光纤温度传感器的应用范围

光纤温度传感器在电力设备的监测领域有巨大的发挥空间, 在设备的温度监测, 减少设备故障, 促进安全生产上具有重要作用, 电力系统中的各种电力设备比如变压器、开关柜、电缆等由于电压极高, 通过的电流极大, 因此相应地形成了巨大的磁场。传统的温度传感器在这样的环境下难以工作, 测量精度不足, 同时在一些易燃易爆、腐蚀性较强的环境中也很难工作。同时, 若要对电力设备的温度进行分布测量, 传统的点式温度传感器在安装、布线以及维护方面会比较困难。光纤温度传感器由于具有抗干扰能力强、耐腐蚀、绝缘的特性在温度分布测量中比较适用并且实现了实时监测。随着光纤温度传感技术的研究愈发深入, 其技术也越来越成熟, 测温范围、空间分辨率、精确度等相比传统温度传感器均有很大的提升, 因此在电力系统的电力设备监测领域光纤温度传感器得到了广泛的应用。

电力系统的高压开关柜的断路器可以分为两个部分:开关柜和移动小车, 在高压开关柜上有6个触头, 在上下两侧各分步3个, 只有对这些触头进行实时的监测才能有效确保系统安全性, 因此监测高压开关柜的系统需要由一个电路信号处理以及六个探头组成, 光经过光纤的传输, 通过温度传感头, 然后通过光纤的传输再回到光电探测器, 经过对信号的转换和处理后发送至单片机, 单片机利用特殊装置对发送来的信号进行采集以及一系列的处理, 得到温度值, 最终通过RS485串行总线将数据发送至监测中心。在此以某化工厂的高压开关柜的使用为例, 对光纤温度传感器在高压开关柜中的应用进行探索。

在使用前进行了实验测试, 测试光纤温度传感器的探头对恒温箱的控制。实验开始, 恒温箱内的温度从常温开始缓慢上升, 在每一个温度点相应的记录系统测试的温度值以及恒温箱的温度值, 以温度计的测量温度作为参考。实验测试结束后进行数据的收集与处理作图, 结果发现光纤温度传感系统测量的温度值与温度计的参考温度值存在线性关系。为进一步保证系统的稳定性, 随后又进行了时长为十个小时的连续性监测, 同样收集数据并做出相关曲线图, 得到结论:温度的测量具有很好的时间稳定性, 精确度较好, 在高压开关柜中可以正常的运行。

将进行测试后的光纤温度传感系统安装在高压开关柜中时需要尽量保证光纤的完整性, 以免信号传输的精确度不足, 测量的数据经光缆传送, 经过特定仪器的转换与处理后, 发送至监测中心, 当开关柜的温度升高超过临界值时, 监测中心能够及时收到温度信息的变化, 从而及时发出预警信息, 系统发出警报。

变压器在运行过程中如果绕组温度过高而不能及时发现, 将会发生烧毁、击穿等严重的电力事故。变压器分为干式和油浸式变压器, 干式变压器价格较低, 结构较简单, 传统的铂电阻温度传感器即可满足工作要求, 安装光纤温度传感器反而会导致价格大幅增高, 难以广泛推行。油浸变压器在运行的过程中, 温度每升高6℃, 变压器的运行寿命将会减少一半, 因此油浸式变压器中应用光纤温度传感器十分必要, 在此以光纤光栅温度传感器的应用为例。

油浸式变压器中应用光纤温度传感器要求传感器的材料要与变压器内部的油化学环境兼容, 以保证传感器的长期可持续工作。特种耐高温光纤在高温条件下的光学以及机械性能均有良好的稳定性, 不会影响油浸式变压器的机械强度以及整体的密封性, 能够适应电力设备的运行。用于光纤光栅的封装材料为感温陶瓷材料, 由于这种材料具有绝缘、抗油污、耐高压的特点, 同时可以与油浸式变压器内的油化学环境兼容;在尾纤的设计上采用双层护套, 充分满足了工作过程中的高温、油污的特点。

光纤光栅温度传感器通过贯通器将尾纤引出, 定制的贯通法兰盘与油浸式变压器上预留的圆孔相固定, 贯通器是用特殊工艺使机械组件与光学组件相组合, 耐油性能很强并且密封性能较好, 使变压器箱体内外的光纤相连接。然后整个贯通器用一防护罩加以保护, 以免受到外部的损伤。变压器一般很少有集中安放的情况发生, 因此需要监测的点数较小。为节约成本, 目前光纤光栅温度传感器在监测电缆实时温度的领域中比较成熟, 因此可以将电缆以及变压器的温度测定结合, 将二者集成为一个系统, 以提升资源的利用效率, 降低成本。因此, 监测变压器与电缆的光纤光栅温度传感器可以用串联或者并联的方式连接, 使温度的监测实现网络化, 每个光纤温度传感器将温度信息通过光缆发送至相应的仪器, 经过信号的转换使光信号转变为电信号, 进而将温度信息传给监控中心。

总之, 光纤温度传感器由于抗干扰能力强, 能够耐受电力设备高电压高电流的工作环境, 在电力系统具有广泛的应用前景, 随着研究的不断深入, 将会研发出性能更佳的光纤温度传感器, 为人们的生产生活带来更大的便利。