光纤温度传感器在电力系统的应用

温度是电力设备的重要运行参数，通过监测电力设备温度信息获取电力设备的运行状况是电力系统故障预报与诊断的研究热点，研究内容包括各种新型的温度传感器的应用、电力设备的故障预报与诊断方法等⋯。其中光纤温度传感器在电力系统中的应用是近年来研究的热点，已广泛应用于发电厂、变电站等。光纤传感器具有绝缘、抗电磁干扰、耐高电压、耐化学腐蚀，安全等特点。本文对电力系统温度监测的基本内容进行了概述，研究了当前光纤温度传感器在电力系统中的应用，并对其发展趋势进行了展望。

1 光纤温度传感器

光纤温度传感器是上世纪70年代发展起来的一门新型的测温技术。它基于光信号传送信息，具有绝缘、抗电磁干扰、耐高电压等优势特征。在国外，光纤温度传感器发展很快，形成了多种型号的产品，并已应用到多个领域，取得了很好的效果。国内在这方面的研究也如火如荼，多个大学、研究所与公司展开合作，研发了多种光纤测温系统投入到了现场应用。目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。其中应用最多当属分布式光纤温度传感器与光纤光栅温度传感器。

2基于布里渊散射的分布式光纤传感技术

由于介质分子内部存在一定形式的振动，引起介质折射率随时间和空间周期性起伏，从而产生自发声波场。光定向入射到光纤介质时受到该声波场的作用，光纤中的光学声子和光学光子发生非弹性碰撞，则产生布里渊散射。在布里渊散射中，散射光的频率相对于泵浦光有一个频移，该频移通常称为布里渊频移。散射光布里渊频移量的大小与光纤材料声子的特性有直接关系。当与散射光频率相关的光纤材料特性受温度和应变的影响时，布里渊频移大小将发生变化。因此通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移量就可以实现分布式温度应变测量。

BOFDA分布式光纤传感技术是1997年德国D.Garus等人提出的一种新型的分布式光纤传感技术。系统实验框图如1.6所示。

电力系统中大量设备需要检测温度信息，从而确定电力设备的运行情况，以便运行调度人员及时采取措施，消除异常，避免设备的损坏和事故的发生。早期通过示温蜡片、数字温度传感器、红外温度仪等获取电力设备温度信息。但是示温蜡片与红外测温仪需要人工巡查，不能满足现代数字化电力系统的要求。数字温度传感器大多基于电量传送，受电磁场影响较大，只能测量关键点，有一定的局限性。光纤温度传感器则克服了以上缺点与不足，具有通信迅速、报警设置灵活、适应恶劣环境等优点。

3.1电厂温度监控

光纤温度传感器代替传统的温度传感器实现电厂某些关键设备的温度监测是当前的研究热点问题。主要有：

(1)利用光纤光栅实现汽轮机内湿蒸汽的湿度与温度测量，若采用多点监测可动态确定汽轮机内温度场和湿度场的分布 。

(2)同步调相机转子温度的测量 。

(3)光纤温度．压力混合传感器用于核电站第四代反应堆高温、压力监测，可实现系统光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述拿监测。

(4)水电站水坝温度监测，目前已有很多现场应用的实例，如分布式光纤测系统存长调水电站 、云南大理小湾拱坝等的应用。

3．2电缆隧道火灾监控

发电厂和变电站内火量的高压电气设备都是通过电缆连接的，这些电缆都敷设在厂房或变电站下的电缆隧道。于电缆隧道环境比较恶劣，且电缆数量较多，容易由于根电缆的绝缘损坏、局部放电而引起大面积的火灾事故，造成严重的经济损失。分布式光纤测温系统应用到电缆隧道火灾舱拧的优点有：1)实时检测光纤沿线温度，测温准确，分辨率较高。按测温距离与测温精度的不同， 一般全线温度更新速度最短1Os左右。2)存储历史温度数据用于作进一步分析。3)报警等各项指标设置灵活,可实现多条件报警设置。日前已有不少成功应用的案例，如韶关电厂、济南钢铁等。

3．3高压电力电缆负荷安全监测

温度作为高压电力电缆的一个重要的运行参数越来越受到人们的重视。通过数字传感器的方式只能实现对电缆接头等重要部分的温度监测 。因此，近年来人们对一螋重要的高压动力电缆应用分布式光纤温度监测系统和光纤光栅测温系统实现电缆温度监控。

分布式光纤测温根据光纤安置往电缆上位置分为内置式与表贴式两种。内置式所测温度基本等于电缆芯温度，但其需要特殊生产，且敷设复杂。目前研究比较多的是表贴式光纤测温系统在电力电缆上应用。光纤测温系统测得电缆表皮温度后，结合实时电流计算出电缆线芯温度， 可进一步推算出动态载流量并模拟各种运行状态。电缆温度监测可以在电缆全长度范同内发现过热点和异常行为点，包括快速升温点和慢性升温点等，能发现限制电缆载流量的瓶颈点的温度与位置信息，预防电缆故障的同时为电力调度提供科学依据。