CN203337286U - 电力接点专用光纤在线测温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力接点专用光纤在线测温系统，其结构是由若干集成测温单元组成一个探温组，共接到一个数据处理器的信号输入端，若干所述数据处理器共接到通讯管理单元的信号输入端，所述通讯管理单元的信号输出端连接到网络服务器上；每个所述数据处理器用于巡检一个探温组中的各个所述集成测温单元，并将所述集成测温单元的检测数据通过所述通讯管理单元传输到网络服务器，所述通讯管理单元还对所述数据处理器输出的检测温度及所在的电力接点进行显示，并对超限的检测温度进行报警和显示。本实用新型可及时发现温度变化异常点，早期排除安全隐患，为消除铁路运行安全事故提供了可靠的安全空间。

Description

电力接点专用光纤在线测温系统

技术领域

本实用新型涉及一种温度检测装置，具体地说是一种电力接点专用光纤在线测温系统。

背景技术

在采用电力机车牵引之后，在铁路上沿线布设了很多的箱式变电站，简称“箱变”。为保证电力机车的安全运行，需要对铁路沿线电力系统的高压接点的运行状态进行实时监测。目前在理论和技术应用层面提出了不同的方案，主要有：红外成像仪式、无线组网式、光纤光栅式、光纤分布式、旋转反射光纤传感式等多种形式。

红外成像方案是采用非接触式测量方案，对于一个变电站可以在不同角度安装红外成像仪摄像头，摄像头可以覆盖变电站的所有接点，摄像头根据从各接点接收到的红外线（温度）信息，经过处理后形成全景图，从图中各接头的对应位置的颜色可以判断各接点的温度分布。该方案实施时可以不停电，一次安装可以监测多个测点，对室外且被测点众多又能密集分布的场合比较适合。对于高压开关柜和电缆沟中的电缆接头这种接头密闭且数量少的场合一是安装困难，二是成本太高。对于在室外诸如变电站场合使用有两种干扰应解决，一是太阳直接射入摄像头的天光干扰，其随着昼夜时段、气候情况和太阳的位置等而变化；二是太阳光照射在接点处又被接点处反射入摄像头的光，这部分光叠加在接点温度信息上，同样受时段、气象和太阳位置的影响。这两种干扰严重时可以使图像完全失去可信度，而且图像会经常变化，使用户无所适从。

无线组网方案是采用接触式测量方案，就是用电子测温器件（18B20）测量接点温度，通过专用芯片发送接收数据，组成无线传输网络。该方式现场施工方便，成本比较低。但是，由于温度传感和无线收发器件都需要工作电源且处在高压环境下，如何解决工作电源就成为该方案的技术难题。如果采用高压抽能（用电容分压或空心线圈感应），则会产生电源设备的复杂性，稳定性问题和体积增大、电子器件与被测点除测量部位以外的热隔离等问题。如果采用从低压侧送强激光再用硅光电池转换为工作电源的方法，则又会出现供电的有线拓扑网，成本也会增加很多。如果用这种方案监测高压开关柜中的接点或电缆接头，一则会遇到由于探测头（包括电子测温器件和无线收发器件）安在封闭的金属外壳内，电磁波会受到屏蔽，给无线自组网带来困难，二则无线电波在开关柜内会发生对壁之间的多次反射，多次接收形成的同频回波干扰，从而对无线网络的传输可靠性和准确性提出了严峻地挑战。如果使用化学能电池作为电源，就要考虑化学能电池在强电磁环境下使用的自身安全问题和电池的使用寿命问题，切忌形成被监测对象尚未出现缺陷而电池已经用完，或定期停掉高压又要人工更换电池的局面。

光纤光栅式方案的主要工作原理是光纤光栅的周期改变会引起反射光的波长变化，通过测量被光栅反射回来的光的波长可以反映光栅的周期发生的变化，而光纤光栅所处的温度和应力均会使光纤光栅的周期产生灵敏变化，从而可以间接测量出温度和应力的变化情况。光纤光栅的灵敏度较高，测量精度大大高于实际需要。由于温度和应力都能使光纤光栅的周期产生灵敏变化，因此该系统存在温度和应力交叉敏感的技术挑战，即在测量温度时，极易受应力变化的干扰。实际上电力的高压接点均存在工频振动，在实际使用时要充分考虑系统的抗应力变化干扰问题。再者，该系统采用激光作测量媒介，采用直径为上百微米的SiO2光纤作传输介质，而SiO2光纤的抗弯曲能力、抗扭曲能力、抗剪切能力及其它抗机械伤害的能力均较差，这一点会给工程安装带来难度。若在室外应用，则应在抗风、雨、霜，抗覆冰等方面精心设计，否则会因上述因素造成光纤内芯断裂使系统失灵。另外，加工光纤光栅的工艺要求严格，技术复杂，设备昂贵，致使光纤光栅的制造成本较高，是在推广该方案中应予考虑的重要因素。

光纤分布测温系统的主要工作原理是利用光纤的非线性效应，光在光纤中传播的过程中，光功率超过阈值后会产生明显的后向布里渊散射，布里渊散射的波长大于前向传输光的波长。而布里渊散射波的大小与温度的关系非常密切且敏感，通过测量布里渊散射波便可以测得散射点的温度。通常一根光纤可以连接多个测温点，以光脉冲的方式工作，当一个前行的光脉冲遇到不同位置的检测点时，会在反向接收端接收到受各测点调制从而携带各被测点温度信息的脉冲串，区分并分析这些脉冲便可以区分开各被测点的空间位置和温度值。该方案避免了分点测量每点都需要一根光纤的组阵复杂性，但实施技术复杂，在测点分布上要保证测点之间的距离满足各布里渊脉冲能有效区分的要求，这就要求测点之间的距离必须大于接收设备对脉冲有效处理能力所提出的最小距离，增加了光纤布线的难度和抗气候因素的难度，施工成本也较高。

旋转反射式光纤传感测温系统的工作原理是利用旋转受温度调制的部件使反射光的强弱在很大的范围内线性地受温度影响，通过测量反射光的强弱来测量温度的高低。传感器本身是无源器件，适合在高压环境中安装使用。该系统采用近红光的可见光作为测量媒介，采用大直径树脂光纤作为传输通道，抗弯曲能力和抗扭曲能力很强，抗剪切力和抗拉力远远优于SiO2光纤，适合大弯曲安装，也适合在户外恶劣气象条件下的使用，抗风、抗覆冰、抗风霜雪的能力均很好，安装成本较低，参数指标符合作为预警监测的要求，但对温度的响应速度较低，需要几分钟的跟进时间。这一点对接点温度实际为缓变的对象影响不大（电力系统接头温度突然上升很快往往是短路故障引发的，保护系统会发生作用），由于该系统为光强调制类型，系统的光路部分需要严格自身密闭，以防止外界光的干扰。

由于上述技术方案均存在有各种弊端，而且箱式变电站一般是沿铁道线设置，距离铁路较近，运行环境相对恶劣，高速列车通过时的振动干扰较大，因此，上述的各种测温技术还均未在铁路上得到应用。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种电力接点专用光纤在线测温系统，以解决铁路沿线的野外恶劣环境条件下对箱变不易实现简易、有效、稳定和准确测温的问题。

本实用新型是这样实现的：一种电力接点专用光纤在线测温系统，由若干集成测温单元组成一个探温组，共接到一个数据处理器的信号输入端，用于在线实时探测铁路沿线各箱式变点站中电力接点的温度，并在数据处理器的巡检指令控制下，将所检测的温度信息传递给所述数据处理器进行处理；若干连接所述集成测温单元的数据处理器共接到通讯管理单元的信号输入端，所述通讯管理单元的信号输出端连接到网络服务器上；每个所述数据处理器用于巡检一个探温组中的各个所述集成测温单元，并将所述集成测温单元的检测数据通过所述通讯管理单元传输到网络服务器，所述通讯管理单元还对所述数据处理器输出的检测温度及所在的电力接点进行显示，并对超限的检测温度进行报警和显示。

在上述测温系统中还设置有集中供电电源，用于为上述测温系统中的各个组成部分提供工作电源。

集成测温模块是由温度传感器、多模光纤和光电转换器集成在一起，所述多模光纤的一端与所述温度传感器相接，另一端与所述光电转换器相接。

本实用新型将温度传感器、多模光纤和光电转换器采用一体化集成，可实现光路的无缝连接，使系统温漂系数小于1‰，光轴采用旋转轴承固定，提高了抗震性；数据处理器利用软件的相对值算法能动态补偿光源因老化、电源波动及环境温度变化等造成发光功率下降或波动而引起的干扰，在光源的发光功率因老化等原因而下降到额定功率的60%时，仍能准确正常地进行测量，大大延长了光源的使用寿命。

本实用新型可保证箱式变电站中的一次侧与二次侧的理想隔离，线性好，精度高，抗震能力强，抗自然灾害和机械操作力强，后期维护量小，维修时不用停电；系统采集的信息可通过箱变内的RTU传递到铁路调度部门，使用寿命长。

本实用新型适用于高压、强腐蚀和多尘易爆等环境条件下的接触式多点在线温度监测，可及时发现温度变化异常点，早期排除安全隐患，为消除铁路运行安全事故提供了可靠的安全空间。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括有若干探温组（根据铁路沿线每个路段需要监测的箱变数量设定），每组探温组中包括有六个（数量可有增减）集成测温单元，每个集成测温单元安装在一个箱变中。每个探温组中的六个集成测温单元共接到一个数据处理器的信号输入端，以在线实时探测铁路沿线六个相邻箱式变点站中电力接点的温度，并在数据处理器的巡检指令控制下，将所检测的温度信息传递给与本探温组相接的数据处理器进行数据处理。有多少个探温组，就有多少个相连接的数据处理器；所有数据处理器共接到一个通讯管理单元的信号输入端，通讯管理单元的信号输出端连接到网络服务器上。每个数据处理器巡检一个探温组中的六个集成测温单元，并将六个集成测温单元的检测数据通过通讯管理单元传输到网络服务器中，通讯管理单元对各数据处理器输出的检测温度及所在的电力接点进行显示，并对超限的检测温度进行报警和显示。

在本测温系统中还设置有集中供电电源，用于为本测温系统中的各个组成部分提供所需的工作电源。

本实用新型中的集成测温模块是由温度传感器、多模光纤和光电转换器三合一集成在一起的，多模光纤的一端与温度传感器相接，另一端与光电转换器相接。温度传感器的类型为接触型温度传感器，专门测量物体表面的温度，如对干式变压器、高压开关柜、高压母线等高压设备进行温度监测。温度传感器采用光纤温度传感器，其核心是由高绝缘材料密封，与外界可实现理想的光隔离，制作在光纤的一个端头，与多模光纤无缝连接，与外界只进行热交换，其抗压、抗冲击、抗震动、抗电磁干扰的能力很强，在-10—150℃范围内能够线性反映被测温度。光电转换器用于提供光源并将反射光提取出来，转换成携带温度信息的电信号后送出。该功能端的光路部分和电路部分是可拆装的，用密封垫通过机械固定合成一体。光电转换器的电路部分集成在一个小型的线路板上，可以做到不停电维修。

本实用新型中的数据处理器是通过屏蔽线与各集成测温模块相连接的，其作用是在设定时限内巡回测量组内六个集成测温模块送来的温度信息，并传输至网络服务器。巡回测量的周期小于20秒。该数据处理器可以设定为温度模式或温升模式。温度模式是按实际温度值显示实时温度，并发出温度超限预警和报警信号。预警和报警的实际温度可按要求灵活设定。温升模式是实时显示实际温升值，可设定预警和报警值。

数据处理器利用处理软件可以动态补偿因光源老化、电源波动及环境温度变化等原因造成的发光功率下降或外界波动引起的干扰。

本测温系统中的通讯管理单元可采用MODBUS规约的RTU方式、通过485总线将各数据处理器输出的数据传输给网络服务器，并具有当地显示数据、报警信息，上传功能等。

网络服务器采用TCP/IP接口与以太网连接，实现信息的远传功能，可直接就地显示沿线各箱变的实时温度和报警温度。

Claims (3)

1.一种电力接点专用光纤在线测温系统，其特征是，由若干集成测温单元组成一个探温组，共接到一个数据处理器的信号输入端，用于在线实时探测铁路沿线各箱式变点站中电力接点的温度，并在数据处理器的巡检指令控制下，将所检测的温度信息传递给所述数据处理器进行处理；若干连接所述集成测温单元的所述数据处理器共接到通讯管理单元的信号输入端，所述通讯管理单元的信号输出端连接到网络服务器上；每个所述数据处理器用于巡检一个探温组中的各个所述集成测温单元，并将所述集成测温单元的检测数据通过所述通讯管理单元传输到网络服务器，所述通讯管理单元还对所述数据处理器输出的检测温度及所在的电力接点进行显示，并对超限的检测温度进行报警和显示。

2.根据权利要求1所述的电力接点专用光纤在线测温系统，其特征是，在上述测温系统中还设置有集中供电电源，用于为上述测温系统中的各个组成部分提供工作电源。

3.根据权利要求1或2所述的电力接点专用光纤在线测温系统，其特征是，集成测温模块是由温度传感器、多模光纤和光电转换器集成在一起，所述多模光纤的一端与所述温度传感器相接，另一端与所述光电转换器相接。

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