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分布式光纤测温系统在电力电缆在线监测中的作用分析

  摘要:分布式高压测温系统目前广泛应用于电力电缆在线监测系统中,具有体积小、重量轻、结构简单、使用方便、耐高压高温和抗电磁干扰等特点,是目前电力电缆在线监测实现有效故障诊断及精确定位技术的最有效的手段。在电力电缆的在线监测中,分布式光纤测温系统能够连续测温,显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线,能够对被测区域进行划分、编程、设置温度报警值,显示出监测区域最高温度以及其他相关报警指标,从而最大限度地保障电缆安全,使其在电力电缆在线监测的应用中具有广阔的发展前景。本文简要概括了分布式光纤测温系统的技术原理及其优势,分析了分布式光纤测温系统在电力电缆在线监测中的作用和功能特点,揭示其未来发展前景。

  关键词:分布式光纤测温系统,技术原理,在线监测中的作用

  随着我国城市化进程的不断加快,电力电缆规模速度不断扩大、电压等级也不断提高,加之电缆因长期运行而容易发生绝缘体老化,因而在内部高负荷电流下易引起局部高温甚至火灾。电力运行的安全性、稳定性问题日益突出,亟待有效的在线监测手段的出现。研究表明,温度是影响电力电缆安全运行的一个重要因素,因为温度是检测电力电缆运行是否出现故障的一个重要因素。当电力电缆发生故障负荷过重时,故障点附近的温度会上升,当电缆负荷减少或故障排除,电缆整体问题也会随着相应降低[1]。因而在电力电缆运行中,运用分布式光纤测温系统进行在线监控,可以及时通过监测电力电缆的温度值掌握其运行状况,避免发生电缆故障。本文即拟通过对分布式光纤测温系统的工作原理和特征的揭示,分析其在电力电缆在线监测中的作用。

一、分布式光纤测温系统概述

  1.1分布式光纤测温系统的技术原理

  分布式光纤测温系统的测温原理主要是基于拉曼散射原理,采用DTS分布式光纤测温技术,对被测物体的表面温度进行实时监测[2]。光纤本身不仅具有信号传输的作用,而且还可以用于探测温度,即传播传感一体化。其基本工作原理是通过激光器发出光脉冲,与光纤分子相互作用从而产生散射,这种散射又受到被测物体热震动的影响,因此可以用来测量物体的表面温度。根据分布式光纤测温系统的散射信息,结合对脉冲光源的强度及信号的采集和处理,可以得到电缆不同测量点的温度,包括电缆沿线以及接头处的实时温度。

  1.2分布式光纤测温系统的优点

  传统的电温传感器的主要包括热力传感器、热电阻传感器以及一些特殊的半导体传感器等,这些传感器安全性和稳定性并不高,容易受电磁干扰,而且还易燃、易爆,抗腐蚀性能力较差[3]。在技术操作上,传统的电温度传感器主要是点式测量,易产生测量盲区,而且由于结构较复杂,在实际工作中也不便于安装、布线,日常维护工作量大,安装和维护的成本高。分布式光钎测温系统则很好地克服了上述弱点,与传统电缆感温系统相比,它有以下优点:

  (1)测量距离长(可至10km),只需要一条光缆便可以完成测控和信息传输,解决了较长电缆线路电缆表面温度的测量问题;

  (2)线性测量,无盲区,可以对光纤任意一点的温度量作出准确的测量,且灵敏度优于常规感温电缆,信息量大,数据直观;

  (3)光纤价格较感温电缆便宜,且体积小、重量轻,纤细柔软、抗拉伸,耐腐蚀,不受电磁干扰,便于安装和日常维护;

  (4)光纤测温的实时性较好,预警性强,可以有效避免电缆在过热的温度下运行,保障电缆运行安全。而且在光纤测温系统温度达到报警值时,也不影响系统的正常使用,可靠性较高。

二、分布式光纤测温系统在电力电缆在线监测中的作用

  2.1连续测温、实时监控

  光纤既是传输信息的导体,又是分布测量的传感器。分布式光纤测温系统能够连续测温,实时显示线路上各点的温度及整条线路的温度变化曲线。在电缆中,各点温度随时间变化曲线以及常规监控指标,在正常情况下显示为监控域全局状态视图,当电缆温度变化曲线出现异常时,分布式光纤测温系统会发出报警信号,将状态视图切入到报警画面或故障信号所在区域分布图,同时还会显示故障区域的最高温度或者其他相关的报警指标[4]。由于分布式测温系统的测温介质采用光纤,这种材料本身就具有测量精度高、测量速度快的特点,因而可以精确的定位事故发生点,其实时监测的时间一般不超过10s,温度分辨率精度可达0.1℃,空间分辨率可达到1米,精度和准确度极高。此外,分布式光纤测温系统由于所带数据库基于CPU技术存储数据量大,所以其测量数据存储在系统中,方便调用不同时段数据在测量过程中同步浏览。

  2.2分级报警、安全保障

  分布式光纤测温系统运用于电力电缆在线监测中是为了杜绝电缆沟内各电缆接头处由于温度过高而引起火灾事故,它可以将各电缆接头处的温度及时准确传送到主控室内,当被测点的温度值超过了预定的报警值时,系统便能够及时报警。在实际工作中,光纤测温系统可以对被测区域进行划分和编程,对其设置不同的报警值(如60℃、70℃、80℃)进行分级报警[5],并且可以对不同的报警区域设置不同的报警类型,如定温报警、差定温报警、温升速率报警、平均温度报警、系统故障报警、光纤断裂报警等,具有广泛的适用性和实用性。在电力电缆运行中通过分布式光纤测温系统的在线监测,可以实时掌握整条线路的运行状态,对电缆沟内的火情进行检测和警报,防止事故的发生,提高电力电缆运行的安全性。

三、分布式光纤测温系统前景展望

  目前,分布式光纤测温系统运用于电力电缆的在线监测还处于初级阶段,技术尚不十分成熟。电力电缆运行状态的在线监测包括电缆测温、载流量监测、护层电流监测、局放监测等,应根据电缆的电压等级和各线路的不同侧重点选择设置其监测功能,而按其重要性、经济性和消防等相关要求,电缆测温功能应首先被选择。随着我国电力电缆规模速度的不断扩大,电缆状态的检测也会不断完善,分布式光纤测温系统作为目前电力电缆在线监测进行故障判断和定位技术最有效的手段,将会被逐渐大规模地应用于电力电缆在线监测系统中,给电力线路的正常运行、检修和监测带来很大方便[6]。

四、结语

  综上所述,分布式光纤测温系统实现了电力系统运行设备的多点、实时和在线监测,能够有效、实时地提供电力电缆的分布式温度信息,为电缆故障提供温度预警功能,准确及时地排除电缆故障,是目前电力电缆在线监测最有效的手段之一。它不仅能够有效提高电力电缆运行的安全和稳定,避免电缆故障的发生,同时它也方便了电力部门及时对电缆老化和线路超负荷的日常维护,减少了由于停电对用户造成的经济损失。当前,分布式光纤测温系统已经在国内电力系统中得到的广泛的认可和使用,随着该系统稳定性和可靠性的不断增强,将使其在电力系统中的应用前景更加广阔。

参考文献:

  [1]牟建,王继征.光纤测温技术在表面温度在线监测中的应用[J].电工文摘,2016(3).

  [2]陈健.光纤测温系统在电力电缆中的研究和应用[D].华南理工大学,2016.

  [3]王慧.电力电缆光纤拉曼测温系统数据处理方法的研究[D].辽宁工业大学,2017.

  [4]李双厚,李庆延,张国庆,等.基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统[J].山东工业技术,2018(4):156-156.

  [5]王国忠.一种电缆温度在线监测用光纤复合导体:,CN105679451A[P].2016.

  [6]田晓霄,李水清,陈泰,方临川.基于分布式光纤测温的电力电缆温度在线监测系统[J].电气自动化,2014,36(04):106-108.

作者:郝志伟 《电力设备》2018年第18期

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