矿井供电系统光栅温度在线监测技术探究和应用

1、矿井供电系统光栅温度在线监测技术探究和应用摘要：矿井供电系统光栅温度在线监测技术的研究 与应用在矿井地面、井下输配电系统等广泛的应用领域具有 重要意义。该项目充分显示了在煤矿供电系统中的可行性和 应用潜力。在电力系统中，包括环网柜、变压器、高压开关、 电缆、发电机等多种大型设备、器材都有必要进行在线温度 监测、以避免火灾造成的直接和间接经济损失。典型的中小 变电所需要检测12个光纤通道，可以监测140余点，系统 成本约30万元。该系统，在化工，油田，交通，军事等许 多领域具有极大的需求.该系统的推广应用，可以避免火灾 等带来的直接经济损失和由于事故所造成的停产等间接经 济损失。关键词：矿山供电

2、系统光栅温度在线监测中图分类号：tm5951、背景：在煤矿供电系统中，机电设备的运行温度已 经成为关键因素，矿井供电系统大量的电缆、中高压开关设 备、变压器等设施在长期运行过程中由于各种原因出现温度 异常。高压电气设备的高压带电体温度监测难度大，监测信 号传输容易发生变化和出现故障，造成不能准确、及时的反 映高压电器出现的故障。另外，原有的监测技术不能实时监 测温度变换，容易烧毁带电体，造成电气事故。一旦发生事 故则损失巨大。目前，光纤光栅温度传感器、光纤激光器及光纤气体、 矿压、矿震传感技术在煤矿安全监测中的应用是矿山安全监 测研究领域中的前沿课题，它的研究与应用日益活跃。由于 其具有与传统

3、的电子及机械式传感器相比有无法比拟的优 点，而备受普遍关注，并得到迅速的发展。2详细科学技术内容（采用的技术原理；关键技术及创 造点；必要的图表）：1本项目的主要研究基于光纤光栅温度传感器。光纤光栅（fbg）是一种反射式光纤滤波器件，通常采 用紫外线干涉条纹照射一段10mm长的裸光纤，在纤芯产生 折射率周期调制，在布拉格波长上，在光波导内传播的前向 导模会耦合到后向反射模式，形成布拉格反射。对于特定的 空间折射率调制周期（a）和纤芯折射率（n）,布拉格波长 为：xb=2na （1）由式（1）可以看出：n与a的改变均会引起反射光波 长的改变。因此，通过一定的封装设计，使能外界温度、应 力和压力的

4、变化导致n与a发生改变，即可使fbg达到对 其敏感的目的。fbg中心波长与温度变化的关系为：入肝入b（l+e）at (2)式中，入:b是温度变化引起的反射光中心波长的改变; t为温度的变化量；2为光纤的热光系数。在1550nm波 段，fbg对温度的敏感系数分别为:12pm/oc02、光纤多点温度传感监测系统原理光纤多点温度传感监测系统，包括解调模块、光学扩展 模块，传输光缆、终端盒和传感器网络。该系统由一个宽带光源，一个光纤环行器，多路光开关 阵列，在信号很弱时需要用光纤放大器，一个波长检测仪和 光纤分路器阵列。由宽带光源发出的光经过光开关阵列分配 到不同的光纤。一根光纤上通常连接18个不同波

5、长的光纤 光栅温度传感器，从传感器反射的信号经环行器返回到检测 仪，通过数字dio卡把数据读入计算机。通过应用程序，对 所有传感器赋予相应的标定系数，然后把波长转换成温度。3. 发现、发明及创新点：1、国内外首次研究光纤温度传感器在煤矿井下使用的 技术条件，建立矿井地面、井下综合监测系统；2、首次针对煤矿进行使用环境确定矿用光纤产品在煤 矿井下使用的封装形式、光功率强度及光连接器件的性能指 标；3、为矿井采空区自然发火、矿井瓦斯、co、c2h2、c2h4 多种气体及矿压矿震、顶板离层等光纤监测技术系统建立研 究实施平台，该系统实施后可以随时扩展气体、矿压、矿震 监测，建立矿井综合监控平台；4、

6、光纤光栅温度传感器安装在测温点感知温度，实现 了实时在线进行温度监测，克服了原有监测手段缺点；5、光纤传输温度信号，信号准确、质量高；6、国内外首次标针对煤矿井下工作环境、贮存环境的 生产工艺要求和试验、检验方法；7、通过系统软件，可以根据设定的报警温度提供报警 信息（信息包含设备名称及实时报警温度），给变电站值班 人员提供设备实时运行信息；8、通过系统软件，可以进行多种数据查询，如：点、温 度查询、报警纪录查询、按区间4. 创造性贡献情况：1、研究光纤温度传感器在煤矿井下使用的技术条件， 建立矿井地面、井下综合监测系统；2、针对煤矿使用环境研究使用光纤产品在煤矿井下使 用的封装形式、光功率强

7、度及光连接器的性能指标；3、通过研究与现场实施确保光纤传输信号，信号准确、 高质量；4、针对煤矿井下工作环境、贮存环境研究其生产工艺 要求和试验、检验方法；5、研究系统软件，使其根据设定的报警温度提供报警 信息（信息包括设备名称及实时报警温度），给变电站值班 人员提供设备实时运行信息；6、研究系统软件，使其可以进行多种数据查询，如： 点温度查询、报警记录查询、按区间查询、历史数据查询。 通过软件绘制的温度曲线可以直观的反应设备的运行情况， 给设备的检修提供参考。参考文献：1、乔学光；丁锋；贾振安；傅海威；营旭东；周锐； 宋娟；高精度准分布式光纤光栅地震检波解调系统的研究 j;物理学报；2011年07期2、刘炳；厚煤层盘区水仓、水泵房、变电所联合布置 优化设计j;陕西煤炭；2011年04期3、王霞；煤矿井下供电远程自动监测集控系统的应用 j;中国高新技术企业；2011年19期4、赵