光纤测温系统 开关柜 高压母排

第一章 概况

一、电力设备温度监控的意义

现代工业中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，工业设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化。因此工业设备运行温度监测是设备安全监控最为经济、有效的手段。
1）高压开关柜温度在线监控的意义
高压开关柜的主要故障形式为：
◆?    开关柜内部触头接触不良、插接偏心导致过热，以致起弧烧坏设备
◆?    电缆接头、连接器导体部分接触不良引起过热，加速绝缘老化导致击穿
通过对开关柜内温度连续监测，实现故障的早期报警，并指明故障点位置，保证开关柜的安全可靠运行。
2）电力电缆温度在线监控的意义
◆?    运行状态监测:监测电缆在不同负载和不同环境温度下的发热状态，积累历史技术数据；
◆?    载流量限度分析，可以保证在不超过电缆允许运行温度的情况下，最大限度的发挥电缆的传输能力、提高经济效益；
◆?    老化监测，发现电缆上的局部过热点，及时采取降温措施，延缓电缆老化速度；
◆?    实时故障监测预警，发现电缆运行过程中外界因素导致的破坏；
◆?    电缆沟内火情监测与报警。

二、电力设备在线测温技术简介

电力系统的一次电气设备一般由断路器、变压器、电缆、母线、开关柜等电气设备组成。其相互之间由母线、引线、电缆等连接，由于电流流过产生热量，所以几乎所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。例如在发电厂中电缆接头、电缆中间连接处、高压电缆的局部放电、高压开关柜的动静触头及其他连接处、低压电气连接处等位置过热是大型事故的征兆，也是电厂事故多发的重灾区。
多年来由于技术水平的限制使电力系统安全运行水平受到一定限制：
◆?    感温电缆、传统的点式在线测温系统无法解决高压绝缘问题；
◆?    用红外测温仪、红外成像仪无法用于全封闭开关柜及电缆温度监测；
◆?    无线测温存在电池漏液风险，且需定期更换电池，数据传输不稳定；
所以高压开关柜等空间有限的电气设备基本上都是处于完全无监控的状态下运行。 
随着光纤测温技术的发展，光纤在电力测温系统也逐渐为人们所认可，尤其是近年来，光纤分布式测温系统被多家电厂和供电公司使用，其良好的绝缘耐压性能和稳定的工作特点得到了电力系统的广泛认可。
本方案中，采用光纤光栅在线测温技术对开关柜和电缆的运行温度进行实时在线监测和智能分析，及时发现设备过温过热事故隐患，并通过语言、声光、短信、WEB页面等多种方式自动报警，实现状态检修，降低检修成本和管理成本，保障用电安全。具有如下特点：
◆?    绝缘耐压和防污闪性能好，不能降低原有设备的电压等级和安全特性
◆?    测温分辨率高达0.01℃，具有定温报警和温升速率报警两种功能
◆?    实时性好：所有温度监测点可在0.1秒种内完成数据采集和自动报警
◆?    高可靠性：温度探测和信号传输全部采用光纤介质，不受电磁干扰和环境影响，无误报、无漏报、
◆?    免维护：传感器和传输线路除外力破坏外没有其他故障因素。
 
第二章  光纤在线温度监测的实施方法

以下以一电厂为例介绍光纤在线温度监测的实施方法：

一、电厂概况

电厂现有1号、2号、3号、4号机组，每个机组各有一个开关室，另外1、2号机组设有1号公用段，3、4号机组设有2号公用段。1号公共段和2号公共段各有一个开关室。
上述开关室位于同一栋大楼的不同楼层的不同房间。
结合现场实际情况，在1号机组、2号机组和1号公共段安装一套光纤在线温度监测系统，下面简称系统一；在3号机组、4号机组和2号公共段安装一套光纤在线温度监测系统，下面简称系统二。
以下对系统一和系统二的光纤在线温度监测系统的实施方法进行详细介绍。

二、温度监测点布置方法

1、系统一温度监测点布置图

                                                                      图1系统一温度监测点布置

详细信息：
1号机组开关室监测7面开关柜，每面开关柜有6个温度监测点；
2号机组开关室监测7面开关柜，每面开关柜有6个温度监测点；
1号公用段开关室监测6面开关柜，每面开关柜有6个温度监测点；
每个开关室监测两条6KV电缆，每条电缆有3到6个温度监测点；
1号机组、2号机组和1号公共段及相关电缆的监测告警主机放置在1号中控室中；
光纤传感分析仪放置在1号机组开关室中或放置在1号中控室中（为了光纤布线的方便，可以利用各个开关室互通的电缆沟布线，故光纤分析仪建议部署在1号机组开关室中）；
各开关室与中控室在同一个大楼中，通过室内电缆沟进行光纤走线。

2、系统二温度监测点布置图

                                                                       图2系统二温度监测点布置

详细信息：
3号机组开关室监测7面开关柜，每面开关柜有6个温度监测点；
4号机组开关室监测7面开关柜，每面开关柜有6个温度监测点；
2号公用段开关室监测6面开关柜，每面开关柜有6个温度监测点；
每个开关室监测两条6KV电缆，每条电缆有3到6个温度监测点；
3号、4号机组、2号公用段及相关电缆的监测告警主机放置在2号中控室中；
光纤传感分析仪放置在3号机组开关室中或放置在2号中控室中（为了光纤布线的方便，可以利用各个开关室互通的电缆沟布线，故光纤传感分析仪建议部署在3号机组开关室中）。

三、光纤温度传感器的安装方法

光纤温度传感器用于开关柜静触头温度监测的通常安装位置及方法如下图所示：

                          

                            图3 光纤温度传感器安装方法（粘在上、下A、B、C相静触头母排，共六点） 

                        
                          图4 光纤分路器固定方法（固定在开关柜底部，通过1芯光纤引出到电缆沟）

                           
 
                                                          图5 电缆测温光纤温度传感器安装方法

四、光纤测温系统的组网设计方案

                       
 
                                                                                图6 光纤测温系统的组网设计

第三章 光纤在线测温系统的设备选型

一、光纤在线测温系统构成

光纤在线温度系统的硬件设备构成如下图所示：

 
                                                                                  图7 光纤测温系统的组网设计

二、光纤传感分析仪

光纤传感分析仪采用业内先进的并行光谱同步探测技术，可对工程现场光纤传输线路损耗或光分路器级连损耗导致的微弱光纤传感信号进行准确检测。适用于光纤温度、压力、位移、振动、应力应变、气体等多种类型传感器的信号解调。
光纤传感分析仪采用低功耗嵌入式处理器设计，性能稳定可靠。 

  
                                                                          图8 光纤传感分析仪

◆?    通道数：1-64
◆?    单通道最大测温点数量：12（开关柜触头星型组网）
                                                         25（电缆测温线型组网）
◆?    测温精度：±0.5℃
◆?    测温分辨率：0.01℃
◆?    所有测温点同步采集时间：0.1秒
◆?    支持定温和差温报警（报警参数可软件设定）
◆?    传感器光纤最大传输距离：40km
◆?    通信接口：10/100M自适应以太网
◆?    报警接口：

                              1)光电隔离继电器输出 

                              2)手机短信报警模块

                              3）语音报警音频接口
◆?    供电电源：AC：220V /50Hz
◆?    工作环境温度：-10℃～+50℃
◆?    机箱：标准19英寸工业机箱

三、光纤光栅温度传感器

1）开关柜触头测温并联型

                                                         

 
                                                                  图9 并联型光纤光栅温度传感器

◆?    测温范围：-55℃～200℃
◆?    最大耐温能力：220℃
◆?    温度分辨率：0.01℃
◆?    精度：±0.5℃
◆?    响应时间：<1S
◆?    光缆最大传输距离：40km

2）电缆测温线形串接型 

 
图10 串接型光纤光栅温度传感器

◆?    测温范围：-55℃～100℃
◆?    最大耐温能力：120℃
◆?    温度分辨率：0.01℃
◆?    精度：±0.5℃
◆?    响应时间：<1S
◆?    光缆最大传输距离：40km
 

第四章 光纤在线测温系统软件介绍

一、光纤在线测温系统软件设计原理

光纤在线测温软件采用模块化设计分为两部分：
数据采集和预处理模块：基于VC开发，实时性好，算法移植方便，主要实现底层硬件接口驱动，数据读取及预处理（如FFT变换、时域谱分析，降采样、数字滤波、时标同步及通信规约转换等），然后将处理好的监测数据及特征参量通过标准MODBUS协议送到数据显示、存储及报警模块。
数据显示、存储及报警模块：基于WEB版组态软件开发，人机界面友好，配置灵活，支持远程操作维护和数据访问。支持数字、曲线、报表等多种数据显示方式，提供电子地图式操作界面和图像、声光、短信、WEB页面等多种方式的自动报警手段。光纤在线温度监测软件架构如下图所示：

                                              
 
                                                                     图11 光纤在线测温监测系统软件架构

光纤在线测温监测系统软件为B/S模式，系统用户可在授权允许的情况下，通过局域网或访问本系统，客户端不需安装任何软件，使用IE即可访问。

二、光纤在线测温系统软件功能

火灾自动报警
自动对光纤光栅温度传感器所在区域进行实时温度监控，检测现场温度的异常波动，在火灾发生前及时报警。
监测点定位
液晶显示屏以电子地图方式实时显示各电力设备及相应温度监测点的编号和当前温度值以及实际地理位置，方便管理人员操作和维护。

 
                                                                                 图12 电子地图界面

远程网络在线状态查询
◆?    各个监测点的温度和报警信息都保存到大容量储存器中，系统按照时间将数据分为历史信息、实时信息;
◆?    管理操作人员可以动态调整被监测点的实时状态监测时间间隔满足实际要求;
◆?    管理操作人员可在局域网上查看各监测点的历史温度变化曲线，为决策和维护提供数据支持;

 
                                                                      图13 温度曲线界面 

                                                                          图14 详细温度显示界面

报警设定
可对开关柜触头温度的过温报警触发条件进行设定，以适用不同季节气温条件下及不同负荷条件下电力开关柜实际运行温度的差异。系统出厂设定的缺省报警触发条件为：
◆?    温度超过75℃ 
◆?    温升速率超过8℃／min
◆?    超过区域内平均温度值15℃以上

 
                                                                         图15 温度报警条件设定

温度统计
可给出设备最高运行温度值及其发生时间、持续时间及对应监测点的位置编号和地理信息
系统连动
分析仪报警接口输出开关量可直接接入仪表操作室现有的火灾控制器，实现火灾报警并在消防值班室显示，也可通过手机短信发送信息至相关人员手机。
线路自检及故障定位
具有自检功能，可对光纤传输线路的损耗及断点位置进行准确定位，方便系统调试、维护及线路检修。