光纤光栅在电力与化工系统的应用

1、电力与化工设备光纤光栅电力与化工设备光纤光栅实时在线测温系统实时在线测温系统天津光电技术开发中心天津光电技术开发中心31 1光纤光栅测温系统光纤光栅测温系统- -监控电力与化工安全的利器监控电力与化工安全的利器2光纤光栅实时测温系统的组成与优势光纤光栅实时测温系统的组成与优势光纤光栅在电力与化工应用范围光纤光栅在电力与化工应用范围 目目 录录1 11. 电力故障的危害电力故障的危害A 电力是企业生产的基本动力，因此，一旦出现电力供应故障，企业就会面临停产损失，如果引发火灾，可能会造成巨大损失，甚至遭受灭顶之灾！电力配送电器、电路的主要故障是接触不良和过载，其直接表现为温度过高，如果能够实现实时

2、监测电器、电路关键点的温度，即可及时发现电力故障，避免其转化为事故，造成灾害。 1. 使用光传感器实时监测化工设备意义重大使用光传感器实时监测化工设备意义重大B随着自动化技术的发展，化工生产需要随时在线监控压力与温度，传统采用电传感器，很容易因为电路诱发火灾和爆炸。采用光传感器，耐腐蚀、无电、磁，安全可靠。 1、蜡片法：利用蜡片受热融化的情况来判断温度； 缺 陷：没有直接数据支持，凭人工经验和猜测手法进 行测温，并且操作上危险系数性高。 2、红外线法：利用红外测温仪或红外热成像仪进行测温。 缺 陷：实际操作环境要求过高，并且可靠性低，不能或难于成网。 采用以上方法，只能人工逐点定时检查，发现电

3、器、电路故障具有相当大的偶然性，均无法实现在线实时监测、及时发现隐患。2.目前电力应用的主要测温方法和缺陷目前电力应用的主要测温方法和缺陷3.光纤光栅测温系统的优势光纤光栅测温系统的优势 1、温度测量范围 0至120 ； 2、温度显示分辨能力0.1，温度测量精度1.5 ； 3、无机械动作部件，寿命长，可连续不间断工作； 4、有温度声、光报警功能，可任意设定温度设限值（如：上限预设 为80 ），主机和计算机分别设置，可独立使用； 5、温度显示图形数据可进行手动和自动存储； 6、方便安装和维护，可以大大缩短安装测温系统所需要的停电时间； 7、检测系统可以通过接口，将各变电站、化工设备测温监控的信息

4、，通过现有远程监控系统传输到电力公司的集控主机上，能够完全实现网络化在线实时监测。 8、根据需要，可以同步监测压力等指标。4.光纤光栅测温系统的技术特点光纤光栅测温系统的技术特点 1、光纤光栅测温系统不受外界电磁干扰，不受电源和光源起伏的影响， 不受器件老化等影响，并且防爆、防腐蚀； 2、应用了特殊的微电子机械解调设备，提高了测量的可靠性和稳定性； 3、光纤光栅传感头使用专用光纤绝缘子，保证了在恶劣天气和环境 中的安全运行； 4、采用自主研制的特殊材料封装的标准光纤光栅，保证了检测温度的 可靠性和正确性； 5、自行研制的光纤光栅测温探头便于安装和维修。 5.应用光纤光栅测温系统的应用推广优势应

5、用光纤光栅测温系统的应用推广优势 光纤光栅测温系统在高压电气设备的实际应用属国内首创，该成果具有很高的推广应用价值。 1.1.安全性高：安全性高：光纤本身不导电、耐高温，本质安全。光纤光栅测温系统安装后，可以在线监测配网电气设备运行情况，及时发现因接头接触不良，引起过热，导致运行设备接地短路事故和火灾隐患； 2.2.效益明显：效益明显：其应用为配电运行安全提供了有效的技术手段，节省人力、物力和避免停电停产、预防火灾事故。 3.3.兼容性强：兼容性强：可以与目前广泛应用的远程监控系统兼容； 4.4.智能化程度高：智能化程度高：适应现代化电力大容量，高电压，交直流通用，高精度，网络化，数字化的发展

6、需求，方便自动化生产管理。 5.5.技术成熟：技术成熟：成果已经通过鉴定，并应用推广，系统至今稳定运行。6.系统组成系统组成 1 系统结构图 光纤监控计算机光纤光栅网络分析仪传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器透射光布喇格光纤光栅 纤芯入射光反射光光纤包层 光纤光栅的基本结构如下图所示。它是利用光纤材料的光折变效应，用紫外激光向光纤纤芯内由侧面写入,形成折射率周期变化的光栅结构。这种光栅称为布喇格（Bragg）光纤光栅。 式中 B 为光栅中心波长， 为光栅周期， 为光纤材料的有效折射率。 是温度T和轴向应变的函数。因此布喇格波长的相对变化量可以写成：/B =

7、(+)T+（1Pe） 。应变可以是很多物理量（如，压力、形变、位移、电流、电压、振动、速度、加速度、流量等等）的函数，所以应用光纤光栅可以制造出不同用途的传感头，测量光栅波长的变化就可以计算出待测物理量的变化。effBn2effn,effnBragg光纤光栅入射光满足一定相位匹配条件时，将被反射： 光纤光栅示意图光纤光栅示意图6.系统组成系统组成 2 6.系统组成系统组成 3 光纤光栅传感网络分析仪光纤光栅传感网络分析仪 光纤光栅传感网络分析仪具有接受传感器的信号、解码、光电转 换、存储、传输和显示数据的功能。分析仪内部光源可发出连续的宽带 光，在 同一条光纤上，可以串联多个中心波长不同的传感

8、器，因此简 化了传感 器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。 电力与化工设备光纤光栅温度监测仪 监控计算机监控计算机 监控计算机提供网络接口，以实现集中监控。6.系统组成系统组成 4 温度传感器温度传感器 温度传感头是我中心专门为电力系统设计的，分为插拔式和固定 式两种，适用不同现场情况，安装方便。由于光纤光栅体积小，针对 不同的应用场合，可以做相应的封装，方便现场安装。 我中心还可根据用户现场设备情况定制传感器。上图显示两种不同的封装样式，一种可以由螺丝固定，用于接线端子，开关刀闸等。另一种针式封装，可以插入缝隙内（如配电柜和变压器）。 6.系统组成系统组成 5光纤绝缘子光纤绝缘子 光

9、纤绝缘子由硅橡胶材料制成，它的主要作用是防止光纤与高压 设备接触后产生爬电现象。经过测试，可以在110kv下，使光缆不产 生爬电现象。光纤传输光纤传输 光纤光栅传感器通过光纤传输信息，传输距离可达几十公里。因 此解调设备可以远离监测地点，实现远程监测。6.系统组成系统组成 67. 应用实例应用实例 我中心的“电力设备光纤光栅温度监测系统”已通过了天津电力局的高压爬电鉴定，电磁兼容鉴定，以及计量局测量标准鉴定，并已于2005-12-17通过由天津市科委主持的成果鉴定。鉴定结论：达到国际先进水平。 2005年3月6日至今所装备的设备运行状况良好，并且保持零故障。 施工案例：施工案例： 1 北辰变电

10、站温度35KV开关柜触点、母线温度监测系统2 天津市电力公司城东供电分公司环网柜系统安装3 天津市上辛口35kv变电站投入我公司生产的“温度监测系统”8.应用图片应用图片 9. 鉴定评价鉴定评价10.光纤光栅在电力系统的应用范围光纤光栅在电力系统的应用范围1 1、变压、配电、开关设备在线实时温度检测：、变压、配电、开关设备在线实时温度检测：断路器、变压器、电缆、母线、开关柜等电气设备以及相互之间由母线、引线、电缆的温度在线监控。2 2、电力电缆的在线实时温度检测：、电力电缆的在线实时温度检测： 实时监测电缆温度，可以提前发出故障预警，以便及时采用有效措施重大直接经济损失。3 3、运行状态监测：

11、、运行状态监测：有效监测电缆在不同负载和不同环境温度下的发热状态， 积累历史技术数据。4 4、载流量限度分析：、载流量限度分析：可以保证在不超过电缆允许运行温度的情况下，最大限 度的发挥电缆的传输能力、提高输配电设备利用率。5 5、老化监测：、老化监测：及时发现电缆局部过热点，通过采取降温措施，延缓电缆老化 速度；6 6、实时故障监测预警：、实时故障监测预警：发现电缆运行过程中外界因素导致的破坏7 7、电缆沟内火情监测与报警、电缆沟内火情监测与报警8 8、电缆接头、电缆终端的温度监测与报警、电缆接头、电缆终端的温度监测与报警9 9、发电厂、大型冶金企业电缆沟防火及火情监测、发电厂、大型冶金企业

12、电缆沟防火及火情监测 11.光纤光栅化工系统的应用例证光纤光栅化工系统的应用例证1 1、在中国国家标准石油化工企业设计防火规范(GB 50160-92)中明确规定“大于或等于5104 m3的浮顶罐应采用火灾自动报警系统”。这是因为浮顶罐初期火灾不大,尤其低液面时难于及时发现,因此要求设置火灾自动探测及报警系统。对容量大的储罐,若火灾不能及时被发现和扑灭,则火灾蔓延将造成巨大损失,所以使用先进技术尽早探知火灾并在初期将火扑灭是防灾减灾的有效方法。因此近年来光纤光栅火灾探测系统已逐步取代传统方式在大型储油罐上得到大量推广应用。2 2、光纤光栅火灾探测系统在石化企业地下电缆隧道的应用大型石油化工企业地下长距离电缆隧道的火灾自动探测系统的选用也是一个较棘手的问题。11. 结束语结束语 如:中国石化上海石油化工股份有限公司的地下电缆隧道长达十几公里,内部敷设有110 kV,35 kV等高压电缆,隧道内敷设有很多高、低压电力电缆。存在如下问题：其产生的电磁场对火灾探测系统的弱电信号有干扰;地下隧道内因排水、通风等问题其环境湿度、灰尘都很大使得隧道内的电子产品及探测线路不能正常运行而使系统产生很高的误报率,无法正常投用。该公司20世纪90年代在一期地下电缆隧道内使用点式探测器(防水型)、线性感温电