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分布式光纤测温系统的工作原理及传感过程

2022-06-19 08:31:28 小猪 IT资讯

  分布式光纤测温系统按后向散射原理可分为三种类型:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前开发比较成熟,工程上使用的产品是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。其传感原理主要是基于光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的背拉曼散射温度效应。

  随着我国经济的发展,电力系统正朝着特高压、大电网、大容量、自动化的方向发展。一旦发生事故,将对国民经济造成巨大损失。如何对运行中的电力设备进行在线监测、安全预测和温度趋势分析?如何通过实时数据科学分析设备质量、运行环境、运行模式、设备老化、负载不平衡等?这些都是迫切需要解决的电力系统问题。传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻测温系统等只能测量电力系统局部位置的温度,不能为安全、经济运行和高效维护。分布式光纤测温系统可实现多点、在线分布式测量,实现对运行设备的实时在线监控,有效解决现场发生的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故问题需很长时间。. 在电力系统中,这种光纤测温技术具有高压电力电缆、电气设备接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的优点。广阔的应用前景。实现对运行设备的实时在线监控,有效解决现场长期发生的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故问题。. 在电力系统中,这种光纤测温技术具有高压电力电缆、电气设备接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的优点。广阔的应用前景。实现对运行设备的实时在线监控,有效解决现场长期发生的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故问题。. 在电力系统中,这种光纤测温技术具有高压电力电缆、电气设备接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的优点。广阔的应用前景。电气设备、电缆夹层、电缆槽、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施接触不良引起的发热部位。广阔的应用前景。电气设备、电缆夹层、电缆槽、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施接触不良引起的发热部位。广阔的应用前景。

  分布式光纤测温的基本原理

  1、分布式光纤测温系统按后向散射原理可分为三种类型:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前开发比较成熟,工程上使用的产品是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。其传感原理主要是基于光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的背拉曼散射温度效应。

  (1) 光时域反射仪(OTDR)原理

  当激光脉冲在光纤中传输时,由于光纤中折射率的微观不均匀性而发生散射。在时域中,入射光通过后向散射返回光纤入射端所需时间为t,激光脉冲在光纤中行进的距离为2L,其中v为光在光纤中的传播速度光纤,C 是真空,是光速,n 是光纤的折射率。当测量时间t时,可以得到到光源L的距离。

  (2) 光纤的后向拉曼散射温度效应

  当激光脉冲从光纤的一端射入光纤时,光脉冲沿光纤传播。由于光脉冲与光纤内部分子之间的弹性碰撞和非弹性碰撞,光脉冲在传播过程中的每一点都会被反射,反射光的一小部分向与反射方向相反的方向反射。入射光(也称为入射光的方向)。向后)。这种回射光的强度与光中反射点的温度有一定的相关性。反射点的温度(此时光纤的环境温度)越高,反射光的强度就越高。利用这种现象,如果可以测量回射光的强度,

  由公式表示:当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子发生相互作用,会发生瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射,其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用产生的通过能量交换。如果将一部分光能转化为热振动,就会发出波长比光源长的光,称为斯托克斯光;如果将一部分热振动转化为光能,就会发出比光源波长更短的光,称为反斯托克斯光。根据拉曼散射理论,在自发拉曼散射条件下,两束反射光束的光强与温度有关,它们的比值R(T)为:

  (1) 其中 和 分别为斯托克斯光强和反斯托克斯光强,h 为普朗克常数,k 为玻尔兹曼常数,T 为绝对温度。从式(1)可以看出,R(T)只与温度T有关。因此,我们可以通过反斯托克斯光强与斯托克斯光强的比值来测量温度。

  分布式光纤测温系统的传感过程

  如图1所示,分布式光纤测温系统的传感过程如下:电脑控制同步脉冲发生器产生具有一定重复频率的脉冲。一方面,该脉冲调制脉冲激光以产生一系列高功率光脉冲。另一方面,它向高速数据采集卡提供同步脉冲,进入数据采集状态。光脉冲通过波分复用器的一个端口进入传感光纤,在光纤中的各个点产生反向散射光,返回波分复用器。后向散射光通过波分复用器中的薄膜干涉滤光片,滤除斯托克斯光和反斯托克斯光,分别从波分复用器的另外两个端口输出,分别进入。在光电探测器(APD)和放大器中进行光电转换和放大,将信号放大到数据采集卡可以采集的范围。最后由数据采集卡存储处理,用于温度计算。

  分布式光纤测温系统在电力系统中的应用

  (1) 电力电缆温度监测

  在电力系统中,电缆线路起着传输高压电能的作用。电缆经常因长期运行而出现绝缘老化,外部环境恶劣和内部大负载电流可能引起局部高温甚至火灾。因此,需要对电缆进行实时在线监测,及时发现故障,将事故杜绝在萌芽状态。分布式光纤测温系统可在线监测电力电缆运行状态,实时掌握整条线路运行状态,有效监测电缆在不同负载下的发热状态,提高电缆管理水平; 可对火情进行监测报警,识别电力电缆局部热点,提前发现电缆故障,提前预警,防止事故发生;可优化输配电资金,根据温度确定电缆负荷变化,合理配置负荷。扩大现有电缆的容量,增加电缆的工作寿命;可以发现电缆在运行过程中的外力损坏。

  (2) 变电站温度监测

  分布式光纤测温系统以其独特的优势被广泛应用于变电站的温度监测。可实现对主要设备的温度监控。通常,外护套光缆作为主变室的火灾监测报警系统,热塑性外护套光缆用于对套管的“零距离”实时监控。变压器。,GIS通过墙管与温度电线连接。可实时监测开关柜内易发热部位,与开关柜通风系统配合使用,使柜内温度保持在允许范围内;

  (3) 高压配电装置的温度监测

  开关柜中的电缆接头、10KV、35KV高压开关柜中的动、静触头以及电气设备的连接器,由于长期运行会导致可靠性和接触性变差,是容易发生故障的薄弱环节。主要原因是这些零件接触不良,接触电阻大,在大电流情况下热功率很大,造成过热,加剧接触面氧化,进一步增大接触电阻,形成恶性循环。会造成严重的故障,破坏供电的安全性和可靠性。分布式光纤测温系统可将光纤缠绕在连接器上,实时监测其温度,在发生事故前及时发现并采取措施。对于发电机绕组、变压器等体积比较大的重要部件,可以在其表面缠绕光纤,增加了光纤在测量区域的长度,提高了测量精度,可以快速发现高温故障温度曲线上的点。.

  分布式光纤测温系统集光纤传感、光纤传输、光纤通信、光电控制和电脑技术于一体。具有本质安全、长期可靠、抗电磁干扰、测温精度高、实时在线等优点。对电力系统运行设备进行多点、实时、在线监控。该系统已在国内外电力系统中得到广泛应用和认可,进一步提高系统的稳定性和可靠性将使其在电力系统中的应用更具前景。感谢您的阅读,希望对您有所帮助,请继续关注,我们会努力分享更多优秀的文章。

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