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光纤光栅电力设备安全状态监控系统 北京明堂华宇光电科技有限公司 产品介绍 应用背景 随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，电力系统的安全运行对整个国民经济的发展来说是极为重要的,一旦发生事故则损失巨大。现代电力系统中的电气设备大多采用封闭式结构，散热效果差、热积累大，并长期处于高电压、大电流和满负荷运行，结果造成热量集结加剧，温升直接威胁电气设备的电气绝缘，初始表现为温度升高，进而引发短路，导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，甚至引起火灾，造成重大损失。电力系统中的发电机绕组、变压器绕组、高压开关柜内触头和电力电缆接头等热点的温升会使电力设备寿命缩短，甚至造成相关设备被烧坏的严重事故。因此，对电力设备进行精确的、实时的温度监测与报警对于提前发现安全隐患和及时的采取应对措施具有重大意义。 电力工业中的设备大多处在强电磁场中，一般电器类传感器无法使用。高压开关的在线监测，高压变压器绕组、发电机定子等地方的温度和位移等参数的实时检测都要求绝缘性能好，体积小。80%以上是由于电力电缆附件故障引起的,其中电缆接头引起的事故占一半以上。通过对电力事故分析，引起电缆沟内火灾发生的直接原因是电缆中间头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大，长期运行所造成的电缆头过热烧穿绝缘，最后导致电缆沟内火灾的发生。电缆故障引起的火灾导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。例一：辽宁发电厂发生过电缆头过热引起火灾，当消防人员扑灭火灾后刚要离开现场时电缆头绝缘击穿，大火复燃，当场烧伤数人，造成群伤事故。 例二：富拉尔基电厂，试验人员查找电缆故障时，上午采用了电容击穿法进行查找，中午休息后，电缆沟内发生了火灾，造成重大事故，火灾发生的时间较长，如配置电缆在线监测系统完全可以避免事故。 例三：浑江电厂＃2循环水电缆中间头过热，烧损该沟内所有电缆造成被迫停机事故，据了解，上午有人在距故障电缆中间头80多米远的竖井上已嗅到了绝缘烧焦的味，下午七点钟引发了火灾。 例四：某发电厂两台二十万发电机组，因一台机的循环水电缆中间头过热引燃烧穿了本机的另一条循环水电缆，同时烧损了另一台机的循环水电缆，造成两台二十万机被迫停机事故。 综上所述，从电缆头过热到事故的发生，其发展速度比较缓慢、时间较长，通过电缆温度在线监测系统完全可以防止、杜绝此类事故的发生。发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电设备。设备的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触点氧化引起接触电阻增大，恶性循环造成隐患。此类故障占外部热故障的90%以上。统计近几年来检测到的外部热故障的几千个数据，可以发现线夹和刀闸触头的热故障占整个外部热故障的77%，它们的平均温升约在30度左右，其它外部接头的平均温升在20-25度之间，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致火灾事故。高压设备刀闸等部位的连接是否紧密，开关表面是否氧化腐蚀、紧固螺栓是否松动等问题都无法在运行时发现，而这些都是造成高压设备过热甚至出现严重事故的诱因，通过对温度的在线监测来避免事故的发生。?近年来，在电厂和变电站已发生多起开关柜过热事故，造成火灾和大面积的停电，解决开关柜过热问题是杜绝此类事故发生的关键。 ?变电站开关柜发生爆炸，造成钢铁厂两座高炉和两座转炉等主要生产车间大面积停电，损失惨重。另外，7000多名住户停水停电。?钢厂的中部站高压开关柜过热爆炸，导致了该钢厂的50吨炼铁高炉停转，近三十吨的钢水凝固在炉中，直接经济损失高达数千万元。?电力厂降压２５８９开关柜着火，全站失电，给公司各个系统造成不同程度的影响。?通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生。但由于开关柜内狭小的结构，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。 光纤光栅技术于1978年问世，当用紫外激光光束照射光纤，被照射区间段纤芯的折射率将发生周期性的变化，称此折射率变化区域为空间相位光栅（空间相位周期性分布的光栅），其实质类似一个窄带滤波器或反射镜，对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长与光栅区调制相位相匹配的窄带光，如上图所示 由于温度变化，光纤热胀冷缩使得布拉格光栅条纹周期发生变化，从而引起反射光波波长的变化。在无应变情况下，布拉格光栅温度变化与波长变化成线性关系。通过检测反射光波的变化，得出光栅处温度场的变化。 光纤光栅温度传感系统相对于原有检测方法的优势 原有检测方法主要有两种，一、红外测温仪人工巡检法，其优点为非接触式检测；检测精度高，也有很多的缺点如：难以做到检查的一贯性；无法实现实时性在线监测；无法实现历史数据的积累与分析；现场检查具有一定危险性及人员巡检