光纖溫度傳感器的應用范圍

光纖溫度傳感器在電力設備的監(jiān)測領域有巨大的發(fā)揮空間, 在設備的溫度監(jiān)測, 減少設備故障, 促進安全生產上具有重要作用, 電力系統(tǒng)中的各種電力設備比如變壓器、開關柜、電纜等由于電壓極高, 通過的電流極大, 因此相應地形成了巨大的磁場。傳統(tǒng)的溫度傳感器在這樣的環(huán)境下難以工作, 測量精度不足, 同時在一些易燃易爆、腐蝕性較強的環(huán)境中也很難工作。同時, 若要對電力設備的溫度進行分布測量, 傳統(tǒng)的點式溫度傳感器在安裝、布線以及維護方面會比較困難。光纖溫度傳感器由于具有抗干擾能力強、耐腐蝕、絕緣的特性在溫度分布測量中比較適用并且實現(xiàn)了實時監(jiān)測。隨著光纖溫度傳感技術的研究愈發(fā)深入, 其技術也越來越成熟, 測溫范圍、空間分辨率、精確度等相比傳統(tǒng)溫度傳感器均有很大的提升, 因此在電力系統(tǒng)的電力設備監(jiān)測領域光纖溫度傳感器得到了廣泛的應用。

電力系統(tǒng)的高壓開關柜的斷路器可以分為兩個部分:開關柜和移動小車, 在高壓開關柜上有6個觸頭, 在上下兩側各分步3個, 只有對這些觸頭進行實時的監(jiān)測才能有效確保系統(tǒng)安全性, 因此監(jiān)測高壓開關柜的系統(tǒng)需要由一個電路信號處理以及六個探頭組成, 光經過光纖的傳輸, 通過溫度傳感頭, 然后通過光纖的傳輸再回到光電探測器, 經過對信號的轉換和處理后發(fā)送至單片機, 單片機利用特殊裝置對發(fā)送來的信號進行采集以及一系列的處理, 得到溫度值, 最終通過RS485串行總線將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測中心。在此以某化工廠的高壓開關柜的使用為例, 對光纖溫度傳感器在高壓開關柜中的應用進行探索。

在使用前進行了實驗測試, 測試光纖溫度傳感器的探頭對恒溫箱的控制。實驗開始, 恒溫箱內的溫度從常溫開始緩慢上升, 在每一個溫度點相應的記錄系統(tǒng)測試的溫度值以及恒溫箱的溫度值, 以溫度計的測量溫度作為參考。實驗測試結束后進行數(shù)據(jù)的收集與處理作圖, 結果發(fā)現(xiàn)光纖溫度傳感系統(tǒng)測量的溫度值與溫度計的參考溫度值存在線性關系。為進一步保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 隨后又進行了時長為十個小時的連續(xù)性監(jiān)測, 同樣收集數(shù)據(jù)并做出相關曲線圖, 得到結論:溫度的測量具有很好的時間穩(wěn)定性, 精確度較好, 在高壓開關柜中可以正常的運行。

將進行測試后的光纖溫度傳感系統(tǒng)安裝在高壓開關柜中時需要盡量保證光纖的完整性, 以免信號傳輸?shù)木_度不足, 測量的數(shù)據(jù)經光纜傳送, 經過特定儀器的轉換與處理后, 發(fā)送至監(jiān)測中心, 當開關柜的溫度升高超過臨界值時, 監(jiān)測中心能夠及時收到溫度信息的變化, 從而及時發(fā)出預警信息, 系統(tǒng)發(fā)出警報。

變壓器在運行過程中如果繞組溫度過高而不能及時發(fā)現(xiàn), 將會發(fā)生燒毀、擊穿等嚴重的電力事故。變壓器分為干式和油浸式變壓器, 干式變壓器價格較低, 結構較簡單, 傳統(tǒng)的鉑電阻溫度傳感器即可滿足工作要求, 安裝光纖溫度傳感器反而會導致價格大幅增高, 難以廣泛推行。油浸變壓器在運行的過程中, 溫度每升高6℃, 變壓器的運行壽命將會減少一半, 因此油浸式變壓器中應用光纖溫度傳感器十分必要, 在此以光纖光柵溫度傳感器的應用為例。

油浸式變壓器中應用光纖溫度傳感器要求傳感器的材料要與變壓器內部的油化學環(huán)境兼容, 以保證傳感器的長期可持續(xù)工作。特種耐高溫光纖在高溫條件下的光學以及機械性能均有良好的穩(wěn)定性, 不會影響油浸式變壓器的機械強度以及整體的密封性, 能夠適應電力設備的運行。用于光纖光柵的封裝材料為感溫陶瓷材料, 由于這種材料具有絕緣、抗油污、耐高壓的特點, 同時可以與油浸式變壓器內的油化學環(huán)境兼容;在尾纖的設計上采用雙層護套, 充分滿足了工作過程中的高溫、油污的特點。

光纖光柵溫度傳感器通過貫通器將尾纖引出, 定制的貫通法蘭盤與油浸式變壓器上預留的圓孔相固定, 貫通器是用特殊工藝使機械組件與光學組件相組合, 耐油性能很強并且密封性能較好, 使變壓器箱體內外的光纖相連接。然后整個貫通器用一防護罩加以保護, 以免受到外部的損傷。變壓器一般很少有集中安放的情況發(fā)生, 因此需要監(jiān)測的點數(shù)較小。為節(jié)約成本, 目前光纖光柵溫度傳感器在監(jiān)測電纜實時溫度的領域中比較成熟, 因此可以將電纜以及變壓器的溫度測定結合, 將二者集成為一個系統(tǒng), 以提升資源的利用效率, 降低成本。因此, 監(jiān)測變壓器與電纜的光纖光柵溫度傳感器可以用串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接, 使溫度的監(jiān)測實現(xiàn)網絡化, 每個光纖溫度傳感器將溫度信息通過光纜發(fā)送至相應的儀器, 經過信號的轉換使光信號轉變?yōu)殡娦盘? 進而將溫度信息傳給監(jiān)控中心。

總之, 光纖溫度傳感器由于抗干擾能力強, 能夠耐受電力設備高電壓高電流的工作環(huán)境, 在電力系統(tǒng)具有廣泛的應用前景, 隨著研究的不斷深入, 將會研發(fā)出性能更佳的光纖溫度傳感器, 為人們的生產生活帶來更大的便利。