光纤温度传感器在电力电缆监测中的应用研究

光纤温度传感器在电力电缆监测中的应用研究

郑瑜

（国网上海浦东供电公司200122）

摘要：针对电力电缆运行特征的监测与控制始终是电力技术研究的重要内容，准确高效的线路故障定位能够提升线路运行管理与故障预警及处理的实际效率，为电网的稳定运行提供有效支持。光纤温度传感器作为一种更为高效精确的测温装置，在当前的电力电缆监控中得到了有效的应用。本文在阐述光纤温度传感器工作原理的基础上，分析了相应系统的整体功能，并提出了实际情况下的具体的应用，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：电力电缆；监测；光纤温度传感器

1光纤温度传感器工作原理

电传导是以电流作为传导媒介，同理光纤传感器是以光作为媒介进行的传导的，只不过它的传导过程比电传导更加复杂。它是将变化的能量转化成变化的光信号，光是一种相干性特别好的物质，这便让它更具特点，比传统的传感器都稳定，而又因为光的抗电磁干扰能力强，这也使光纤传感器受外界影响更小。同时具备以上特点的光纤传感器还特别轻小、柔韧，所以也便可以到处可用，解决了传统传感器无法再高压、强电流无法使用的窘境。

在目前的光纤传感器中大多应用了光纤光栅和拉曼散射等原理，光纤光栅是利用布拉格波长的温度依赖性进行监控温度的变化。每当有光线通过光栅时，电脑就会记录下一系列的波长、温度等数据，然后根据事先编写好的程序计算出光纤传感器附近的温度。而对于其他原理也可以计算出温度，如拉曼传感器的原理就和光纤光栅传感器不同，但并不意味着就无法保证了数据的准确性，拉曼传感器测出的温度同样准确，它使用了光时域反射的原理。同样在传感器中也有用到了光纤的后向拉曼散射原理，这种原理是基于光在不同种介质中会产生非弹性漫射，而这传感器主要就是利用产生了不同的非弹性漫射波进行对温度计算，最终得到精确的温度数据。

2电力电缆温度在线监测系统功能分析

根据电缆接头数量多、集中性差的特点，系统采用“分散-集中-再集中”结构，系统硬件结构如图1所示，系统由温度传感器、测控单元、数据传输设备及上位PC机组成。

图1电力电缆温度在线监测系统结构

温度传感器安装在电缆中间接头处，测控单元从各温度传感器读出电缆接头的实际温度，处理后存入外部存储器SRAM中，上位PC机定时向各测控单元发出读取电缆接头温度数据的命令，各测控单元收到命令后，将存在SRAM中的数据上传给PC机。当SRAM中的数据被PC机读取后，各测控单元会重新读取各温度传感器当前数据，进行温度数据更新。

PC机收到各测控单元温度数据后，即对数据进行分析处理、判断、显示、保存及打印等，并在温度越限时报警，提示相应电缆接头位置，以便运行人员及时排除故障。

2.1温度传感器的选择

温度传感器选用单总线数字温度传感器。每个传感器有唯一的系列号，多个传感器可在同一条总线上。具有独特的单线接口方式，支持多节点。传感器测温时无需任何外部元件，使分布式测温系统电路结构和硬件大为简化，具有通过数据线供电、超低功耗工作方式的特点。

2.2测控单元

测控单元是整个系统最重要的部分，根据实际需求，系统可以包括1个或多个测控单元。系统的测控单元采用单片机构成，用来完成传感器输出数据的采集、序列号的注册及与上位PC机的通信等。

由于1个测控单元要与多个温度传感器连接，且距离较远，为提高测控单元的抗干扰能力和可靠性，测控单元与传感器之间的连接由光电隔离和驱动电路组成。

每个测控单元还设计了1个登记注册端口并接至单片机，每个传感器在投入使用前必须事先进行注册，并将其惟一的序列号存入SRAM中，以便使用。这是当发生温度越限报警后快速定位的重要依据。该系统内部每条总线连接不同单片机单片机分别进行单总线温度采集，采集到的数据和传感器的序列号通过GPRS网络传送到上位PC机中。

2.3数据传输

各测控单元与上位PC机之间的通信采用GPRS。GPRS是在现有GSM网络基础上通过软件升级实现的，GPRS网络的出现克服了GSM网络在数据应用方面的缺点。采用分组交换技术，并增加2个服务节点。提供无线系统上的数据业务，可以无缝接入Internet，具有永远在线、按流量计费、覆盖范围广及无需铺线等优点。

3光纤温度传感器在电力电缆监测中的具体应用

3.1实时监控电力电缆表面温度

通过光纤温度传感器对电力电缆表面温度实时检测，可以实现对工作电缆的问题及时处理，防止在电厂站工作时出现重大的电力电缆由于温度过高出现的重大事故。可以对电力电缆工作中出现的电力电缆事故进行定位，从而及时告诉工作人员事故位置可以更好的修护，更快地让电厂恢复工作，使其可以更快地投入工作。

3.2实时监控电力电缆附属设备

该技术还可以对电缆或变电站等一系列相关产业的开关设备等一系列电力器械的温度进行实时的检测。防止其在高速、高负荷的运转下出现器械的老化，从而出现工作的安全隐患，引发火灾。并且研究发现，发电厂和变电站的70%的重大火灾事故主要是由于器械老化导致其温度过高引起的，从而利用光纤温度传感器在防止各种环境因素的干扰下对此进行实时的检测。及时处理温度过高的零件器械。

3.3实时监控电厂和变电站工作温度

对于整个电厂在故障点的检测情况进行实时的汇报，并且可以实现进行火灾的报警。可以对整个电厂站的安全奠定了基础，对所出现的问题可以及时地解决。如若发生重大的事故通过自动的火灾报警功能防止经济和人身安全的重大损失。

3.4实时监控电力电缆地下隧道与夹层火情

对电力电缆所过的地下隧道和夹层进行火情的检测，当温度过于正常温度进行火情的报警处理，并且通过测量电缆的表皮温度，实时和准确地检测出在整个运输的过程中出现的工作异常位置。可以及时地进行点对点的处理，而不是投入大量的人力和物力进行大面积、长距离的检修。

结语

综上所述，光纤温度传感器作为一种新型的电力电缆监测设备，具有较高的监测精度与信息传输效果及利用率，代表着电力电缆监测技术的发展方向。电力行业工作者们重视这项技术的实践与应用，对其进行深入的研究分析，准确把握技术应用要点，提升光纤温度传感器的使用效果，强化电网运行监测管理工作的有效性。

参考文献

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