CN205333222U - 一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置 - Google Patents

Abstract

一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，包括高压开关柜，经由单模光纤依次首尾串联连接的光纤光栅温度传感器，无线传感装置，光分路器，终端盒，CCD光谱解调仪。高压开关柜内部的静触头上安装有光纤光栅温度传感器，高压开关柜内部复合绝缘子里嵌有无线传感装置，高压开关柜下侧固定有光分路器，连接、汇总光分路器上所传信息的终端盒。本实用新型有益效果体现在：1.采用光纤无线传感装置进行传输，解决了高压开关柜内高低压隔离及爬电的问题；2.采用直接测量的方式，可靠性好、测量精度高；3.绝缘性能好、体积小、重量轻，易于在狭小空间灵活安装；4.可以将若干台高压开关柜温度信息进行组网、融合，提高产品的性价比。

Description

一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及发电厂、变电站、大型厂矿等监测领域，具体涉及一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置。

背景技术

随着电力系统朝着高电压、大机组、大容量的方向发展，对电力系统供电可靠性的要求越来越高，发电厂、变电站内的高压开关柜是电力系统非常重要的电器设备。我国绝大多数高压设备结构封闭、散热条件差，且长期工作在高电压、大电流、强磁场的恶劣环境中，高压开关柜内部的各触头、母线排、电缆接头等部位极容易因老化或接触不良导致接触电阻过大而发热,在重负荷下有可能由于接触点温度过高而导致设备的毁坏和停电，造成严重事故，破坏供电安全。因此，通过对高压开关柜各触点温度的实时在线监测，可以及时发现柜内非正常发热点，实现故障的早期预报与报警，对保障电力系统安全稳定运营具有十分重要的意义。

目前常用的几种测温方式主要有红外测温、无线射频、声表面波以及光纤测温法。其中红外测温法是典型的非直接接触测量方法，通过对物体自身辐射红外能量的测量来测定它的表面温度，现场使用十分方便，但辐射光容易受开关柜内部元件的遮挡，不能准确测得触头温度；无线射频测温法虽然解决了测温设备和高低压隔离的问题，但其供电的不稳定性以及强电磁干扰导致装置的不稳定；声表面波测温法采用无线无源的测温方式，是目前较为理想的一种测温方式，但装置的稳定性及有效传输距离较短等因素导致其推广使用；光纤测温法包括分布式光纤测温法和光纤光栅测温法，由于小车开关柜的复杂结构和狭小空间，分布式光纤很难实现点式定位测量，而光纤光栅测温法采用点式测量，安装方便，特别适合柜内温度测量。

既有专利（申请号：CN201120313401.4）中，提出了一种高压开关柜用光纤式温度在线监测装置，该方法采用光纤传输信号理论上很好地解决了高低压隔离的问题，但考虑到高压开关柜长期处于封闭状态，易受灰尘和潮湿空气的影响导致光纤绝缘性能下降，从而产生“爬电”现象。

既有专利（申请号：CN201310694555.6）中，提出了一种用于高压开关柜的光纤测温主机，包含了光纤测温主机的系统以及测温方法，采用光纤探头耦合衔接高压开关柜内的连接头以获取相应的温度信息并存储于光信号中，并采用光信号采样处理器对光信号进行光电转换并从中采样出温度信息，该方法采用有线传感的方式很难避免高压“爬电”现象，且解调方法较为复杂，不适合大批量分布式光纤传感应用。

既有专利（公开号：CN201320744434.3）中，提出了一种基于ZigBee的高压开关柜无线测温系统，主要由无线发射、接收模块和ZigBee网络构成，属于电类测温方式，易受到柜内强电磁干扰，且模块取电不方便。

发明内容

为了有效的解决电类传感器存在抗电磁干扰的问题，避免有线传感技术可能存在的高低压爬电现象，本实用新型提供了一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置。

一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，包括高压开关柜，还包括经由单模光纤依次首尾串联连接的光纤光栅温度传感器，无线传感装置，光分路器，终端盒，CCD光谱解调仪。高压开关柜内部的静触头上安装有光纤光栅温度传感器，高压开关柜内部复合绝缘子里嵌有无线传感装置，高压开关柜下侧固定有光分路器，连接、汇总光分路器上所传信息的终端盒。

进一步的，光纤光栅温度传感器安装在静触头的中间位置上，并分别布置在上侧和下侧的A、B、C三相上；串联连接光分路器和终端盒的单模光纤为八芯单模光纤；串联连接终端盒和CCD光谱解调仪的单模光纤为三十二芯单模光纤。

进一步的，光纤光栅温度传感器由光纤光栅和导热陶瓷外护套材料组成；光纤护套的材料选用聚四氟乙烯，封装后的光纤光栅温度传感器2的尺寸为5mm*5mm*24mm，测温范围为-20～120℃。

进一步的，无线传感装置选用的为两端校准、光平行通过的光纤复合绝缘子；光纤复合绝缘子的芯棒中部嵌入一对大光斑的光纤准直器，两端固定有一对便于光路连接的光纤法兰盘。

更进一步的，CCD光谱解调仪包括依次串联连接的ASE光源、环形器、高速波长解调模块和信号处理器，光纤光栅阵列连接于环形器。

与现有的技术相比，本实用新型有益效果体现在：

1.采用光纤无线传感装置对信号进行传输，很好的解决了高压开关柜内高低压隔离及爬电的问题；

2.采用直接测量的方式，可靠性好、测量精度高；

3.光纤光栅温度传感器具有绝缘性能好、体积小、重量轻，易于在狭小空间灵活安装的特点；

4.采用分布式光纤传感技术可以将若干台高压开关柜温度信息进行组网、融合，从而大大提高产品的性价比。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型的光纤光栅温度传感器示意图；

图3是本实用新型的光纤无线传感装置结构示意图；

图4是本实用新型的CCD光谱解调仪结构图；

图5是本实用新型的光纤光栅温度传感器测试曲线图；

图中：

1、高压开关柜，2、光纤光栅温度传感器，3、无线传感装置，4、光分路器，5、单模光纤，6、终端盒，7、CCD光谱解调仪，8、计算机，9、光纤光栅，10、导热陶瓷材料，11、护套，12、光纤复合绝缘子，13、光纤准直器，14、光纤法兰盘，15、ASE光源，16、环形器，17、高速波长解调模块，18、信号处理器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图，对本实用新型方案作详细说明。

图1所示，一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，包括经由单模光纤5依次首尾串联连接光纤光栅温度传感器2，无线传感装置3，光分路器4，终端盒6，CCD光谱解调仪7。串联连接终端盒6和CCD光谱解调仪7的单模光纤5为三十二芯单模光纤。串联连接光分路器4和终端盒6的单模光纤5为八芯单模光纤。高压开关柜1内部的静触头上安装有光纤光栅温度传感器2，高压开关柜1内部复合绝缘子里嵌有无线传感装置3，高压开关柜1下侧固定有光分路器4，连接汇总光分路器4上所传信息的终端盒6。

为了屏蔽应变的交叉影响，将光纤光栅温度传感器2安装在高压开关柜六个静触头的中间位置上，分别布置在上侧和下侧的A、B、C三相上；6只光纤光栅温度传感器2分别通过单模光纤5与无线传感装置3、光分路器4相连接，各个光分路器4输出信号再通过终端盒6进行汇总。一台CCD光谱解调仪7可以完成若干台高压开关柜1内光纤光栅温度传感器2的信号解调，并由计算机8完成所有数据的分析、温度显示，并输出相关预警、报警信号。

图2所示，本实用新型的光纤光栅温度传感器2由光纤光栅9和导热陶瓷10外护套材料构成，既有很好的导热性还有很高的绝缘性，选用聚四氟乙烯材料作为光纤的护套11，它在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高，具有很好的绝缘。同时它还具有不沾油、不沾水、耐磨损、耐腐蚀等特性，在高压环境中可以很好避免因污染、潮湿而发生的闪络。封装后的光纤光栅温度传感器2尺寸为5mm*5mm*24mm，测温范围为-20～120℃，具有重量轻、体积小、安装方便、测量精度高等特点。

图3所示，本实用新型的传感装置3选择适合高压开关柜1运行环境的光纤复合绝缘子12作为传感装置3的主要装置。在光纤复合绝缘子12的芯棒中间嵌入一对大光斑的光纤准直器13。两端校准后让光平行通过，并在两端焊接一对光纤法兰盘14以便光路连接，从而彻底地解决了高低压隔离、污秽导致的“爬电”问题。

图4所示，本实用新型的CCD光谱解调仪由ASE光源15、环形器16、高速波长解调模块17以及信号处理器18构成。其解调原理为：从ASE光源15发出的光经过环形器16入射到光纤光栅（FBG）阵列上，符合布拉格反射条件的光被反射回来，再经过环行器16由单模光纤射出经准直凹面反射境准直的平行光入射到平面衍射光栅上，由衍射光栅的色散作用把不同波长的光分开，分开的光由成像凹面镜成像到线阵CCD上，经过光电转换，把光信号转换成电信号，从而实现对波长信号的解调。

图5所示，本实用新型的光纤光栅温度传感器测试曲线图。将光纤光栅温度传感器2放入到实验室内高低温试验箱，对传感器进行循环老化实验以及温度标定实验，其温度循环范围为：-20～120℃。在温度标定过程中，温度每上升10℃，停留约30分钟，待温度基本恒定后，采用光谱仪记录下此刻传感器的波长值，从20～90℃，其温度与波长的对应关系入下表：

序 号	1	2	3	4	5	6	7	8
									温度（℃）	20	30	40	50	60	70	80	90
波长（nm）	1311.186	1311.429	1311.672	1311.915	1312.158	1312.401	1312.644	1312.887

将光纤光栅温度传感器2在各点的温度与波长值进行线性拟合即可得到图5所示的曲线图。其温度与波长的关系式为：y=0.0243x+1310.7，其线性关系良好，可以达到0.9999。

与现有的技术相比，本实用新型采用光纤无线传感装置对信号进行传输，很好的解决了高压开关柜内高、低压隔离及爬电的问题；采用直接测量的方式，可靠性好、测量精度高；光纤光栅温度传感器具有绝缘性能好、体积小、重量轻，易于在狭小空间灵活安装的特点；采用分布式光纤传感技术可以将若干台高压开关柜温度信息进行组网、融合，从而大大提高产品的性价比。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，包括高压开关柜（1），其特征在于，还包括经由单模光纤（5）依次首尾串联连接的光纤光栅温度传感器（2），无线传感装置（3），光分路器（4），终端盒（6），CCD光谱解调仪（7）；

所述高压开关柜（1）内部的静触头上安装有光纤光栅温度传感器（2），高压开关柜（1）内部复合绝缘子里嵌有无线传感装置（3），高压开关柜（1）下侧固定有光分路器（4），连接、汇总光分路器（4）上所传信息的终端盒（6）。

2.根据权利要求1所述的一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器（2）安装在静触头的中间位置上，并分别布置在上侧和下侧的A、B、C三相上；所述串联连接光分路器（4）和终端盒（6）的单模光纤（5）为八芯单模光纤；所述串联连接终端盒（6）和CCD光谱解调仪（7）的单模光纤（5）为三十二芯单模光纤。

3.根据权利要求1所述的一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器（2）由光纤光栅（9）和导热陶瓷外护套材料（10）组成；光纤护套（11）的材料选用聚四氟乙烯，封装后的光纤光栅温度传感器（2）的尺寸为5mm*5mm*24mm，测温范围为-20～120℃。

4.根据权利要求1所述的一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，其特征在于，所述的无线传感装置（3）选用的为两端校准、光平行通过的光纤复合绝缘子（12）；所述光纤复合绝缘子（12）的芯棒中部嵌入一对大光斑的光纤准直器（13），两端固定有一对便于光路连接的光纤法兰盘（14）。

5.根据权利要求1所述的一种高压开关柜用光纤无线温度在线监测装置，其特征在于，所述CCD光谱解调仪（7）包括依次串联连接的ASE光源（15）、环形器（16）、高速波长解调模块（17）和信号处理器（18），光纤光栅阵列连接于环形器（16）。