温度在线监测系统的应用

温度在线监测系统的应用

摘要：光纤式热点温度监测系统是一种利用光在光纤中传播的某种特性，实现

实时测量空间温度场分布的新技术，对光纤沿线场所的温度进行分布式连续检测，本文介绍了光纤式热点温度监测系统的原理、结构、安装及功能的实现。韶钢第

二热电站35kV开关柜自采用了FET-8801C光纤式热点温度监测系统以来，已在运行过程中发挥了作用，避免了2起重大生产事故。

关键词：温度监测韶钢第二热电站生产事故

1前言

电力事故不仅影响企业本身的经济效益，而且会给国家财产和职工的生命安全造成巨大

损失，任何供配电故障都有可能引发灾难性的后果。一般说来，造成电气设备严重事故的诱

因是高压设备过热导致绝缘损坏引起的，如何通过对高压电气设备温度的在线监测来避免事

故的发生就成为主要问题。

韶钢第二热电站共有12面35kV开关柜，开关柜均是全封闭式的，运行人员无法对内部

的关键接触点进行点检和测温。该站发生过由于开关触头弹簧疲劳造成压力不足，引起动、

静触头接触不良，导致发热而烧损动触头，引起短路诱发全站失电的恶性事故。二站是重要

的供电环节，因此在高压开关柜上加装测温系统是完全有必要的，该站应用了迅捷光电公司

的FET-8801C光纤式热点温度监测系统后，系统发挥了作用，避免了2起重大供电生产事故。

2 系统原理及结构

2.1系统原理

光纤式热点温度监测系统是基于光纤的后向拉曼散射温度效应，当一个激光脉冲从光纤

的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生弹性

碰撞和非弹性碰撞，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反（亦可称为后向）。这种后向反射光的强度与光线中的反射

点的温度有一定的相关关系。反射点的温度（该点光纤所处的环境温度）越高，反射光的强

度也越大。利用这个现象，若能测出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就

是光纤测量温度的基本原理。

光纤光栅在线温度监测系统中的光纤传感器不带电，抗射频和抗电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀，耐电离辐射和强电磁场，能在有害环境中安全运行。系统具有自标定、自校准和自

检功能，在光纤受损时不仅可继续工作，还可以检测出断点位置。其运行和控制是通过计算

机实现的，可将报警区域、光缆配置图等事先输入计算机，可自动或手动实施显示、打印、

存储、报警区域、故障性质、温度的传播方向、升温速率和温度分布情况等。

2.2系统结构

系统结构如图1所示，FET-8801C光纤式热点温度监测系统由FTS-200光纤光栅温度传感

器探头、FET-8801C分析仪、传输光缆及附件四部分组成。一套FET-8801C系统可以同时对多

达256个温度测点进行实时温度监测。二站共计12面35kV开关柜，每个开关柜需测6个温

度点，总计传感器数量72支。系统预设通道总量8个，每个通道各自同时监测两个开关柜。系统采用先进的集散结构，每支光纤传感器都独立工作，在很大程度上提高了系统的可靠性，主控室与开关柜之间通过8芯光缆进行通讯。

图1、系统结构图

3 系统的安装及功能实现

3.1系统的安装

本系统的分站监控计算机和光纤光栅测温主机安装在控制室的监控柜内，并设置一台监

控计算机进行远程监控。为了准确测量触头的温度，用耐高温、高导热性的航空硅胶将光纤

传感器固定到开关柜的静触头上与动触头的接合部位。硅胶通过与空气中的水份缩合反应放

出低分子引起交联，从而硫化成高性能弹性体，它具有耐高低温、耐紫外线、耐臭氧老化和

优异的电气性能。它对于金属有很强的粘性，当胶体完全固化后需用约110N（11公斤）以

上的破坏力才能将传感器拆下，同时胶体的弹性还使传感器在被固定后有很好的抗震性，避

免了开关断开、闭合时产生的振动导致传感器脱落。

完成传感器的安装后，用绝缘扎带将尾纤扎在与静触头后部连接的铜排上，以防止万一

传感器脱落时搭到相邻的触点上。为了开关检修方便，同时不易损坏光纤、尾纤，敷设路径

尽可能避开可动部位（如手车开关、操作机构部位）及易碰撞部位。光缆和尾纤尽量沿着柜

体角落走线，或是跟柜内二次线捆扎在一起。从监控室到现场开关柜光路盒的通讯光缆采用

抗拉抗压的金属铠装电力专用光缆，所有光缆均走弱电桥架，根据现场情况布设PVC管。开

关柜内传感器尾纤接头直接与光路盒连接。

由于光纤具有良好的绝缘性能，光纤传感器0.1米长的尾纤可以达到45kV的绝缘等级，0.5

米长的尾纤可以达到220kV的绝缘等级。加之35kV开关柜为全封闭式结构，防尘性能较好，一般情况下不会造成相间故障。

3.2系统功能的实现

采用光纤传感器在线监测开关柜内高压连接点的运行温度，确定被测对象的过热程度，

当发生超温时，测温系统发出报警或预警信息通知用户。

测温过程如下：受调制的半导体超辐射LD发出宽谱的脉冲光信号，光信号经过光纤放大

器放大后一直传输到光纤光栅温度传感器。每一个光纤光栅温度传感器反射回一个与自身温

度相对应的窄谱脉冲信号。不同传感器的信号在返回时受光纤时延线的作用，在到达函数滤

波器前排列成一个脉冲序列，这一脉冲序列包含了所有传感器的温度信息。光探测器将光脉

冲信号转换成电脉冲序列，信号处理部分对电脉冲序列进行采样和分析，即可确定每一个光

纤光栅传感器的温度。

总的说来就是当被检测点的温度发生变化，光纤光栅反射波长就会随之改变，通过检测

波长的变化就可以计算出该点的温度，进而可以对被检测物体的安全状况做出判断。二站报

警点预设为预警温度60oC，报警温度70oC，当温度超过预设温度时电脑自动弹出画面，通

知值班运行人员。测温系统相当于高压开关柜的“体温计”，随时给开关柜的状况进行“把脉”。

4、技术特点和先进性

该测温系统具有如下三个技术特点：

其一：光纤传感系统是以光纤作为信号的传输与传感媒体，能够实时探测环境温度变化

情况，进行分布式测量，该产品监测灵敏度高，可实现无电检测，本质安全防爆、抗电磁干扰、防止雷击。

其二：可靠性及准确性高，长期稳定性好、电绝缘、耐腐蚀、对被测介质影响小、可分

布式检测。

其三：系统符合本质安全、防爆防静电要求、系统能输出报警信号及实时温度信号。

5 存在问题和改进措施

由于光纤是直接安装在开关柜的母排上，当高压柜正常维护、检修时需要特别注意不能

踩到光纤，一不注意就会踩断光纤，影响其正常的测温功能，如果改为无线探头测温，通过

无线发送数据就可能解决此类问题了。

6结论

测温系统能提前发现事故隐患并报警，保障设备运行的安全性，避免不必要的损失。另外，测温系统的广泛使用还能将工作人员从繁重的人工巡检中解脱出来，集中监控。同时提

供大量在线监测数据，为用户全面了解和评价设备的使用情况提供可靠依据，指导以后的检

修工作。通过对开关柜内温度连续监测，实现故障的早期报警，当发生故障时，提供及时报

警并指明故障点位置，并提供故障分析的详尽监测数据，可以保证开关柜的安全可靠运行，

提高供电的安全性、可靠性。

由于光纤测温具有相当多的优势，而且在韶钢第二热电站同已有很成功的应用案例，因

此具有较高的推广和应用价值。目前，正考虑在韶钢220kV柏山变电站进行改造应用，今后

也会逐步在其他变电站、开关站等重要的供电设备上进行安装使用。

作者简介：

谢忠忠：出生日期1980年10月，大学本科毕业，学士学位，电气自动化工程师，宝钢集团

韶关钢铁有限公司能源环保部调度主任，当前研究方向为大能源动态管控与调配。

杨熙：出生日期1982年6月，大学本科毕业，电气自动化助理工程师，宝钢集团韶关钢铁