光纤温度传感器在电力高压开关在线监测中的应用

一、前言

高压开关柜作为发电厂、变电站中的重要设备，起着关合及开断电力线的作用，用来实现输送及倒换电力负荷、以及从电力系统退出故障设备和线段，从而保证电力系统安全运行[1]。在高压开关柜的长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化和接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法监测，由此容易导致火灾事故。近年来，在电厂和变电站已经发生多起开关柜过热事故，造成火灾和大面积的停电。因而对全封闭的高压开关电器，检测和监视高压开关触点、母线排连接处的工作温度，提前发现和排除热故障隐患，对电力系统的安全可靠运行具有非常重要的意义。

高压开关触头和母线排连接处处于高电压、高温度、高磁场以及极强的电磁干扰环境中，传统的测温仪表如热电偶、红外测温仪等易受到这些因素的干扰和影响，因而无法对这些位置进行直接接触测量，从而也就无法真正得到高压开关柜的真实工作状态，以致设备内部局部过热却仍在“带病”运行。光纤传感由于光纤具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、耐腐蚀、本质安全等优点[2]，特别适用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。本文介绍了一种基于位移强度调制的光纤温度传感系统，实验证明，该系统在高压开关触点的温度测量中性能可靠稳定、安装方便，具有极好的经济效益，而且在其他领域也具有极好的推广应用价值。

二、位移强度调制原理

1、传感探头的结构

传感探头的结构如图1，各部分作用如下：

(1)输入光纤：传输光源产生的光能量。

(2)输出光纤：接收调制后的光信号并传输给光电探测器。

(3)导热板及导热块：将环境温度传给双金属片。

(4)双金属片：感受被测环境温度变化并产生相应的变形。

(5)遮光片：将双金属片的弯曲变形转换为直线位移，从而通过遮断光路的大小对光信号进行强度调制。

系统实验

1、实验系统设计

实验系统中使用温度调节范围为10℃～200℃的干燥箱来产生温度场，将温度探头置于温度场中，如图6所示。为了准确标定和测量温度场中温度探头所在测量点的温度变化，将一只测温范围为0℃～100℃、分辨率为1℃的水银温度计和一只测量范围为-50℃～250℃、分辨率为1℃的热电耦温度计与系统温度探头完全接触地放置在一起。当干燥箱缓慢加热升温时，温度场的变化会比较缓慢，从而使得温度场中十分接近的不同点之间的温差不会太大。因此在实验中要求缓慢调节干燥箱的温度，使得热电耦温度计和水银温度计的读值差小于1℃，在这种情况下可以近似地认为温度探头、热电偶温度计和水银温度计所处的温度相同。由于热电偶温度计的灵敏度很高，所以实验值设定以热电偶温度计的读数为准。

结论

实验结果表明，该方案是可行的。该测量系统具有良好的电绝缘性和抗电磁干扰能力，而且测温元件尺寸小，整个系统结构简单，成本低，能适应于大多数场合应用，对于少数测量精度要求高的场所，也可通过加装准直系统等来达到，但相应成本也要增加。