光纤式温度监测技术及其应用

1、110电气时代年第期EA 应用与方案测试测量近年来，各种型号的户内开关柜在变电站得到了普遍使用。开关柜在长期运行的过程中，柜体中断路器的触头和母线排连接处等部位，因为老化等原因会引起接触不良，导致触头和母线排连接处等部位过热。如果热故障现象严重且得不到及时发现和处理，将可能导致接触不良部位烧毁，甚至引起火灾。热故障的分类及其监测热故障的分类外部热故障：电气设备的外部热故障主要指裸露接头（如线夹、刀闸触头等）由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环，形成故障。内部热故障：高压电气设备内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中，如电缆、开关柜内断路器触头与触

2、头盒接触部位等。内部热故障一般发热时间长而且比较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高，因此可以通过检测其周围材料的温升来诊断高压电气设备的内部故障（如断路器触头、电缆接头等）。内部热故障的监测根据以往热故障事故统计，外部热故障占热故障的比例较大，但比较容易发现。而内部热故障由于热故障点通常封闭在设备内部，有一定的隐蔽性，一般难以发现。内部热故障导致故障点长期在高温下运行，绝缘性能下降并可能击穿，使设备损坏，甚至引起火灾，系统被迫停运，短时间内无法恢复运行，造成重大经济损失。因此，有必要采取可靠的技术措施，监测设备内部容易发生热故障的接触点，及时监测接触点温度，根据接触点

3、温度的变化趋势，分析接触点的老化程度，在接触点真正发生热故障前发出报警，及时发现和处理问题，减少内部热故障事故的发生，提高设备的运行可靠率。长期以来，高压开关柜内断路器触头运行温度很难监测，这是因为柜内空间狭小，运行电压高，安装普通监测装置难以保证绝缘距离。以往普通的监测方法主要采用热电偶、热电阻、半导体温度传感器等温度传感元件来实现，而这些温度传感元件都需要金属导线传输信号，由于无法保证传输导线在开关柜内具有可靠且稳定的绝缘性能，因而无法实现在线测量开关柜内各种接触点的运行温度。红外测温为非接触式测温，但容易受到环境及周围电磁场的干扰，精确度难以保证。如果安装红外测温探头，在开关柜内的绝缘距

4、离又很难保证，因而也无法实现在线监测。与普通测温装置相比较，光纤式温度监测装置具有明显的优点。光纤温度传感器可以直接安装到开关柜内希望监测的接触点上，准确地测量其运行温度，实现运行温度的在线监测；尤其是光纤温度传感器采用光纤传输温度信号，光纤具有稳定且可靠的绝缘性能，很好地解决了其他类型的温度监测装置难以解决的信号传输过程中的绝缘问题，而且传输信号不受环境及电磁场的影响。因此，光纤式温度监测装置是目前技术比较先进的在线温度监测装置。光纤式温度监测技术及应用以型光纤式温度监测仪（如图所示）为例，单个单元的光纤式温度监测装置通常由温度传感器、传输光纤和监测仪主机组成。温度传感器光纤温度传感器由测温

5、点、光调制器和光纤接口三部分光纤式温度监测技术及其应用扬州供电公司邬钢电气设备热故障会导致绝缘下降并击穿，使设备损坏，甚至引起火灾。以往普通的监测方法无法实现在线准确测量运行温度。光纤式温度监测装置是当前先进的在线温度监测技术，在监测开关柜断路器触点温度等方面有着广泛的应用前景。图光纤式温度监测装置单元温度传感器感温石英晶体多模光纤（）光纤温度监测仪主机报警输出网络接口光调制器电气时代年第期111EA 应用与方案测试测量组成，如图所示。测温点采用感温石英体材料，其直径通常仅有，体积小巧，能与被测体直接接触，保证快速测量温度的变化。测量电路将测温点采集的温度量转换为相应的电信号，再经逻辑控制电路

6、产生数字信号并传给光调制器；光调制器将调制好的温度光信号通过光纤传给监测仪主机，主机通过显示屏显示采集的各被监测点温度数据。通常情况下可以将测温点与光调制器封装成一体化结构，利用光调制器的一个侧面检测被测点温度。光纤温度传感器的工作电源由一节锂电池提供。为了保证光纤温度传感器正常工作，通常每间隔年需要更换一次锂电池。监测仪主机监测仪主机通常具有个光纤接口，能同时支持个光纤式温度传感器，接收个通道的温度信号（开关柜内断路器有个触头），监测仪主机外形如图所示。型光纤式温度监测仪主机运行时，显示屏可以显示监测点的实时运行温度，并可以根据事先设置的定值给出超温报警信号。主机具有接口，可以将温度 信号、

7、报警信号等上传，实现在线监测。在线监测网络型光纤式温度监测仪具有标准的接口，支持网络运行方式，在无中继器的情况下，个型光纤式温度监测仪可组成一个测量网络，由上位计算机在线监测所有监测仪所测量的温度，其网络形式如图所示。采用路由器，可以与局域网互联；采用协议，局域网上的计算机也可以监测现场运行温度。计算机运行需要温度分析软件，实时显示温度、历史数据、报警状态和分析情况等。软件可以设立被监测点数据库，显示被监测点设备的型号、名称、结构等参数，帮助运行人员监测和分析监测点（如开关柜触点）温度过热情况，保证设备安全运行。光纤式温度监测仪在高压开关柜中的应用光纤式温度监测仪可以用于监测高压开关柜触头温度

8、，（下转第页）图温度监测仪主机外形图）光纤温度传感器）光纤温度传感器功能结构图）光纤调制器测温面接口光纤单模光纤接口调制光纤接口逻辑控制电路测量电路温度传感器锂电池供电电源图光纤式温度监测仪联网应用多台光纤测温仪联网，实现计算机集中温度监测。转换器总线，通信距离，支持台光纤测温仪。监测计算机光纤温度在线监测仪图光纤式温度监测仪在开关柜内的应用开关柜温度探头直接安装到裸露接头上光纤提供高压电压隔离盘装面板表六条光纤测温通道温度显示报警输出网络接口114电气时代年第期EA 应用与方案测试测量和应用程序。通过编译内核，删除不需要的功能模块，再重新配置，可以使操作系统显著减小，从而缩减对资源的使用。由

9、于系统需要通过串口完成对模块的控制以及和它的数据通信，以实现的接入，所以要求内核保留对串口和网络协议的支持。协议是在串行连接上运行以及其他网络协议的一种机制，使用可以把基于的嵌入式系统连接到一台服务器上，并可访问该服务器上连接的网络资源。在中，的运行需要两类程序：驱动程序和程序。使用脚本程序可以非常方便快捷地控制，登录到远程主机并启动。在接入过程中，通过串行口向模块发送命令，完成网络的初始化工作。连接到网络之后，可以通过协议接入移动网关，进而实现移动平台。为了保证达到设计目标，必须采取多任务执行的方式进行软件规划。多任务的执行基于多进程运行方式，这使得采集器可以在同一时间采集数据以及完成数据的

10、存储、转发工作。同时建立后台监测进程，用来完成数据通道的建立、检测和重连；建立通信进程，完成网络通道接口的绑定、监听、已采集数据的发送、主站通信数据的接收等工作；为每个串口建立电力参数采集进程，负责读取每一路电力参数的寄存器值等。子进程采用任务驱动机制，每分钟执行一次任务，高级别任务可以打断低级别任务。同一分钟可有若干任务，按任务级别排序进入任务对列，依次执行。任务有两种重试，即包重试和任务重试，重试次数可设。电力参数采集系统软件流程图如图所示。本文介绍的基于的电力参数远程自动测量系统，集嵌入式计算机技术、网络技术和通信技术为一体，采用高性能的、先进的无线通信模块，应用作为数据传输平台，实现了

11、嵌入式系统与的结合。由于的强大多任务处理功能，使得电力参数采集器可以连接更多模块。可以预见，基于的嵌入式（）技术，将在电力系统中发挥越来越大的作用。EA（收稿日期：）（上接第页）温度传感器安装于开关柜的每个触头附近，温度信号通过具有高压绝缘性能的光纤传输给温度监测仪主机；每台开关柜通常有个触头，可以使用一套型光纤式温度监测仪，安装使用方式如图所示。应用实例扬州蜀岗变电所型开关柜的主变压器进线柜内断路器共只触头均安装了型光纤式温度监测装置（现场安装如图所示）。该变电所于年月日投运以来，型光纤式温度监测装置一直运行正常。年月日时主变压器进线电流为，采集显示的一组触头温度数据为：上触头相，相，相，下触头相，相，相；年月日时主变压器进线电流为，采集显示的一组触头温度数据为：上触头相，相，相，下触头相，相，相；均在正常工作温度范围以内。光纤式温度监测仪是目前技术先进、安全可靠的在线式温度监测装置，它的使用帮助运行人员能够及时发现高压开关柜等电力设备被监测点温度的异常变化，对设备的安全运行提供一定的技术支持。当然，从现场运行的实际要求出发，光纤式温度监测仪也需要作进一步改进和完善，如温度传感器的工作电源由锂电池提供，通常每间隔年需要更换一次锂电池，可能会影响设备正