CN109520636A - 一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能电网电力设备监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，包括上位监控主机、与所述上位监控主机连接的光纤转换器、与所述光纤转换器连接的光纤监测主机、与光纤监测主机连接的感温光纤、与光纤监测主机连接的报警输出单元、以及与报警输出单元连接的DCS报警器；本发明集计算机、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术于一体，采用特种感温光纤对经过路径进行分段定义、集中采集数据，根据实际需求在其工作范围内任意设定各报警输出点，从而实现高压封闭母线系统全过程管理目标，满足了企业获得最大利润要求，同时提升了设备管理的标准；具有实时在线，监测精度高，本质安全，长期可靠，不受电磁干扰等优点。

Description

一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统

技术领域

本发明涉及智能电网电力设备监测技术领域，尤其涉及一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统。

背景技术

近年来，随着我国工业的迅速崛起，各行各业对电的需求也日益增多，电厂的负荷也随之加重。封闭母线是电厂的重压设备，而它运行状况的好坏直接影响着整个电厂是否正常运作。这些设备在长期满负荷运行过程中难免会发生发热、升温、结露等情况，而温度过高会对电厂的供电产生影响，甚至酿成事故。因此监测封闭母线的温度、湿度是防止此类事故发生的根本。而各相封闭母线都是被封闭并且高压带电，传统的工人巡检测温方法很难满足要求。例如，火电厂高压封闭母线系统过程管理目前在绝大多数电厂仍然依赖原始的人工及红外监测，极易受到时间、地点和范围的制约。客观存在许多不确定因素，在设备管理上还存在诸多不足。

因此在线监测成为这些高压设备安全运行的首选方法，本申请在火电力行业尚属首次，具有一定的创新意义，开创了全过程全方位的高压封闭母线在线过程管理的先河。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种集计算机、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术于一体，具有实时在线，监测精度高的基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，包括

上位监控主机，用于管理下属设备并接受分析数据；

与所述上位监控主机连接的光纤转换器，用于转换光纤信号；

与所述光纤转换器连接的光纤监测主机，用于负责整个系统的信号采集、信号处理、数据分析、超温报警、温升速率报警、网络传输等；

与所述光纤监测主机连接的感温光纤，用于连接高压封闭母线并作为信号传输的载体；

与所述光纤监测主机连接的报警输出单元，用于报警信息的传输；

与所述报警输出单元连接的DCS报警器，用于DCS自动报警。

其中，光纤监测主机是用于实时测量空间温度场分布的高新技术，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里的范围，空间定位精度达到米的数量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的应用场合。

进一步地，所述光纤监测主机与感温光纤之间设有两个通道，每个所述通道的测量距离为2Km。

进一步地，所述光纤监测主机包括激光器、与所述激光器连接的耦合器，所述耦合器通过光谱分离模块与光时域反射处理单元连接。

进一步地，所述光谱分离模块可分解成Stokes反射光和Antistokes反射光。

进一步地，所述感温光纤包括石英纤芯、套设于所述石英纤芯外部的PU螺旋管、以及套设于所述PU螺旋管外部的铁氟龙护套。

进一步地，所述石英纤芯上涂覆有聚酰亚胺和树脂混合涂层。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，包括上位监控主机、与所述上位监控主机连接的光纤转换器、与所述光纤转换器连接的光纤监测主机、与所述光纤监测主机连接的感温光纤、与所述光纤监测主机连接的报警输出单元、以及与所述报警输出单元连接的DCS报警器；本发明集计算机、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术于一体，采用特种感温光纤对经过路径进行分段定义、集中采集数据，根据实际需求在其工作范围内任意设定各报警输出点，从而实现高压封闭母线系统全过程管理目标，满足了企业获得最大利润要求，同时提升了设备管理的标准；具有实时在线，监测精度高，本质安全，长期可靠，不受电磁干扰等优点，适应于大范围多点温度的监测。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的方框示意图；

图2是本发明中光纤监测主机的示意图；

图3是本发明中光纤监测主机的原理图；

图4是本发明中感温光纤的结构示意图。

图中：1上位监控主机、2光纤转换器、3光纤监测主机、4感温光纤、5报警输出单元、6DCS报警器、7激光器、8耦合器、9光谱分离模块、10光时域反射处理单元、11石英纤芯、12PU螺旋管、13铁氟龙护套、14聚酰亚胺和树脂混合涂层。

具体实施方式

如图1-4所示，一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，包括上位监控主机1，用于管理下属设备并接受分析数据；与所述上位监控主机1连接的光纤转换器2，用于转换光纤信号；与所述光纤转换器2连接的光纤监测主机3，用于负责整个系统的信号采集、信号处理、数据分析、超温报警、温升速率报警、网络传输等；与所述光纤监测主机3连接的感温光纤4，用于连接高压封闭母线并作为信号传输的载体；与所述光纤监测主机3连接的报警输出单元5，用于报警信息的传输；与所述报警输出单元5连接的DCS报警器6，用于DCS自动报警。在本实施例中，感温光纤用作信号传输载体，又作为温度传感单元，光纤监测主机实时地从感温光纤获得温度信息，并将每个分区的温度与相应的报警设定值进行对比，一旦检测到有报警发生，主机会立即发出报警提示，并发出报警声音。另外，还可有自诊断功能，当系统出现硬件故障，网络故障和断纤故障时会及时发出报警信号。

其中，上位监控主机1用于对站内所有设备的温度和报警信息进行实时显示，同时服务器将系统报警数据以WEB形式传送给报警输出系统，报警输出系统以DI信号形式传送给DCS系统。

其中，光纤监测主机3实时接收监测光纤送来的携带有温度信息的光信号，并把其解调为温度数值，实现对被监测部位的温度测量。当实际测量值大于报警设定值时发出报警信号，进而可以对被检测物体的安全状况做出判断。同时，光纤监测主机采用ASIC运算处理芯片，并选用PowerPC和嵌入式操作系统，运算速度快、可靠性高、功耗小；且主机配有高性能网络服务器及LBTSERVER服务器软件包，内嵌Web服务器，业内首家在光纤传感系统里采用先进的B/S架构，使系统组网和远程WEB访问方便、快捷。另外，该光纤监测主机采用中央报警控制柜的工控机在Windows环境下由调试编程完成，设定区域长度及报警点以及系统校定等均可采用Win7版本软件来完成。光纤监测主机可通过通讯接口与上位监控主机相连用于显示，在上位监控主机上可实时显示光纤的温度轨迹，报警信号能突出显示，并能确定及显示光纤受损点实际位置。

具体的，所述光纤监测主机3与感温光纤4之间设有两个通道，每个所述通道的测量距离为2Km；系统的数据通过通讯光缆传送到上位监控主机上。

具体的，所述光纤监测主机3包括激光器7、与所述激光器7连接的耦合器8，所述耦合器8通过光谱分离模块9与光时域反射处理单元10连接；其中，所述光谱分离模块9可分解成Stokes反射光和Antistokes反射光。在本实施例中，激光器发出一束激光，通过耦合器调制后入射监测光纤中；光纤中反射回的拉曼光通过光谱分离模块分解成不同波长的Stokes反射光和Antistokes反射光。其中Stokes反射光的强度与温度弱相关；而Antistokes反射光的强度与传输介质的温度强相关；通过对两束光信号进行处理和对比计算得出温度沿光纤的分布曲线。

其中，光纤监测主机的工作原理：距离

Z＝TV/2

T：两倍定点距离光传播时间

V：光纤中速度

拉曼散射光的斯托克斯光与反托克斯光的光强差，与反射点光纤温度有线性关系，公式如下：

式中：las为反斯托克斯光强度；ls为斯托克斯光强度；a为温度相关系数；h为普朗克系；数(J.s)；c为真空中的光速(m/s)；v为拉曼平移量(m-1)；k为鲍尔茨曼常数(J/k)；t为绝对温度值。

基于光时域拉曼散射的光纤监测主机，通过向光纤发送一个短激光脉冲，然后测得背向散射的喇曼光，该光信号就包含了沿光纤的损耗和温度分布信息。

具体的，所述感温光纤4包括石英纤芯11、套设于所述石英纤芯11外部的PU螺旋管12、以及套设于所述PU螺旋管12外部的铁氟龙护套13。其中，所述石英纤芯11上涂覆有聚酰亚胺和树脂混合涂层14。在本实施例中，运用了特种光纤的坚固、柔韧、抗拉抗压性、抗水性，具有耐高温、电绝缘、本质安全、不受电磁干扰等特性，便于安装和维护、抗腐蚀等特点。适合于室内外使用。将感温光纤安装在被测高压母线上，对经过路径进行分段定义、集中采集数据，根据实际需求在其工作范围内任意设定各报警输出点，从而实现高压封闭母线系统全过程管理目标。

另外，该感温光纤4的制作工艺为：

(1)使用高温拉丝炉将光棒在高于1600℃的温度下进行加热，使其达到熔融态，典型抽丝速度为2-20m/min。裸光纤经过测径仪后，进入预涂覆装置(主要部件为涂覆杯，其下端带有橡胶材质的尖嘴作为涂覆模孔，使用高压气体，可以将聚酰亚胺与树脂混合溶液挤入涂覆杯，使涂覆液在涂覆杯中具有一定的压力，便于涂覆)。预涂覆装置下方设有预固化装置，其为圆柱形电炉，炉内有用于使聚酰亚胺树脂混合溶液固化的高温区。高温区分为两个区域，一个为溶剂挥发区，温度为100℃-240℃，另一个为分子合成区(亚胺化)，温度为240℃-460℃。光纤通过高温区域的时间为15-45s，可根据需要进行1-3次预涂覆和预固化，使光纤外表面形成均匀的涂层，作为底涂层，单边厚度为6-15μm；

预涂覆和预固化后进行二次涂覆，拥有底涂层的光纤通过导轮组进入卧式烘箱进行固化。导轮的V型槽底部垫有浸渍了聚酰亚胺树脂混合溶液的衬垫，光纤每次经过导轮就会被涂上一层聚酰亚胺树脂混合溶液，之后进入卧式烘箱进行固化。卧式烘箱的高温区域与预固化电炉类似，均分为挥发区与合成区。在卧式烘箱两端设有两个导轮组，第一组导轮用于涂覆光纤，第二组导轮起引导作用，用于将光纤引回第一组导轮，使“涂覆-固化”可进行多次循环，保证将光纤涂覆至要求的外径。

(2)待上述裸纤涂覆固化完成，进行保护套管加工(pu螺旋管)。

(3)待上述加工完成，进行外护套加工(铁氟龙护套)。

(4)聚酰亚胺与树脂混合溶液，配比3:1，单位：克。

本发明在安装时，其感温光纤在高压封闭母线(A、B、C相)排中一直行方式敷设，尽可能采用接触式安装，将特种采温光纤敷设在管母线表面，一相母线敷设一根采温光纤，固定光纤用的扎带等配件选用绝缘阻燃性材料。为了防止通讯光纤受到外界毁坏，从监控室到现场的通讯光纤均走弱电桥架，并根据现场情况可布设PVC管或钢管。同时，该系统的数据服务器安装在机组集中控制室电子间内，并可以通过R485服务器与系统相连。

经过测试比较，主机显示数值与现场就地实测误差一致，证明了该系统的可行性，通过分析系统测试得到的数据结果，该系统能保证数据的准确可靠性、实时性，以及系统的稳定性。

综上所述，该系统通过设计具有远程监控功能的通讯平台，为监测系统提供了良好的应用基础，使电厂运行安全系数大大提高，为电厂设备运行提供了安全保障。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，其特征在于：

包括

上位监控主机(1)，用于管理下属设备并接受分析数据；

与所述上位监控主机(1)连接的光纤转换器(2)，用于转换光纤信号；

与所述光纤转换器(2)连接的光纤监测主机(3)，用于负责整个系统的信号采集、信号处理、数据分析、超温报警、温升速率报警、网络传输等；

与所述光纤监测主机(3)连接的感温光纤(4)，用于连接高压封闭母线并作为信号传输的载体；

与所述光纤监测主机(3)连接的报警输出单元(5)，用于报警信息的传输；

与所述报警输出单元(5)连接的DCS报警器(6)，用于DCS自动报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，其特征在于：所述光纤监测主机(3)与感温光纤(4)之间设有两个通道，每个所述通道的测量距离为2Km。

3.根据权利要求2所述的一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，其特征在于：所述光纤监测主机(3)包括激光器(7)、与所述激光器(7)连接的耦合器(8)，所述耦合器(8)通过光谱分离模块(9)与光时域反射处理单元(10)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，其特征在于：所述光谱分离模块(9)可分解成Stokes反射光和Antistokes反射光。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，其特征在于：所述感温光纤(4)包括石英纤芯(11)、套设于所述石英纤芯(11)外部的PU螺旋管(12)、以及套设于所述PU螺旋管(12)外部的铁氟龙护套(13)。

6.根据权利要求4所述的一种基于光纤的高压封闭母线在线监测管理系统，其特征在于：所述石英纤芯(11)上涂覆有聚酰亚胺和树脂混合涂层(14)。