径，使光的传播方向发生改变，相当于在光纤中形成一定带宽的滤波器或反射镜。其中反射光的波长由纤芯折射率和光栅周期决定：上式中为反射波长，n是纤芯折射率，是光栅周期。若纤芯折射率或光栅周期受外界温度场的影响发生改变，就会导致光纤光栅的反射波长变化：这即为光纤光栅温度传感的理论依据。3. GDS-II光纤光栅测温系统介绍GDS-II光纤光栅测温系统是专为电力系统逐点测温开发的产品，整套系统分为四部分：l MKKCT-2101型温度传感器l MKKCT-O-4102型光纤光栅解调器l 专用光纤光栅测温监控软件 3.1 MKKCT-2101型温度传感器MKKCT-2101型陶瓷封装温度传感器专为高电压测试环境开发。根据电力测温的特点（高温、绝缘），采用陶瓷材料作为外封装基体，传感器外观如图：其技术指标为：应用特性测量范围-40 - 150 C（可定制）温度灵敏度 10 pm/C温度分辨率0.1 pm/C温度精度0.5 C温度响应时间 5 sec物理特性单缆最大传感器数20封装材料陶瓷单只传感器尺寸3066传感器重量20g光缆弯曲半径380 mm尾纤长度1 m（可定制）光缆类型玻璃纤维（可定制）连接器FC/APC（可定制）3.2 MKKCT-O-4102型光纤光栅解调器武汉MKK股份有限公司的MKKCT-O-4002型光纤光栅解调器是整套系统的核心。解调器的波长解调原理是采用一宽带光谱光源输出光，经光分路器到达光纤光栅传感器阵列；反射光再经分路器送至波长可调谐滤波器。只有当反射光波长与可调谐滤波器的波长相同时，才能通过滤波器被探测器接收。根据“可调谐滤波器波长探测器功率”的对应关系计算出传感光栅的波长位置。MKKCT-O-4002备注可测量通道数16可扩展单通道最大传感器数20波长范围12801330 nm波长分辨率1 pm波长精度5 pm采样速率20400 Hz200Hz以上只有4通道输入/输出备注光纤接口FC/APC网络10/100 Base TX(RJ45)UDP协议串口RS232维护使用，也可定制新功能环境参数备注环境温度040 存储温度-3070 供电参数备注供电源220V AC 或 24V DC 交、直流可选消耗功率峰值20 W物理参数备注尺寸433 mm88.1 mm401 mm适用于19寸机架重量12 kg3.3 WAS-ETMS电力电气设备光纤传感温度监测软件WAS-ETMS电力电气设备光纤传感温度监测系统软件平台是MKK配合电力设备温度监测系统推出的专业应用软件，借助软件可以实现多种功能，包括登录及用户管理、用户权限管理、区域站点机房配置管理、监测设备配置管理、传感仪表配置管理、传感器配置管理、设备监测趋势曲线、历史曲线、报警设置、报警信息、统计报表、基础管理、系统管理。a) 用户权限管理权限角色用户管理参数设置超级管理员全部用户管理权限系统核心参数、运行参数、地图编辑、温度标定报警设置、报警处理、管 理 员同级及下级用户管理权限运行参数、地图编辑、温度标定报警设置、报警处理、一般操作员无报警处理、监测系统报表查看b) 区域站点管理系统以直观的图形界面展示监测区域站点（机房），以属性表格的方式显示相关站点详细信息。可方便地通过点选区域站点树节点，切换对应区域图形，直观地查看下属监测设备。c) 监视界面主监控界面监测温度变化趋势图表d) 报警设置有多达三种不同的报警方式，及不同的组合方式。包括超温预警，高温报警，快速升温报警。系统支持报警/故障数据实时记录，在数据记录保存的同时，以动画浮动弹出窗口形式给出消息提示，系统具有智能断纤故障判断，对断纤故障及故障恢复能自动给出提示。系统在动画提示的同时，还具有语音播放提示功能。e) 统计报表监测数据报表开关柜报警统计图表f) 扩展功能系统还提供有历史趋势分析、短信报警通知、短信通知历史查询等扩展功能。3.4 认证标准MKKCT-2101型温度传感器经国网电力科学研究院电气设备检测中心（武汉）测试，表明在工频凝露条件下，传感器可承受42kV电压。检测报告如下：检测项目标准要求评价工频凝露耐受电压耐受电压：42kV耐受时间：1min符合要求人工污秽工频耐受电压试验盐度：0.03mg/cm2灰密：0.2mg/cm2耐受电压：11.5kV耐受时间：15min耐受次数：3次符合要求 MKKCT-O-4002型光纤光栅解调仪表严格遵照电力监测设备的电磁兼容及环境特性要求，完全符合相关国家标准，并通过国网电科院的测试认证：GB 191-2008 包装储运图示标志GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A： 低温GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温GB/T 2423.3-2006 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Cab：恒定湿热试验GB/T 2423.10-2008 电工电子产品环境试验 第2部分: 试验方法 试验Fc: 振动（正弦）GB/T 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）GB/T 6388 运输包装收发货标志GB/T 17626.2-2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验GB/T 17626.3-2006 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T 17626.4-2008 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.5-2008 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗扰度试验GB/T 17626.6-2008 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T 17626.8-2006 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验GB/T 17626.9-1998 电磁兼容 试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验GB/T 17626.10-1998 电磁兼容 试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验GB/T 17626.11-2008 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 系统典型应用高压开关柜是变电站、电厂最重要的电气设备之一。在设备长期运行过程中，开关柜中的断路器与开关柜之间的连接插头等部位会因制造、运输、安装不良及老化引起接触电阻过大而发热，如果这些发热部位的温度无法监测，得不到及时检修，则最终会导致烧毁开关柜的火灾事故发生。国家电网公司十八项电网重大反事故措施第11.7.2条明确规定需定期对开关设备的接头部、隔离开关的导电部分（重点部位：触头、出线座等）的设备温升的监视。针对单面高压开关柜6个触头（两组三相）的温度在线监测需求，MKK提出如下方案，如图所示，光纤光栅解调仪表单个探测通道可同时对两面开关柜实时监测（共计12个探测点），整台仪表可同时监测32面开关柜的温度环境。如下图所示电力柜模型，6个传感器相互并联，然后用单芯铠装光缆引线对接，单芯光缆从电缆出入口置于电缆沟中与主光缆熔接，最后接到解调仪表。分路盒电力柜尾纤传感器传感器传感器采用粘接和固定卡座双重固定方式，如图所示：MKK推荐典型光纤光栅传感系统配置包括： MKKCT-2101型光纤光栅传感器 MKKCT-O-4002型光纤光栅解调仪表 工控机+显示器 监控软件 若系统用于安防项目，则建议增配交换机，继电器输出设备，备用电池等MKKCT-O-4002型光纤光栅解调仪表外形完全适用于标准19寸机柜，包括解调器在内，电源、工控机等相关配套外设均可放置于