CN107271074A - 一种高压电器光纤光栅测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压电器光纤光栅测温系统，包括光纤光栅传感器和防爬电保护罩，光纤光栅传感器（1）用航空胶粘贴在需要检测的接点附近，用带有绝缘层的不锈钢卡扣加固安装；防爬电保护罩包括隔离柱（6）和底座（9），底座（9）的外径大于隔离柱（6）的外径，隔离柱（6）中间设置套管（10），为光纤光栅传感器（1）提供有效的保护和隔离。本测温系统具有本质安全、抗电磁干扰、体积小巧、易于安装等优点，适于电力系统中高电压、大电流环境下的各种热点温度的监测，能够保障电力设施、设备的安全运行；同时具备智能分析功能，精确测温、安全、无电检测，减少维护人员的数量及工作量，提供安全、可靠的电力保障。

Description

一种高压电器光纤光栅测温系统

技术领域

本发明涉及电力设备的温度监测设备，尤其是涉及利用温度变化与光纤折射的波长变化成正比的原理开发的光纤光栅电力测温系统。

背景技术

目前，我国电力系统，所有的电力变电站、变电所等，存在温度升高的安全隐患，现时传统测温方法采用人工测温（人工成本比较高），不能实时测温，时间间隔比较长，隐患比较大。采用机器人测温，不能实时测温同样存在隐患而且机器人维护成本一般无法接受，无线在线实时测温，存在磁场干扰，经常发不出信号，隐患更大。以上几种测温方式只能监测可见的表面温度变化情况，对于隐蔽的温度变化（如母线、电缆沟节点等）却无能为力。电力设备在正常工作时都会产生发热现象。线路、设备等的连接处由于环境影响，加工工艺等原因使连接部分压接不紧、压力不够、触头间的接触部分发生变化等引起接触电阻变大，发热现象会更加明显。长期如此会加速电力设备线路等的老化，引起电力设备的绝缘性能下降，严重的还能触发电弧短路，降低设备使用寿命，引起重大的电力亊敀。尤其是隔离开关活动的动、静触头部分、主变引线、电缆头发热现象比较突出，故障率高，每年均有此类问题发生。因此对电力设备的温度进行监测就尤为重要。

多年来由于技术水平的限制使电力系统安全运行水平受到一定限制，虽然曾利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温系统希望解决上述问题，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸联接点和触头的测温，对全封闭铠装柜更是无能为力。

电力工业中的设备大多处在强电磁场中，一般电器类传感器无法使用。高压开关的在线监测，高压变压器绕组、发电机定子等地方的温度和位移等参数的实时检测都要求绝缘性能好，体积小。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤光栅温度传感器，对电力设备易发生故障的节点进行有效的温度和温度变化实时并在线检测，及时排除电力系统的发热隐患，避免因电力设施、设备因高温引起的火灾等各类事故的发生。

为了实现本发明的目的。提出以下技术方案：

一种高压电器光纤光栅测温系统，所述测温系统包括光纤光栅传感器和防爬电保护罩，其中，

所述光纤光栅传感器1用航空胶粘贴在需要检测的接点附近，并且用带有绝缘层的不锈钢卡扣将光纤光栅传感器1加固安装；

所述防爬电保护罩包括隔离柱6和底座9，所述底座9的外径大于隔离柱6的外径，隔离柱6中间设置套管10，为光纤光栅传感器1提供有效的保护和隔离。

所述隔离柱6直径B为480毫米，高度H为280毫米，壁厚E为220毫米，内部一段穿光纤的小孔H2高为210毫米；所述底座9从隔离柱6外壁向外延伸距离A为100毫米；所述套管10外直径C为25毫米，壁厚为9毫米；所述套管10伸出隔离柱6的高度H3为220毫米，上述爬电保护罩应用于10KV防爬电保护罩，30cm爬电距离内耐受超过95KV工频电压。

所述光纤光栅温度传感器1包括温度探测光缆11和信号解调分析处理模块2，所述温度探测光缆11分布在测量点，并对该点的温度信号进行采集，所述温度探测光缆11穿过隔离柱6中间设置得套管10，由防爬电保护罩提供保护；所述信号解调分析处理模块2实现温度数据的智能解调和分析告警，并对测量点温度进行实时精确显示。

所述温度探测光缆11的光纤本身材料为二氧化硅制造而成，所述防爬电保护罩利用二氧化硅、陶瓷材料、绝缘耐压的PVC材料或者塑料材料制造而成。

所述测温系统是将光纤光栅温度探测器以串接或并接的方式连接形成的多路光纤光栅温度传感系统，所述多路光纤光栅温度传感系统由光纤光栅传感器1、光纤环腔激光器4和信号解调分析处理模块2这三部分组成，所述光纤光栅传感器1和光纤环腔激光器4之间通过光耦合器3连接。

所述多路光纤光栅温度探测器分别有4路、8路、16路、32路，每路可以分12个点测温，精度正负0.1℃，测量范围为+300/-200℃；所述信号解调分析处理模块2对多路温度数据信号进行智能解调和分析告警，并对各测量点温度进行实时精确显示。

本发明的光纤光栅测温系统具有本质安全、抗电磁干扰、体积小巧、易于安装等优点，适于电力系统中高电压、大电流环境下的各种热点温度的监测，能够保障电力设施、设备的安全运行；同时具备智能分析功能，精确测温、安全、无电检测，减少维护人员的数量及工作量，提供安全、可靠的电力保障。

附图说明

图1显示本发明的光纤光栅温度传感器结构；

图2显示多路光纤光栅温度传感系统结构；

图3是变电站户外高压隔离开关测温系统；

图4是10KV高压防爬保护罩结构示意图。

其中，

1光纤光栅传感器、2信号解调分析处理模块、3光耦合器、4光纤环腔激光器、5高压隔离开关、6隔离柱、7固定架、8电线杆、9保护罩、10套管、11温度探测光缆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

图1显示本发明光纤光栅温度传感器，说明了本系统工作原理；本发明是基于光纤光栅光敏性原理研制的，由温度探测光缆1分布在测量点，并对该点的温度信号进行采集；外界温度的变化通过的温度信号传输到光纤光栅温度探测器，引起通过光纤光栅激光中心波长的漂移，经实验研究，激光中心波长的漂移量与温度变化呈线性关系；后端光电检测器的信号解调分析处理模块2及系统软件实现温度数据的智能解调和分析告警，并对测量点温度进行实时精确显示；基于光纤光栅温度传感技术的准分布式温度传感器集计算机、光纤传感、光纤传输、光电检测、智能分析、模式识别等高新技术于一体。

图2显示多路光纤光栅温度传感系统结构图，主要由光纤环腔激光器4、光纤光栅传感器1、信号解调分析处理模块2这三部分组成。光纤环腔激光器4和光纤光栅传感器1之间通过光耦合器3连接；系统将光纤光栅温度探测器以串接或并接的方式连接成高灵敏度的温度探测光缆，光纤测温仪器分别有4路、8路、16路、32路，每路可以分12个点测温，精度正负0.1℃，测量范围为+300/-200℃。信号解调分析处理模块2对多路温度数据信号进行智能解调和分析告警，并对各测量点温度进行实时精确显示。

图3变电站户外高压隔离开关测温系统，变电站户外高压隔离开关、变压器、高压瓷瓶测温，安装光纤传感器进行测温，温度精度为0.1℃，光纤光栅传感器用航空胶粘贴在需要接点附近，并且设计带有绝缘层的金属片用丝扣将传感器进行加固安装，使传感器不会脱落。

变电站户外测温，环境比较差，阴雨雪天容易造成高压导电短路和爬电等危险，本实施例针对这种情况特设计以下方案：

将光纤光栅传感器用航空胶粘贴在高压隔离开关5接触点附近，再用不锈钢卡扣固定防止接触不良和脱落；

光纤本身材料为二氧化硅制造而成，利用二氧化硅作为绝缘材料封装，不导电，使用固定架7将光纤光栅传感器1固定在电线杆8上，在固定架7和高压隔离开关5之间的光缆上设置安装防爬电保护罩，在将光纤中间一小段有效的保护和隔离好，使光纤在恶劣的天气环境下不会被雨雪浸泡造成光纤表面导电、爬电危险，能够防止阴雨雪天造成光纤表面潮湿而导电隐患；该爬电装置包括隔离柱6和底座9，底座9的外径大于隔离柱6的外径，隔离柱6中间设置套管10，温度探测光缆11穿过套管10，为温度探测光缆11提供有效的保护和隔离。

该系统普遍适应户外高压触点的光纤温度监测，具有良好的抗风、抗雨、抗雪、抗霜和抗冰能力，可在各种恶劣自然条件下安全、稳定运行，有效提高了监测系统的可靠性，保证电力系统的安全运行。

图4是10KV高压防爬电保护罩示意图，显示防爬电保护罩的具体结构和规格尺寸。

根据光纤制造利用二氧化硅材料生产而成，本身绝缘耐腐蚀的特点，设计高压防漏电、爬电保护罩，应用广泛，如图所示装置,用绝缘材料定制，如耐酸、耐腐蚀、硬度高并且绝缘的PVC材料或者塑料材料定制；

根据电压安全标准，每1KV电压安全距离为20毫米计算，10KV高压情况下，保护罩直径B的480毫米；绝缘耐压性：光纤光栅传感器引出光纤在30cm爬电距离内必须耐受超过95KV工频电压，必须完全满足高压开关柜内的绝缘耐压要求，绝缘耐压性须通过国家电线电缆质量监督检验中心的工频耐压检测。

上下高度H高应该为280毫米（大于200毫米），

E距离长220毫米；

H2高度为210毫米内部为实心只留中间穿光纤的小孔（直径为25毫米；

通光纤的套管10外直径C为25毫米，壁厚为9毫米，为了如图所示固定在电线杆或支架上；

A罩向外延伸100毫米，为了阴雨雪天气上冻结冰而造成隔离距离变短爬电隐患；

H3的高度距离为220毫米（大于安全距离就可以）；

如果根据现有的变电站10KV高压开关柜内的高压母线排A相与B相实际距离为200毫米计算，上面的数据都可以减少40%；

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压电器光纤光栅测温系统，其特征在于，所述测温系统包括光纤光栅传感器和防爬电保护罩，其中，

所述光纤光栅传感器（1）用航空胶粘贴在需要检测的接点附近，并且用带有绝缘层的不锈钢卡扣将光纤光栅传感器（1）进行加固安装；

所述防爬电保护罩包括隔离柱（6）和底座（9），所述底座（9）的外径大于隔离柱（6）的外径，隔离柱（6）中间设置套管（10），为光纤光栅传感器（1）提供有效的保护和隔离。

2.根据权利要求1述的测温系统，其特征在于，所述隔离柱（6）直径B为480毫米，高度H为280毫米，壁厚E为220毫米，内部一段穿光纤的小孔H2高为210毫米；所述底座（9）从隔离柱（6）外壁向外延伸距离A为100毫米；所述套管（10）外直径C为25毫米，壁厚为9毫米；所述套管（10）伸出隔离柱（6）的高度H3为220毫米，上述爬电保护罩应用于10KV防爬电保护罩，30cm爬电距离内耐受超过95KV工频电压。

3.根据权利要求2述的测温系统，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器（1）包括温度探测光缆（11）和信号解调分析处理模块（2），所述温度探测光缆（11）分布在测量点，并对该点的温度信号进行采集，所述温度探测光缆（11）穿过隔离柱（6）中间设置得套管（10），由防爬电保护罩提供保护；所述信号解调分析处理模块（2）实现温度数据的智能解调和分析告警，并对测量点温度进行实时精确显示。

4.根据权利要求3所述的测温系统，其特征在于，所述温度探测光缆（11）的光纤本身材料为二氧化硅制造而成，所述防爬电保护罩利用二氧化硅、陶瓷材料、绝缘耐压的PVC材料或者塑料材料制造而成。

5.根据权利要求4所述的测温系统，其特征在于，所述测温系统是将光纤光栅温度探测器以串接或并接的方式连接形成的多路光纤光栅温度传感系统，所述多路光纤光栅温度传感系统由光纤光栅传感器（1）、光纤环腔激光器（4）和信号解调分析处理模块（2）这三部分组成，所述光纤光栅传感器（1）和光纤环腔激光器（4）之间通过光耦合器（3）连接。

6.根据权利要求5所述的测温系统，其特征在于，所述多路光纤光栅温度探测器分别有4路、8路、16路、32路，每路可以分12个点测温，精度正负0.1℃，测量范围为+300/-200℃；所述信号解调分析处理模块（2）对多路温度数据信号进行智能解调和分析告警，并对各测量点温度进行实时精确显示。