CN107702819A - 一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，用于监测电力设备，包括安装在监测点的光纤布拉格光栅传感器、光源模块、用于将光源模块输出的第一光波信号送入光纤布拉格光栅传感器中的第一信号传送单元、解调模块、用于将光纤布拉格光栅传感器输出的第二光波信号送入解调模块中的第二信号传送单元；解调模块用于将第二光波信号转换成监测点的温度信号；温度监测系统还包括用于接收温度信号的信号接收模块、用于显示信号接收模块接收到的温度信号的显示模块。本发明一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，能够很好的监测电力设备运行过程中的产热量变化，对于电力设备的生产运营具有很好的安全警示作用。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统。
背景技术
处于正常运行状态的电力设备，由于电路的损耗，一部分电能转化为热能，使设备发热，如果温度过高，会对电力设备产生影响，严重时还会发生火灾等事故，因此，对电力设备运行过程中的温度实时监测具有重要的应用价值。
电力设备内部属于高电压、强电磁场环境，若采用常规的电信号传感器来测量电力设备内部的温度，特别是绕组的热点温度，将难以满足要求。
箱式变电站(简称箱变)是一种将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置等变电站设备按一定接线方案排成一体的紧凑式配电设备，由于其密闭空间特点，产热问题是箱变需要考虑的主要问题之一。引起箱变设备产热的主要因素来源于电缆接头、隔离开关、动静触头的接触面。随着设备的长期运行，接触面氧化，导致接触电阻增加，从而导致接触头发热，而触头发热反过来又会加速接触面的氧化。因此，对于这些关键点的温度实时监测至关重要。
对于箱变设备，可利用于传感器布设的空间有限，这对传感器的体积大小提出了较高要求。另外，通常发生过热的电网大多为6kV以上的电网，电压等级较高，具有较强的电磁干扰环境，常规的温度传感器不能满足安全的需要。
现有温度监测方式包括红外测温法和无线测温法。
红外测温法为非接触式测温方法，其原理是依据被测点的温度变化引起红外辐射变化，通过红外热成像技术对辐射信号进行提取处理，从而得到被测点的温度信息。红外测温法中，红外探头的安装以及温度信号的传输非常困难，且测温的精度和可靠性受大气、测试背景等因素的影响。
无线测温法为接触式测温方法，利用无线网络将传感器的温度数据进行传递。其工作过程为温度终端采集设备将现场温度采集后，以无线的方式将数据传递给温度显示设备，使用户能够实时的监测到现场设备的温度情况。无线测温法中，采用无线方式传输信号，易受电磁干扰影响，在强电磁干扰环境下会导致数据丢失。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，采用的光纤布拉格光栅传感器具有绝缘性能佳，抗电磁干扰能力强，体积小布设灵活，响应快，灵敏度高，且能实现数字化，便于接入智能电网等优点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，用于监测电力设备，包括：
安装在监测点的光纤布拉格光栅传感器；
光源模块；
用于将所述光源模块输出的第一光波信号送入所述光纤布拉格光栅传感器中的第一信号传送单元；
解调模块；
用于将所述光纤布拉格光栅传感器输出的第二光波信号送入所述解调模块中的第二信号传送单元；
所述解调模块，用于将所述第二光波信号转换成所述监测点的温度信号；
用于接收所述解调模块输出的所述温度信号的信号接收模块；
用于显示所述信号接收模块接收到的所述温度信号的显示模块。
优选地，所述监测点有多个，对应的，所述光纤布拉格光栅传感器也有多个，所述温度监测系统还包括：
用于将所述第一信号传送单元输出的所述第一光波信号分配给多个所述光纤布拉格光栅传感器的光纤分路器。
优选地，所述温度监测系统包括三端口环形器，所述三端口环形器沿信号传送方向依次包括第一端口、第二端口、第三端口；
所述第一信号传送单元设于所述第一端口和所述第二端口之间；
所述第二信号传送单元设于所述第二端口和所述第三端口之间。
优选地，所述光纤布拉格光栅传感器包括内部具有光纤布拉格光栅的光纤纤芯、封装在所述光纤纤芯一端的陶瓷体。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，通过在监测点安装光纤布拉格光栅传感器来实时监测温度，光纤布拉格光栅传感器具有体积小、结构简单、易于安装、适用性强、可复用性强、测量精度高、抗电磁干扰能力强、耐高压、防爬电、绝缘性能好等诸多优点；能够很好的监测电力设备运行过程中的产热量变化，对于电力设备的生产运营具有很好的安全警示作用。
附图说明
附图1为温度监测系统的结构示意图；
附图2为温度监测系统应用于箱变中的结构示意。
其中：1、光纤布拉格光栅传感器；2、光源模块；3、解调模块；4、信号接收模块；5、显示模块；6、光纤分路器；7、三端口环形器；8、第一端口；9、第二端口；10、第三端口。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1所示，上述一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，用于监测电力设备。电力设备中一般有多个监测点，多个光纤布拉格光栅传感器1一一对应的安装在多个监测点处。
该温度监测系统还包括用于发出ASE光源的光源模块2、用于将光源模块2输出的第一光波信号送入光纤布拉格光栅传感器1中的第一信号传送单元。
光纤布拉格光栅传感器1(FBG)是利用掺锗石英光纤的紫外光敏特性，用特殊工艺使得光纤纤芯发生永久性折射率周期变化而形成的，能对波长满足布拉格反射条件的入射光产生反射的光纤器件。根据光纤耦合模理论，当一宽光谱光源注入FBG，将产生模式耦合，FBG将反射回一个中心波长为布拉格波长的窄带光波；当FBG受到外界温度影响时，将导致光纤布拉格光栅周期和纤芯有效折射率的变化，从而使其中心波长产生漂移，通过FBG中心波长的漂移量的监测，即可得到外界温度量的变化。
该温度监测系统还包括解调模块3、用于将光纤布拉格光栅传感器1输出的第二光波信号送入解调模块3中的第二信号传送单元。该解调模块3用于将第二光波信号转换成监测点的温度信号(温度变化信号)。
该温度监测系统还包括用于接收解调模块3输出的温度信号的信号接收模块4、用于显示信号接收模块4接收到的温度信号的显示模块5。
该温度监测系统还包括用于将第一信号传送单元输出的第一光波信号分配给多个光纤布拉格光栅传感器1的光纤分路器6。
在本实施例中，该温度监测系统还包括三端口环形器7。该三端口环形器7沿信号传送方向依次包括第一端口8、第二端口9、第三端口10；光波信号只能沿第一端口8至第二端口9至第三端口10的方向传送，反方向是隔离的。该第一信号传送单元设于第一端口8和第二端口9之间；该第二信号传送单元设于第二端口9和第三端口10之间。该光源模块2连接在第一端口8上，该光纤分路器6连接在第二端口9上，该解调模块3连接在第三端口10上。
该光纤布拉格光栅传感器1包括内部具有光纤布拉格光栅的光纤纤芯、封装在光纤纤芯一端的陶瓷体。该光纤布拉格光栅传感器1能够耐高压、防爬电，适用于电力系统环境。
参见图2所示，在本实施例中，该温度监测系统应用于光伏电站中，主要用于实时监测箱变基础设备中线缆接头、铜排、变压器以及机箱壳的温度变化。
在本实施例中，信号接收模块4为工控机，显示模块5为显示器，解调模块3为解调仪。
工控机和显示器安装于逆变器室的通信机柜上，解调仪放置于工控机上。光纤布拉格光栅传感器1有12个。均贴于箱变基础室内电力设备的各个重要的监测点。其中，6#、8#传感器分别监测箱变基础室内右侧变压器的温度；1#、10#、12#传感器分别监测箱变基础室内右侧导电铜排的温度；2#、9#、11#传感器分别监测箱变基础室内右侧导线与铜排转接处的温度；3#、4#、7#传感器分别监测箱变基础室内左侧导线与铜排转接处的温度；5#传感器监测箱变基础室内电力设备机柜壁的温度。
表1：实时随机温度监测数据
参见表1所示，为了了解电力设备运行过程中的实时温度状况，从2016年05月22日中午11：04开始，随机采集记录了不同时间点各传感器的温度情况，截止2016年05月31日22:38。
可以看出：
(1)随着时间的变化，各传感器温度数据不断变化，这是受到每天的天气情况不同的影响。每天的光照强度不同，电站所生产的电量功率不同，因此设备产热也不一致。另外，受天气影响，设备所处环境温度也会不断变化。各传感器的变化趋势基本一致，与实际相符。
(2)同一天内，各传感器温度数据变化也较大。以3#、4#、5#传感器温度数据为例，分别对应05月23日早上07:54，下午15:08和晚上20:47。可以看到，下午15:08所得温度最高，然后是晚上20:47，最低是早上07:54。这是因为下午光照较强，电站产电量较大，因此产热较多，且环境温度也较高，因此下午所得温度值较大。
(3)由图可以看出，6#、8#传感器温度数据最高且温度值接近；1#、10#、12#传感器温度数据次高且温度值接近；2#、3#、4#、5#、7#、9#、11#传感器温度数据最低且温度值接近。根据各传感器的位置可知：6#、8#传感器分别监测设备中变压器上下两个点的温度，变压器产热较大，所以传感器所得温度值最大；1#、10#、12#传感器分别监测的是设备中三个导电铜排的温度，其产热量较小；2#、3#、4#、7#、9#、11#传感器分别监测六个导线与铜排转接处的温度，5#传感器监测设备机柜壁的温度，其产热量最小。
通过表1可以看出，该FBG温度监测系统能够很好的监测光伏电站设备运行过程中的产热量变化，所得数据与实际情况相符，对于光伏电站的安全生产具有很好的安全警示作用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，用于监测电力设备，其特征在于：包括：
安装在监测点的光纤布拉格光栅传感器；
光源模块；
用于将所述光源模块输出的第一光波信号送入所述光纤布拉格光栅传感器中的第一信号传送单元；
解调模块；
用于将所述光纤布拉格光栅传感器输出的第二光波信号送入所述解调模块中的第二信号传送单元；
所述解调模块，用于将所述第二光波信号转换成所述监测点的温度信号；
用于接收所述解调模块输出的所述温度信号的信号接收模块；
用于显示所述信号接收模块接收到的所述温度信号的显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，其特征在于：所述监测点有多个，对应的，所述光纤布拉格光栅传感器也有多个，所述温度监测系统还包括：
用于将所述第一信号传送单元输出的所述第一光波信号分配给多个所述光纤布拉格光栅传感器的光纤分路器。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，其特征在于：所述温度监测系统包括三端口环形器，所述三端口环形器沿信号传送方向依次包括第一端口、第二端口、第三端口；
所述第一信号传送单元设于所述第一端口和所述第二端口之间；
所述第二信号传送单元设于所述第二端口和所述第三端口之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤布拉格光栅传感器的温度监测系统，其特征在于：所述光纤布拉格光栅传感器包括内部具有光纤布拉格光栅的光纤纤芯、封装在所述光纤纤芯一端的陶瓷体。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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