光纤光栅传感器在变电站设备在线监测中的广泛应用

系统从高灵敏度信号传感等方面入手, 开发高精度的在线温度信号识别技术并应用多通道光波测量传输技术, 克服光学器件因工作时间长造成的信号偏移。通过高灵敏度光纤光栅传感器、高速高精度采集卡、专业分析诊断软件、远程通讯模块联合工作, 实现在线监测变电站的开关柜和变压器等设备中温度变化信号, 并对温度变化等级用不同的颜色进行标定, 实时预警设备健康状况, 对运行维护人员给出维护指导建议。系统的远程数据通讯模块可将实时监测数据和预警结果, 通过TCP/IP或者GPRS的方式上传到控制室, 使管理人员能够及时掌握变电站开关柜和变压器的温度变化状况, 保障变电站设备运行的长期稳定可靠。

从当前对变电站温度在线监测研究应用看, 难点在于温度信号提取的抗电磁场干扰和测量精度。由于变电站设备大都处在强电磁场、高电压环境中, 因此受到来自空气中以及电缆连接设备上的干扰信号影响严重。高压开关柜触头温度、变压器顶层油温等参数的测量要求传感器具有很好的绝缘和强抗电磁干扰性能, 并且体积小, 一般电子类传感器以电流、电压或电阻的形式进行测量和传输, 信号容易受强电磁场和高压的影响, 其测量精度往往很低、甚至根本就无法实现。前期一些变电站安装应用温度在线监测系统, 但是由于温度信号提取和测量精度等方面性能不理想, 易出现误报漏报等情况。

系统采用先进半导体激光器、高灵敏度光电探测器, 自动调整增益, 具有不带电, 本质安全, 不受电磁干扰, 防潮湿等特点, 克服光学器件因工作时间长, 造成的信号偏移。

应用知识库决策分析等信号识别技术, 实现监测系统长期稳定可靠, 能够克服光学器件因工作时间长造成的信号偏移, 大幅提高解调精度和准确度, 测温精度全量程达到±1℃, 局部精度达0.5℃, 重复性可达1pm。

系统软件实时显示监测变量, 快速查询各点变量随时间变化曲线, 可实现对温度变化趋势的动态监控。硬件连线简单, 软件界面友好, 所有分析诊断都在后台自动完成, 用户经简单培训即可熟练操。在开关柜和变压器温度信号提取与识别基础上, 具有基于温度监测的变电站故障预警技术, 对不同等级的故障提前预警, 对运行维护人员给出维护指导建议。

通过工控机及系统集成软件对高压开关柜温度信息、变压器温度信息、维护记录进行详细管理, 可随时查看历史信息和更换维护记录。对各监控装置的动态参数进行集成, 建立变电站设备状态综合数据库, 自动生成设备状态参数报表和变化趋势曲线, 对设备历史参数进行趋势分析和相对比较相结合, 集成计算机处理功能, 实现设备的远程和现场状态监测、诊断和评估。

系统采用模块化结构设计, 具有体积小、结构简单、方便携带及功能强大等优势。信号采集单元按照变电站现场设备的分布就地安装、就地数字化测量, 并通过现场工业总线、光纤信道或无线模块与站端中心管理单元进行通信。接口配置开放式通讯结构, 网口、串口等多种接口实现数据输入-输出, 系统易扩充性, 兼容性强, 可根据需要支持实现实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动。

光纤光栅是新型全光纤无源器件, 被测量温度应力等改变都会导致反射光的中心波长发生变化, 由于光纤光栅对被感测信息用波长编码, 而波长是绝对参量, 它不会受到光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗影响, 因而光纤光栅传感器具有非常好的可靠性和稳定性。光纤光栅与光纤之间存在固有的兼容性, 容易实现波分复用和准分布式传感。光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、传输损耗小、不受电磁场干扰、耐压高等特点, 可加快实现智能电网建设对变电站信息化、自动化、互动化等方面需求。

多通道高精度变电站温度在线监测预警的开发应用, 能够及时获取变电站开关柜和变压器等设备特征参量, 克服传统人工定期巡检费时费力等局限性, 结合故障诊断系统软件可对设备进行分析处理, 将改进现有技术不足, 建立起完善的在线监测体系, 对于提高变电站运行的安全性、可靠性和经济性、延长设备寿命都具有重要意义。同时也将推动光纤光栅传感器在变电站设备在线监测的应用推广, 为建设信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的智能电网变电站提供支持保障。