CN106197743B - 高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统及方法 - Google Patents

高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统及方法，所述系统包括布里渊分布式光纤温度测量装置及光纤；光纤穿设在多个高低压开关柜内形成测温回路；布里渊分布式光纤温度测量装置由信号发生器、控制器、激光器、前置放大器、锁相放大器、数据采集卡、计算机、WiFi模块和移动通信模块组成。本发明采用光纤对多个高低压开关柜的温度进行连续测量，并可对发热点进行精确定位；系统的抗电磁干扰能力强，布线方便，并具有数据无线远传和报警功能。

Description

高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统及方法
技术领域
本发明涉及一种温度测量系统，尤其涉及一种高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统及方法。
背景技术
在10/0.4kV变电所的日常运行中，对所内设备的温度监测至关重要。通常在10/0.4kV变电所中，各类开关柜数量较多，一般为几十台，甚至上百台，柜内的高低压设备都承载着较大电流，发热量很大，各个接点处如果接触不良，会造成局部温度迅速上升，最终导致设备烧毁甚至形成火灾，因此，对10/0.4kV变电所的温度监测是运维管理的重中之重。但目前的变电所运维中，通常只针对变压器设备进行温度测量和监测，对于变压器之后的配电设备，如受电柜，补偿柜，计量柜，馈线柜等都没有有效的方式和方法进行温度的测量。而对于变压器之前的设备，高压侧的测量更是由于电压等级高所产生的电磁干扰强而不能进行精确的测量。
目前对10/0.4kV变电所的温度监测通常使用温度传感器进行测量，需要使用DC12V以下电源，应用于10kV开关柜时会因电压差过大形成较大干扰，影响测量精度。温度传感器通常体积较大，而且只能测量单个点，在对铜排接点、设备节点、开关触头等位置进行测量时无法对指定位置精确测量，在对母线铜排进行监测时只能选取一些离散点位，无法进行直接、整体连续测量。如果选取的测量点较少则严重影响温度监测的精度，如果选取的测量点过多则需要使用大量的温度传感器，会造成接线混乱、难以管理、成本大幅增加。
发明内容
本发明提供了一种高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统及方法，采用光纤对多个高低压开关柜的温度进行连续测量，并可对发热点进行精确定位；系统的抗电磁干扰能力强，布线方便，并具有数据无线远传和报警功能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统，包括布里渊分布式光纤温度测量装置及光纤；所述光纤穿设在多个高低压开关柜内形成测温回路；布里渊分布式光纤温度测量装置由信号发生器、控制器、激光器、前置放大器、锁相放大器、数据采集卡、计算机、WiFi模块和移动通信模块组成；信号发生器、控制器和激光器依次连接后接光纤的输入端，光纤的输出端连接前置放大器，前置放大器和信号发生器分别通过锁相放大器连接数据采集卡，数据采集卡与计算机连接，计算机另外连接WiFi通信模块和移动通信模块。
所述光纤为单模光纤。
所述光纤穿入高低压开关柜内后贴附在断路器的外壁上，断路器为塑壳式断路器。
所述移动通讯模块由CPU单元、LCD显示单元、地址设置单元、GPRS/LTE模块单元和电源单元组成，LCD显示单元、地址设置单元和GPRS/LTE模块单元分别连接CPU单元，电源单元分别与CPU单元、LCD显示单元、地址设置单元和GPRS/LTE模块单元连接。
基于所述系统的高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法，包括如下步骤：
1)在连续排列的多个高低压开关柜对应断路器位置的侧壁上分别开设测量孔，将光纤从一侧穿入，依次穿过各个高低压开关柜，然后沿原路返回，从穿入侧同侧穿出，光纤两端分别连接布里渊分布式光纤温度测量装置；
2)开启布里渊分布式光纤温度测量装置，信号发生器通过控制器控制激光器的通断、激光脉冲的重复频率及占空比；激光脉冲注入光纤的输入端，光纤中的背向瑞利散射光作为时间的函数，同时带有光纤沿线温度分布的信息；散射光与脉冲光之间的时间延迟提供对光纤位置的测量信号，散射光的强度提供对光纤衰减的测量；通过测量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度，就可以得到光纤的温度测量信号；
3)测量信号在光纤输出端依次通过前置放大器和锁相放大器放大后，经数据采集卡采集；脉冲信号发生器同时发出与脉冲光相同频率和占空比的脉冲信号，经锁相放大器放大后作为数据采集卡的外部触发信号，控制数据采集卡的采集；
4)数据采集卡采集到的温度测量信号传送到计算机中，经分析、计算后形成温度测量数据存储起来；通过现场LCD显示屏实时显示当前测温数据，测温数据还可通过WiFi通信模块或移动通信模块发送到管理终端或相关人员手机中；
5)计算机中设定温度阈值，超过设定温度时现场LCD显示屏显示报警画面，并自动通过WiFi通信模块或移动通信模块向管理终端或相关人员手机中发送报警信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明使用线性温度测量技术，采用一根单模光纤附着在被测量对象表面，对此光纤所经路径进行连续温度测量，不需单独接线，位置和故障点测量距离分辨率小于2cm，无电磁场干扰，且体积小重量轻，便于布线，测量范围广，可以对一些不易安置温度传感器的点准确监测；
2)不论何种电压等级的开关柜均可以使用同一根光纤进行监测。监测终端设备可以根据需要安放在任意位置，便于管理人员操作和维修，且收到的电磁场干扰少，数据可以根据需要就地存储，同时可以通过无线传输的方式进行远传；监测数据在时间和空间两个维度均具有连续性，监测全面且数据实时性好，以连续曲线的方式显示的数据更加直观、对比性好；
3)监测终端设备还可以根据设定好的温度阈值进行自动报警，报警信号同时通过无线远传的方式直接发送给管理人员，保证变电所的运行安全；
4)本发明所述系统可以应用于高温、高压力、高电压及有害气体环境。
附图说明
图1是本发明所述高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统的结构示意图。
图2是本发明所述高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统的原理图。
图3是移动通信模块中CPU单元的电路图。
图4是移动通信模块中LCD显示单元的电路图。
图5是移动通信模块中地址设置单元的电路图。
图6是移动通信模块中GPRS/LTE模块单元的电路图。
图7是移动通信模块中电源单元的电路图。
图中：1.断路器外壁 2.光纤 3.布里渊分布式光纤温度测量装置 4. 0.4～10kV主母线铜排 5.支路铜排连接点 6.支路铜排 7.隔离开关 8.电流互感器 9.断路器开关触点
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统，包括布里渊分布式光纤温度测量装置3及光纤2；所述光纤2穿设在多个高低压开关柜内形成测温回路；如图2所示，布里渊分布式光纤温度测量装置3由信号发生器、控制器、激光器、前置放大器、锁相放大器、数据采集卡、计算机、WiFi模块和移动通信模块组成；信号发生器、控制器和激光器依次连接后接光纤2的输入端，光纤2的输出端连接前置放大器，前置放大器和信号发生器分别通过锁相放大器连接数据采集卡，数据采集卡与计算机连接，计算机另外连接WiFi通信模块和移动通信模块。
所述光纤2为单模光纤。
所述光纤2穿入高低压开关柜内后贴附在断路器的外壁1上，断路器为塑壳式断路器。
如图3-图7所示，所述移动通讯模块由CPU单元、LCD显示单元、地址设置单元、GPRS/LTE模块单元和电源单元组成，LCD显示单元、地址设置单元和GPRS/LTE模块单元分别连接CPU单元，电源单元分别与CPU单元、LCD显示单元、地址设置单元和GPRS/LTE模块单元连接。
如图2所示，基于所述系统的高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法，包括如下步骤：
1)在连续排列的多个高低压开关柜对应断路器位置的侧壁上分别开设测量孔，将光纤2从一侧穿入，依次穿过各个高低压开关柜，然后沿原路返回，从穿入侧同侧穿出，光纤两端分别连接布里渊分布式光纤温度测量装置3；
2)开启布里渊分布式光纤温度测量装置3，信号发生器通过控制器控制激光器的通断、激光脉冲的重复频率及占空比；激光脉冲注入光纤2的输入端，光纤2中的背向瑞利散射光作为时间的函数，同时带有光纤2沿线温度分布的信息；散射光与脉冲光之间的时间延迟提供对光纤2位置的测量信号，散射光的强度提供对光纤2衰减的测量；通过测量沿光纤2长度方向的布里渊散射光的频移和强度，就可以得到光纤2的温度测量信号；
3)测量信号在光纤2输出端依次通过前置放大器和锁相放大器放大后，经数据采集卡采集；脉冲信号发生器同时发出与脉冲光相同频率和占空比的脉冲信号，经锁相放大器放大后作为数据采集卡的外部触发信号，控制数据采集卡的采集；
4)数据采集卡采集到的温度测量信号传送到计算机中，经分析、计算后形成温度测量数据存储起来；通过现场LCD显示屏实时显示当前测温数据，测温数据还可通过WiFi通信模块或移动通信模块发送到管理终端或相关人员手机中；
5)计算机中设定温度阈值，超过设定温度时现场LCD显示屏显示报警画面，并自动通过WiFi通信模块或移动通信模块向管理终端或相关人员手机中发送报警信息。
如图1所示，1#～9#多个高低压开关柜并排设置，高低压开关柜的常规进线方式是：支路铜排6一端通过支路铜排连接点5与0.4～10KV主母线铜排4连接，另一端通过隔离开关7、电流互感器8连接断路器开关触点9。测温时，光纤2从一侧穿入1#开关柜，按1#～9#开关柜顺序依次穿过后，再按9#～1#开关柜的顺序原路返回；高低压开关柜内，光纤2整齐地贴附在断路器外壁1上。
如图3-图7所示，CPU单元采用IC1STC12LE5A60S2芯片，其功能电路具有开关检测电路和串口通信电路，另外还设有编码接口、LCD接口和GPRS/LTE接口,CPU单元通过编码接口连接地址设置单元，通过LCD接口连接LCD显示单元，通过GPRS/LTE接口连接GPRS/LTE模块单元。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法，其特征在于，基于高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量系统实现，所述系统包括布里渊分布式光纤温度测量装置及光纤；所述光纤穿设在多个高低压开关柜内形成测温回路；布里渊分布式光纤温度测量装置由信号发生器、控制器、激光器、前置放大器、锁相放大器、数据采集卡、计算机、WiFi模块和移动通信模块组成；信号发生器、控制器和激光器依次连接后接光纤的输入端，光纤的输出端连接前置放大器，前置放大器和信号发生器分别通过锁相放大器连接数据采集卡，数据采集卡与计算机连接，计算机另外连接WiFi通信模块和移动通信模块；
所述高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法包括如下步骤：
1)在连续排列的多个高低压开关柜对应断路器位置的侧壁上分别开设测量孔，将光纤从一侧穿入，依次穿过各个高低压开关柜，然后沿原路返回，从穿入侧同侧穿出，光纤两端分别连接布里渊分布式光纤温度测量装置；
2)开启布里渊分布式光纤温度测量装置，信号发生器通过控制器控制激光器的通断、激光脉冲的重复频率及占空比；激光脉冲注入光纤的输入端，光纤中的背向瑞利散射光作为时间的函数，同时带有光纤沿线温度分布的信息；散射光与脉冲光之间的时间延迟提供对光纤位置的测量信号，散射光的强度提供对光纤衰减的测量；通过测量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度得到光纤的温度测量信号；
3)测量信号在光纤输出端依次通过前置放大器和锁相放大器放大后，经数据采集卡采集；脉冲信号发生器同时发出与脉冲光相同频率和占空比的脉冲信号，经锁相放大器放大后作为数据采集卡的外部触发信号，控制数据采集卡的采集；
4)数据采集卡采集到的温度测量信号传送到计算机中，经分析、计算后形成温度测量数据存储起来；通过现场LCD显示屏实时显示当前测温数据，测温数据通过WiFi通信模块或移动通信模块发送到管理终端或相关人员手机中；
5)计算机中设定温度阈值，超过设定温度时现场LCD显示屏显示报警画面，并自动通过WiFi通信模块或移动通信模块向管理终端或相关人员手机中发送报警信息。
2.根据权利要求1所述的高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法，其特征在于，所述光纤为单模光纤。
3.根据权利要求1所述的高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法，其特征在于，所述光纤穿入高低压开关柜内后贴附在断路器的外壁上，断路器为塑壳式断路器。
4.根据权利要求1所述的高低压开关柜布里渊分布式光纤温度测量方法，其特征在于，所述移动通讯模块由CPU单元、LCD显示单元、地址设置单元、GPRS/LTE模块单元和电源单元组成，LCD显示单元、地址设置单元和GPRS/LTE模块单元分别连接CPU单元，电源单元分别与CPU单元、LCD显示单元、地址设置单元和GPRS/LTE模块单元连接。
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