光纖溫度傳感器在電力設(shè)備的監(jiān)測領(lǐng)域有巨大的發(fā)揮空間, 在設(shè)備的溫度監(jiān)測, 減少設(shè)備故障, 促進(jìn)安全生產(chǎn)上具有重要作用, 電力系統(tǒng)中的各種電力設(shè)備比如變壓器、開關(guān)柜、電纜等由于電壓極高, 通過的電流極大, 因此相應(yīng)地形成了巨大的磁場。傳統(tǒng)的溫度傳感器在這樣的環(huán)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(qiáng)的環(huán)境中也很難工作。同時, 若要對電力設(shè)備的溫度進(jìn)行分布測量, 傳統(tǒng)的點式溫度傳感器在安裝、布線以及維護(hù)方面會比較困難。光纖溫度傳感器由于具有抗干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣的特性在溫度分布測量中比較適用并且實現(xiàn)了實時監(jiān)測。隨著光纖溫度傳感技術(shù)的研究愈發(fā)深入, 其技術(shù)也越來越成熟, 測溫范圍、空間分辨率、精確度等相比傳統(tǒng)溫度傳感器均有很大的提升, 因此在電力系統(tǒng)的電力設(shè)備監(jiān)測領(lǐng)域光纖溫度傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。

電力系統(tǒng)的高壓開關(guān)柜的斷路器可以分為兩個部分:開關(guān)柜和移動小車, 在高壓開關(guān)柜上有6個觸頭, 在上下兩側(cè)各分步3個, 只有對這些觸頭進(jìn)行實時的監(jiān)測才能有效確保系統(tǒng)安全性, 因此監(jiān)測高壓開關(guān)柜的系統(tǒng)需要由一個電路信號處理以及六個探頭組成, 光經(jīng)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(jīng)過對信號的轉(zhuǎn)換和處理后發(fā)送至單片機(jī), 單片機(jī)利用特殊裝置對發(fā)送來的信號進(jìn)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(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測中心。在此以某化工廠的高壓開關(guān)柜的使用為例, 對光纖溫度傳感器在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用進(jìn)行探索。

在使用前進(jìn)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(nèi)的溫度從常溫開始緩慢上升, 在每一個溫度點相應(yīng)的記錄系統(tǒng)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(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理作圖, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)光纖溫度傳感系統(tǒng)測量的溫度值與溫度計的參考溫度值存在線性關(guān)系。為進(jìn)一步保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 隨后又進(jìn)行了時長為十個小時的連續(xù)性監(jiān)測, 同樣收集數(shù)據(jù)并做出相關(guān)曲線圖, 得到結(jié)論:溫度的測量具有很好的時間穩(wěn)定性, 精確度較好, 在高壓開關(guān)柜中可以正常的運行。

將進(jìn)行測試后的光纖溫度傳感系統(tǒng)安裝在高壓開關(guān)柜中時需要盡量保證光纖的完整性, 以免信號傳輸?shù)木_度不足, 測量的數(shù)據(jù)經(jīng)光纜傳送, 經(jīng)過特定儀器的轉(zhuǎn)換與處理后, 發(fā)送至監(jiān)測中心, 當(dāng)開關(guān)柜的溫度升高超過臨界值時, 監(jiān)測中心能夠及時收到溫度信息的變化, 從而及時發(fā)出預(yù)警信息, 系統(tǒng)發(fā)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(fā)現(xiàn), 將會發(fā)生燒毀、擊穿等嚴(yán)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(jié)構(gòu)較簡單, 傳統(tǒng)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)用為例。

油浸式變壓器中應(yīng)用光纖溫度傳感器要求傳感器的材料要與變壓器內(nèi)部的油化學(xué)環(huán)境兼容, 以保證傳感器的長期可持續(xù)工作。特種耐高溫光纖在高溫條件下的光學(xué)以及機(jī)械性能均有良好的穩(wěn)定性, 不會影響油浸式變壓器的機(jī)械強(qiáng)度以及整體的密封性, 能夠適應(yīng)電力設(shè)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(nèi)的油化學(xué)環(huán)境兼容;在尾纖的設(shè)計上采用雙層護(hù)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(yù)留的圓孔相固定, 貫通器是用特殊工藝使機(jī)械組件與光學(xué)組件相組合, 耐油性能很強(qiáng)并且密封性能較好, 使變壓器箱體內(nèi)外的光纖相連接。然后整個貫通器用一防護(hù)罩加以保護(hù), 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(fā)生, 因此需要監(jiān)測的點數(shù)較小。為節(jié)約成本, 目前光纖光柵溫度傳感器在監(jiān)測電纜實時溫度的領(lǐng)域中比較成熟, 因此可以將電纜以及變壓器的溫度測定結(jié)合, 將二者集成為一個系統(tǒng), 以提升資源的利用效率, 降低成本。因此, 監(jiān)測變壓器與電纜的光纖光柵溫度傳感器可以用串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接, 使溫度的監(jiān)測實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化, 每個光纖溫度傳感器將溫度信息通過光纜發(fā)送至相應(yīng)的儀器, 經(jīng)過信號的轉(zhuǎn)換使光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘? 進(jìn)而將溫度信息傳給監(jiān)控中心。

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