光纖溫度傳感器的應用范圍

光纖溫度傳感器在電力設備的監測領域有巨大的發揮空間, 在設備的溫度監測, 減少設備故障, 促進安全生產上具有重要作用, 電力系統中的各種電力設備比如變壓器、開關柜、電纜等由于電壓極高, 通過的電流極大, 因此相應地形成了巨大的磁場。傳統的溫度傳感器在這樣的環境下難以工作, 測量精度不足, 同時在一些易燃易爆、腐蝕性較強的環境中也很難工作。同時, 若要對電力設備的溫度進行分布測量, 傳統的點式溫度傳感器在安裝、布線以及維護方面會比較困難。光纖溫度傳感器由于具有抗干擾能力強、耐腐蝕、絕緣的特性在溫度分布測量中比較適用并且實現了實時監測。隨著光纖溫度傳感技術的研究愈發深入, 其技術也越來越成熟, 測溫范圍、空間分辨率、精確度等相比傳統溫度傳感器均有很大的提升, 因此在電力系統的電力設備監測領域光纖溫度傳感器得到了廣泛的應用。

電力系統的高壓開關柜的斷路器可以分為兩個部分:開關柜和移動小車, 在高壓開關柜上有6個觸頭, 在上下兩側各分步3個, 只有對這些觸頭進行實時的監測才能有效確保系統安全性, 因此監測高壓開關柜的系統需要由一個電路信號處理以及六個探頭組成, 光經過光纖的傳輸, 通過溫度傳感頭, 然后通過光纖的傳輸再回到光電探測器, 經過對信號的轉換和處理后發送至單片機, 單片機利用特殊裝置對發送來的信號進行采集以及一系列的處理, 得到溫度值, 最終通過RS485串行總線將數據發送至監測中心。在此以某化工廠的高壓開關柜的使用為例, 對光纖溫度傳感器在高壓開關柜中的應用進行探索。

在使用前進行了實驗測試, 測試光纖溫度傳感器的探頭對恒溫箱的控制。實驗開始, 恒溫箱內的溫度從常溫開始緩慢上升, 在每一個溫度點相應的記錄系統測試的溫度值以及恒溫箱的溫度值, 以溫度計的測量溫度作為參考。實驗測試結束后進行數據的收集與處理作圖, 結果發現光纖溫度傳感系統測量的溫度值與溫度計的參考溫度值存在線性關系。為進一步保證系統的穩定性, 隨后又進行了時長為十個小時的連續性監測, 同樣收集數據并做出相關曲線圖, 得到結論:溫度的測量具有很好的時間穩定性, 精確度較好, 在高壓開關柜中可以正常的運行。

將進行測試后的光纖溫度傳感系統安裝在高壓開關柜中時需要盡量保證光纖的完整性, 以免信號傳輸的精確度不足, 測量的數據經光纜傳送, 經過特定儀器的轉換與處理后, 發送至監測中心, 當開關柜的溫度升高超過臨界值時, 監測中心能夠及時收到溫度信息的變化, 從而及時發出預警信息, 系統發出警報。

變壓器在運行過程中如果繞組溫度過高而不能及時發現, 將會發生燒毀、擊穿等嚴重的電力事故。變壓器分為干式和油浸式變壓器, 干式變壓器價格較低, 結構較簡單, 傳統的鉑電阻溫度傳感器即可滿足工作要求, 安裝光纖溫度傳感器反而會導致價格大幅增高, 難以廣泛推行。油浸變壓器在運行的過程中, 溫度每升高6℃, 變壓器的運行壽命將會減少一半, 因此油浸式變壓器中應用光纖溫度傳感器十分必要, 在此以光纖光柵溫度傳感器的應用為例。

油浸式變壓器中應用光纖溫度傳感器要求傳感器的材料要與變壓器內部的油化學環境兼容, 以保證傳感器的長期可持續工作。特種耐高溫光纖在高溫條件下的光學以及機械性能均有良好的穩定性, 不會影響油浸式變壓器的機械強度以及整體的密封性, 能夠適應電力設備的運行。用于光纖光柵的封裝材料為感溫陶瓷材料, 由于這種材料具有絕緣、抗油污、耐高壓的特點, 同時可以與油浸式變壓器內的油化學環境兼容;在尾纖的設計上采用雙層護套, 充分滿足了工作過程中的高溫、油污的特點。

光纖光柵溫度傳感器通過貫通器將尾纖引出, 定制的貫通法蘭盤與油浸式變壓器上預留的圓孔相固定, 貫通器是用特殊工藝使機械組件與光學組件相組合, 耐油性能很強并且密封性能較好, 使變壓器箱體內外的光纖相連接。然后整個貫通器用一防護罩加以保護, 以免受到外部的損傷。變壓器一般很少有集中安放的情況發生, 因此需要監測的點數較小。為節約成本, 目前光纖光柵溫度傳感器在監測電纜實時溫度的領域中比較成熟, 因此可以將電纜以及變壓器的溫度測定結合, 將二者集成為一個系統, 以提升資源的利用效率, 降低成本。因此, 監測變壓器與電纜的光纖光柵溫度傳感器可以用串聯或者并聯的方式連接, 使溫度的監測實現網絡化, 每個光纖溫度傳感器將溫度信息通過光纜發送至相應的儀器, 經過信號的轉換使光信號轉變為電信號, 進而將溫度信息傳給監控中心。

總之, 光纖溫度傳感器由于抗干擾能力強, 能夠耐受電力設備高電壓高電流的工作環境, 在電力系統具有廣泛的應用前景, 隨著研究的不斷深入, 將會研發出性能更佳的光纖溫度傳感器, 為人們的生產生活帶來更大的便利。