智能变电站红外成像及光纤传感在线测温监控系统产品简介.doc

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1、智能变电站红外成像及光纤传感在线测温监控系统产品简介烟台艾睿光电科技有限公司二0一一年三月目 录概 述2第一部分 IRT513-C红外热成像在线监控系统指标及功能4一、红外热成像在线监控系统主要技术参数和功能41.1、系统设计原则4A、技术先进；全面解决电力设备实时监测中的技术难题。4B、自动化程度高；自动搜索目标、监测温度并发出报警信号。5C、实用性强；功能齐全、可视化操控界面一目了然。5D、可靠性高；结构合理、接口开放、稳定可靠。61.2系统在总体设计上的优势61.3 系统整体指标及功能71.4 测温软件功能91.5系统实现的主要功能9二、红外热成像在线监控系统组成121、前端现场监测单元

2、132、后台主控通信中心133、智能监测客户端14三、红外热成像在线监控系统技术特点151、技术先进：采用最新数字图像技术和机械控制技术152、实用性强；多种实用工作方式供操作者选择153、可靠性高；模块化设计稳定、可靠，符合国际标准164、功能完善：具有管理秘书功能的短信工作平台16技术标准18第二部分 光纤传感温度在线监测系统21一 、全封闭电力设备温度监测的必要性211、 全封闭电力设备运行状态监测现状212、 全封闭电力设备温度在线监测的必要性21二 、光纤传感技术温度在线监测的可行性分析221、 光纤传感的定义和分类222、 光纤传感的特点233、 总结24三 、光纤光栅温度在线监测

3、系统在开关柜温度点监测中的应用241、光纤光栅传感原理242、光纤光栅传感系统组成253、光纤光栅传感系统的主要指标263.1 传感器的主要指标263.2 监测仪的主要指标274、安装方式27四 、分布式光纤温度传感器（DTS）在电缆测温中的应用291、分布式光纤传感的原理292、分布式光纤传感系统的组成303、分布式传感系统的主要功能和指标303.1 分布式测温主机303.2 测温光缆参数314、系统主要特点325、安装方式34五 、国内典型应用案例35概 述随着科技的不断进步，社会的发展，电力设备自动化控制和现场无人值守巳成为必然趋势。此时，对无人现场进行全面、完美的监控尤为重要。特别是近

4、两年智能电网概念的提出，对于在线状态检测监控技术有了更高的要求。智能电网，就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。系统的

5、控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的这些调整，选择最小成本的能源输送系统，提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。红外热像诊断技术的应用，解决了电网中的大量户外及裸露设备热性故障问题，经济效益和社会效益显著。由于该技术是对设备表面辐射的红外光进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰，因此具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广等特点，已成为电力设备健康状态监测和故障诊断的重要手段。 对于全封闭金属铠装开关柜内如断路器、刀闸联接点和触头的测温，红外热像仪限于红外线不能穿透物体的特性而无法进行，多年来由于无法突破有关技术使

6、得这一领域掌控电力设备安全运行受到一定限制。我司研发的光纤光栅感温故障监控系统彻底地解决了这一疑难杂症，实现了电力系统开关柜及一些闭合设备等一次运行设备的实时在线检测，通过对设备实时数据的分析和预测，防止事故的发生，真正地作到防患于未然。其次也为实现状态检修，提高检修效率，大大降低检修成本和管理成本起到关键的作用。本设计方案采用模块化集成的设计理念，根据电力行业规程，提出一揽子解决问题的方案，不仅红外热像在线监测系统可作为独立的系统运行；光钎测温系统也可自成系统，而且作为一个信息化建设的组成部分具有与数据库系统的开放性接口，本系统所采用的各软硬件设备均为当前红外热像在线监测及开关柜内部测温年系

7、统中所使用的最新先进技术和产品并经过时间证明其为可靠安全的系统。本系统有很强的可拓展性。可不断实现新技术、新设备扩展，与其它系统有较强兼容性。第一部分 IRT513-C红外热成像在线监控系统指标及功能一、红外热成像在线监控系统主要技术参数和功能1.1、系统设计原则系统的总体设计是整个系统工程的关键。需全面构思，周密设计，使产品具有良好的操纵维修性能和使用性能，同时降低设备的维修和使用费用。具备完全自主的知识产权和完整的生产制造能力，使成本能有效控制。系统模块化设计，优先选用标准件，标准化的零部件，减少品种和规格。并考虑到当前实际需求和系统今后的升级、换代。总之，系统在总体设计做到以下几点：A、

8、技术先进；全面解决电力设备实时监测中的技术难题。 采用最新红外技术，能准确监测电力设备的发热缺陷。在无光的夜晚效果更佳。同时配有高变倍可见光摄像机，在白天对红外观察提供更加有效的辅助视觉支持。有效解决电力设备定期循捡需要大量人力、车辆、配套设备等复杂难题。 红外设备采用一流的密封设计。红外镜头、机芯、接线采用一体式密封，有效防止电路板、焊点、接线等电路接触点的腐蚀和老化，大大延长电路板的工作寿命，保证设备工作可靠性；同时通过先进的纳米导热管技术将机芯的发热传导到机壳，解决了在全密封状态下设备散热的难题。 配置免维护高速室外专业云台。具有预置位设置、预置位巡航、及控制为反馈等多种功能。能在野外环

9、境下长期稳定工作、无需做保养，保证工作可靠性、减少检修强度。与红外热像仪配套使用，大大增强红外热像仪监控能力。 采用先进的光纤图像、控制传送技术。每个红外热像仪监控点与监控中心的连接仅需一根光纤和一根电源线。增加红外热像仪监控点时仅需从最近的监控点扩展接线就能实现通讯传送功能。有效将敷设线路的难度降低，大大缩短施工周期和难度。使监控系统的组网和扩充更加便捷、灵活。 监控中心管理功能扩展。除满足工作人员需要的监控、报警、录像功能外。可以扩展局域网互联，其他办公室管理者也可以通过局域网及时观看现场红外设备工作情况。还可以将红外热像仪监控图像传送到InterNet。在异地或更远的地方，也能通过上网连

10、接监控中心的全球眼设备了解红外热像仪监控状态。使监控系统的功能得到更大的扩展和延伸。B、自动化程度高；自动搜索目标、监测温度并发出报警信号。 图像识别和跟踪算法是我公司的一项特长，并申请了多个相关技术专利。在提高自动化方面，这些算法功能能够解决自动搜索目标，并进行测温及报警和录像等功能。大大提高了自动化程度，减小工作人员的劳动强度。 自动巡检功能；红外测温仪可以根据预先设置的检测流程对监控场景中的监测目标进行定时巡检；同时可以对同间隔设备进行三项对比检测，横向比较同间隔设备的温度变化，发现设备异常温度。 温度报警功能；自动生成温度检测结果，并保存温度异常设备的温度检测图片和信息。同时将报警信息

11、发送到设备管理人员，使其及时了解设备运行状况。C、实用性强；功能齐全、可视化操控界面一目了然。 红外提示按键不停闪耀，提示工作人员发现了异常设备需要及时处理，并同步进行图像录像。以上是系统工作时的报警场景。监控系统自动的完成了可疑目标的识别、报警和提示功能。 进一步对可疑目标的排查。当发生报警后，工作人员可以马上操控报警的红外热像仪，将控制位调整到报警地点，同时启动红外热像仪具有的红外双视场功能，将监控区域的图像放大。报警目标的轮廓、特征细节被红外光学系统放大后更加清晰的显示在图像中。 报警录像是日后生成检修报告的重要依据。红外监控系统可以将全部红外设备的图像信息不间断录制下。并对报警图像按日

12、期编制保存。通过宽展硬盘保证录像数据可以长期保存，并可以通过DVD刻录机刻录到光盘中长期保管。D、可靠性高；结构合理、接口开放、稳定可靠。 系统具有性能可靠、技术成熟、功能完善、体系先进的分布式结构，系统配置灵活、操作方便、布局合理，满足长时间稳定工作的要求。 系统具有良好的标准性、开放性、集成性、安全性、可扩充性及可维护性，可根据需要方便地进行网络逐级汇接，增减各类站级前端设备等。 系统所使用的视音频编解码标准采用符合大规模拓扑网络的传输需要的、低比特率的、交互式的、先进通用的国际标准。 系统所用软件、硬件、人机界面、通信协议和通信接口等遵循当前最新国际标准、国家标准、工业或行业标准。 采用

13、符合国际标准的耐压、抗浪涌电压冲击、抗雷击、抗强电磁干扰等其它抗干扰措施。 系统各层次的网络互连优先使用现有的网络资源。1.2系统在总体设计上的优势（1）先进性首先采用的红外机芯组件具有如下特点 采用当今顶级、技术成熟的高灵敏度非制冷焦平面（VOx探测器）核心器件。（NETD40mK） 无热噪声，极佳的图像均匀性（0.25%）和温度稳定性，全天候长时间工作，无须补偿。 系统工作电压范围宽、功耗低（DC524V；2.0W）,具有良好的电子学特性。 优于国军标GJB对使用性环境要求（-40+60），适用于更恶劣的试验性环境（-45+75）。 标准灵活的计算机接口实现了整机强大功能，具有视频同步信号

14、输入、异步复位、串口控制、LVDS（或USB2.0或以太网口）数字视频与控制、PAL视频输出等，通讯协议开放并可灵活更改，同时为用户可提供二次开发所需的软件包。（2）完整性 功能完备，接口丰富，结合了以DSP和千万门级的FPGA为核心的实时数字图像处理系统。可以进行自动、手动图像增益调节，图像黑白、调色，图像抓拍、存储，自动/手动校正，数字光标。（3） 易操作系统操作简单方便，参数的设置提供说明性文字，并提供可选项供用户选择，减少用户使用系统时的工作量。本设计提供了方便，易用的用户操作接口。（4） 稳定性系统稳定可靠，具备较高的响应效率。在系统设计、实施和应用时，从系统结构、技术措施、软硬件平

15、台、技术服务和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统应用中最低的故障率，确保系统较高的性能和稳定性。1.3 系统整体指标及功能 红外探测机芯技术指标探测器材料：VOx非制冷凝视焦平面响应波段：8m14m像元素：320240像元尺寸：38m38m电子调焦：有帧频：25HzNETD:40mk(F/0.7)供电电压：DC524V（标准12VDC）功耗：小于2.5W模拟输出格式：PAL制数字视频：16bit, LVDS接口（或USB2.0）工作温度：-40+75 红外成像整机技术指标l 测温范围：0200l 测温精度：2或2%满量程l 温度分辨率（NETD）：0.05l 光学系统：f=40mml 视 场

16、 角：17.2O13.1O；（可根据用户要求设计）l 图像刷新频率: 50Hzl 通过内置和外置黑体，全自动校温l 输出视频格式：标准PAL或NTSC制式l 测温稳定性：0.31.4 测温软件功能 测温功能a） 支持点、线、圆、矩形、多边形、两点温差a) 可以修改测温对象的显示颜色、名称。b) 可以修改某个测温对象的发射率。c) 线、圆、矩形、多边形最高温、最低温显示。d) 任意两点温差、相对温差、 相对温差比e) 测温对象可以随意移动位置，改变大小。f) 可以选择将测温对象的温度、最高温、最低温度或平均温度。 实时显示光标所在位置的温度。 线分析曲线图显示温度分布，温度值坐标与空间位置同时对

17、应移动。 可以修改图像颜色，保存其他格式的图像文件。 直方图分析。以柱状图的方式显示对红外图像、线、圆、矩形、多边形的温度统计。 打开图像时可以预览图像。 八种预置伪彩色显示，可随意切换显示方式。 等温线功能。用指定颜色（3种颜色）显示某个温度范围的图像。通过报表向导生成报表，报表模板可以根据单位标准定制。1.5系统实现的主要功能 红外监控软件能实时对红外图像中任意鼠标指示点进行点测温,响应时间小于0.2秒；能对监控目标进行温差检测，并具有温差趋势分析功能。同时红外图像采用全数字处理方式（采集、传送、分析、存储）。可以保存红外图片和红外录像，并具备回放再次测温的功能。 自动巡检：系统具备预置行

18、程，红外测温仪具有定时自动循捡功能。并能对被监测设备进行录像及快照。最大利用计算机系统的智能方式运作，无需看管而自动巡测。 自动预警：发现目标设备温度异常自动报警，存储设备工作状态热图，可根据报警信号位置切换指定红外热像仪器画面，实现报警联动，提示人员具体位置状况信息，以便马上排除故障及给出工作报告。系统能根据工作人员需要和现场运行经验进行灵活设置保障监控、报警的准确性，确保故障时动作迅速、非故障时误报率低，并具有短信告警功能。 远程控制：在变电站应实时监视同一变电站多路（1、4、9、16）实时红外图像信息并实现一机同屏同时监视,同时红外图像中叠加测温信息；除在变电站可监视外，还应实现在华中电

19、网公司技术中心对多个变电站区域内场景情况的远程温度分析，远程监视; 红外测温仪具有远程控制休眠、唤醒功能。 监视上述监测范围内的设备外观状态、工作状态、温度场分布情况； 变电站端红外视频监控有告警硬接点接至变电站综合自动化系统或远动设备，提供消防、预警的远动报警信息。同时因设备故障有一个变化的过程。我们在系统中加入了数据库，记录设备运行中温度变化的全部过程，符合状态检修的要求，更有利于操作人员对设备状态的把握。 自动报表：系统应具备定期报表（按预置行程），以及发现过热故障的应急报表功能；随时调出记录数据回顾以往现场状况。 每路云台提供50路预置点，红外镜头同时具有相应数量的控制预置点,对预置点

20、图像自动抓拍或手动抓拍同时可进行红外图像数字录像。同时红外镜头和可见光摄像机具有与云台相应数量的预制位控制，确报抓拍图像时，图像的清晰、测温准确。 红外热像仪及可见光摄像机均能控制变焦、自动聚焦，适应低温运行，红外热像仪具有环境温度补偿功能，全工作温度范围温漂小于3C。 后台具备C/S、B/S两种软件操作模式；具备完善的图像分析、预置位历史温度曲线分析，红外和可见光软件上提供合成，能够在可见光图像上准确显示最高温度、光标点温度、区域平均温度。 现场红外热像仪可通过视频信号电缆将热像仪的现场热像图谱输出传输至主控室现场监测主机，主机配置工作环境后自动运行，实现实时红外热图显示、数据采集、数据存储

21、及上传、热像仪的云台、镜头控制。二、红外热成像在线监控系统组成整个系统由前端现场监测单元、后台主控通信中心和智能监测客户端三部分组成，如下图所示。系统具有良好的标准性、开放性、安全性及可维护性，可根据需要方便地进行网络逐级汇接，增减各类站级前端设备等。同时系统具有性能可靠、技术成熟、功能完善、体系先进的分布式结构，系统配置灵活、操作方便、布局合理，满足长时间稳定工作的要求。系统所使用的视音频编解码标准采用符合大规模拓扑网络的传输需要的、低比特率的、交互式的、先进通用的国际标准。每个现场监测单元还采用符合国际标准的耐压、抗浪涌电压冲击、抗雷击、抗强电磁干扰等其它抗干扰措施。1、前端现场监测单元现

22、场监测单元由红外测温仪、高速云台、控制箱（电源适配器、光纤收发器等）组成。结构简单、安装方便，同时多个现场监测单元可以串行连接，有利现场单元的新增、扩展。红外测温仪和高速云台配合可以对现场多个目标进行实时监测，也可由软件控制对被监测对象进行多种方式的巡检。红外图像信号可以数字和模拟两种方式通过光纤传送到主控通信楼。高速云台可记录多个预制位，可根据用户需要制定多种运动速度，快速转动到用户指定位置。（前端现场监测设备）2、后台主控通信中心后台主控通信中心设备包括控制计算机、网络交换机、控制设备（光纤收发器、画面分割器）。控制计算机控制现场单元的设备对现场被监测设备进行监控、巡检。同时对红外测温仪传

23、送来的图像数据进行分析、计算出温度值。当发现温度异常时，将对设备图像存储并报警。现场监测单元与主控通信楼之间，可使用局域网或通过光纤环网联接。图像信息采用全数字方式传送，避免受到现场环境电磁场的干扰。3、智能监测客户端监控中心可设在办公大楼，由服务器（工控机）、视频管理设备、网络设备组成。硬件设备采用先进的进口设备，确保稳定、可靠与安全，具有强抗干扰能力。安装有红外热像在线监控系统软件的监控客户终端即可实现对前台红外监测系统的控制功能。（客户端测温软件）三、红外热成像在线监控系统技术特点1、技术先进：采用最新数字图像技术和机械控制技术 红外图像全数字处理：红外图像从采集、传送、处理、存储4个环

24、节全部采用数字化方式工作。保证测温精度高、图像品质好、抗干扰能力强、能回放式测温。 红外测温定点检测：每个设备和部件都能被设置成一个被监测对象。云台俯仰角、红外镜头焦距、可见光变倍，3个设备均可调整到最佳位置对被监测对象进行定点监测，位置信息个记忆并重复使用。保证被检测对象的测温数据重复性好、可比性强。 采用数据库多级管理：红外测温以电力设备为监测对象并为被监测的电力设备建立设备状态档案。红外设备每天自动循捡自动生成温度检测结果，并保存温度异常设备的温度检测图片和信息并将检测数据存储在数据库中集中管理。同时将报警信息发送到设备管理人员，使其及时了解设备运行状况。2、实用性强；多种实用工作方式供

25、操作者选择 简便、快速的报告查询方式：变电站配置有一台控制计算机，可以按照用户设定的方式定期生成周报、月报等报告，报告包含设备运行状态（如：正常、波动、异常、报警）供使用者快速了解设备总体运行状态。 清晰、详细的图、表浏览方式：以图形和表单的方式显示被检测电力设备对象的测温数据。同时可以同间隔对比、同母线对比横向比较或连续定点对比纵向比较方式查询被检测对象运行状态。使每个设备的测温数值根据说服力。 精确、全面的温度分析软件方式：我公司提供专业测温分析软件对红外图片进行详细分析。可在红外图像上通过设置点、线、区域、等温线等多种分析方法，对关心区域作更精确测温。测温结果可以自动生成测试报告作为检修

26、依据。 实时远程图像控制方式：通过客户端软件，用户可以在办公室里远程控制变电站中得红外测温仪，对变电站中得重要设备进行全面的远程控制和测温。3、可靠性高；模块化设计稳定、可靠，符合国际标准 系统结构模块化设计，具有性能可靠、技术成熟、功能完善、体系先进的分布式结构，系统配置灵活、操作方便、布局合理，便于系统扩展。 设备采用双舱全密封：红外测温仪和可见光一体式安装，舱内恒温密封防雨、防尘，同时输入、输出接口带有避雷器装置。 设备出厂通过严格的高低温、冲击震动、等测试； 确保设备在现场环境中长期稳定运行。 基于网络通讯，便于系统扩展。4、功能完善：具有管理秘书功能的短信工作平台 当某台红外检测出高

27、温物体并发出报警时。短信平台可以将报警信息发送到指定的管理人员和主管的手机上，及时显示报警信息，使系统处理温度报警的能力和范围得到延伸。 管理人员和主管也可以主动发送查询短信，得到当前情况下红外测温的状态及相应温度。查询短信能以标准格式预先存储到手机中，需要查询温度信息时，仅需使用简单的操作就能实现常用的温度查询功能。 具有监督、管理职能。系统可以实时记录系统操作人员的工作情况，使主管领导能够通过短信平台随时查询现场操作人员的工作情况，监督和规范工作人员的日常工作。技术标准GB 191 包装储运图示标志GB/T 2423.1 电工电子产品环境试验 第2 部分：试验方法 试验A：低温GB/T 2

28、423.2 电工电子产品环境试验 第2 部分：试验方法 试验B：高温GB/T 2423.9 电工电子产品环境试验 第2 部分：试验方法 试验C：设备用恒湿热GB/T 2423.22 电工电子产品环境试验 第2 部分：试验方法 试验N：温度变化GB 2423 电工电子产品环境试验规程GB 2887 计算机场地技术条件GB/T 4064 电气设备安全设计导则GB 4208 外壳防护等级（IP 代码）GB/T 4365 电磁兼容术语GB 4943 信息技术设备（包括电气事务设备）的安全GB/T 6595 电子测量仪器质量检测规则GB/T 13384 机电产品包装通用技术要求GB/T 13702 计算

29、机软件分类与代码GB/T 13926 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性GB/T 15532 计算机软件单元测试GB/T 16927 高电压试验技术GB/T 17626 电磁兼容试验和测量技术GB/T 17626.1 电磁兼容 试验和测量技术 抗扰度试验总论GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验GB/T 17626.3 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T 17626.4 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T 17626.5 电磁兼容 试验和测量技术 冲击（浪涌）抗扰度试验GB/T 17626.6 电磁兼容 试验和测

30、量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T 17626.8 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验GB/T 17626.9 电磁兼容 试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验GB/T 17626.10 电磁兼容 试验和测量技术 阻尼振荡磁场抗扰度试验GB/T 17626.11 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验GB/T 17626.12 电磁兼容 试验和测量技术 振荡波抗扰度试验GB 50171 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB 50150 电器装置安装工程 电气设备交接试验标准DL/T 596 电力设备预防性试验规程DL/T 782 110

31、kV 及以上送变电工程启动及竣工验收规程DL/T 860 变电站通信网络和系统DL/T 1075 数字式保护测控装置通用技术条件DL/T 1092 电力系统安全稳定控制系统通用技术条件DL/T 5136 火力发电厂、变电站二次线设计技术规定DL/T 5137 电测量及电能计量装置设计技术规定DL/T 5218 220kV500kV 变电站设计技术规程DL/T 5149 220kV500kV 高压设备状态监测系统设计技术规程Q/GDW 168 输变电设备状态检修试验规程Q/GDW 213 变电站计算机监控系统工厂验收管理规程Q/GDW 214 变电站计算机监控系统现场验收管理规程Q/GDW 38

32、3 智能变电站技术导则Q/GDW 393 110kV（66kV）220kV 智能变电站设计规范Q/GDW 394 330kV750kV 智能变电站设计规范Q/GDW Z 410 高压设备智能化技术导则Q/GDW Z 414 变电站智能化改造技术规范第二部分 光纤传感温度在线监测系统一 、全封闭电力设备温度监测的必要性1、 全封闭电力设备运行状态监测现状电力系统的一次电气设备一般由断路器、变压器、电缆、母线、开关柜等电气设备组成。其相互之间由母线、引线、电缆等连接,由于电流流过产生热量，所以几乎所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。例如在发电厂中电缆接头、电缆中间连接处、高压电缆的局部放电、高

33、压开关柜的动静触头及其他连接处、低压电气连接处等位置过热是大型事故的征兆,也是电厂事故多发的重灾区。多年来由于技术水平的限制使电力系统安全运行水平受到一定限制，虽然我们曾利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温系统希望解决上述问题，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸联接点和触头测温。对全封闭金属铠装柜更是无能为力，光纤光栅感温故障监控系统彻底地解决了这一疑难杂症，实现了电力系统一次运行设备的实时在线检测，通过对设备实时数据的分析和预测，防止事故的发生，真正地作到防患于未然。其次也为今后实现状态检修，提高检修效率，大大降低检修成本和管理成本起到关键的作用。2、全封闭电力设备温度在线监

34、测的必要性随着智能电网、数字化变电站以及物联网的提出，对电气设备的智能化也提出了要求，所有设备的运行参数需要进行在线监测。目前，国内电力测温主要应用红外点测仪和红外成像仪，而传统的电子测温方式由于无法解决高压绝缘问题，所以高压开关的触点等空间有限的电气设备基本上都是处于完全无监控的状态下运行，而高等级的变电站存在着两大隐患，一个是电压等级高，一个是覆盖面积大，因此，随着光纤测温技术的发展，光纤在电力测温系统也逐渐为人们所认可，尤其是近年来，光纤测温系统被多家电厂和供电公司使用，其良好的绝缘耐压性能和稳定的工作特点被电力系统认可，光纤光栅测温系统，不仅实现了开关柜以及电缆接头温度点的在线监测，而

35、且可以采用串联、并联以及星形布设结构，灵活方便的进行施工，大大提高了工程的可操作性。光纤分布式传感系统（DTS）可实现对电缆桥架和电缆沟的长距离连续在线监测，分辨率高、定位准确。光纤温度传感器采用全光纤感温和信号传输，不存在电磁干扰和定期维护问题，可以长期免维护可靠运行，完全符合变电站无人值守的需求。二 、光纤传感技术温度在线监测的可行性分析1 、光纤传感的定义和分类光导纤维最早在光学行业中用于传光及传像。在20世纪70年代初产生出低损耗光纤后，光纤在通信技术中用于长距离传递信息。但是光导纤维不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外

36、界因素（如温度、压力、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接地发生变化，从而可将光纤用作传感元件来探测各种物理量。这就是光纤传感器的基本原理，如图1所示。光纤光波传播的媒介入射光波出射光波入射光波的特征参量：振幅、相位、偏振态、波长（频率）等外界因素温度、压力、电场、位移等图1 光纤传感原理示意图光纤传感器可以分为传感型与传光型两大类。利用外界因素改变光纤中光的强度（振幅）、相位、偏振态或波长（频率），从而对外界因素进行计量和数据传输的，称为传感型（或功能型）光纤传感器。它具有传和感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤中。传光型光纤传感器是指利用其他敏感元件测得的物理量，由光纤进行数据传

37、输。它的特点是充分利用现有的传感器，便于推广应用。这两类光纤传感器都可再分成光强度调制、相位调制、偏振态调制以及波长调制等几种形式。2、光纤传感的特点与传统的传感器相比，光纤传感器的主要特点如下：（1）抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，因而不拍强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。这使它在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感。（2）灵敏度高利用长光纤和光波干涉技术使不少光纤传感器的灵敏度优于一般的传感器。其中有的已由理论证明，有的已经实验证明，如测量转动。水声、

38、加速度、位移、温度、磁场等物理量的光纤传感器。（3）重量轻，体积小，外形可变光纤除具有重量轻、体积小的特点外，还有可挠的优点，因此利用光纤可制成外形各异、尺寸不同的各种光纤传感器。这有利于航空、航天以及狭窄空间的应用。（4）测量对象广泛目前已有性能不同的测量温度、压力、位移、速度、加速度、液面、流量、振动、水声、电流、电场、磁场、电压、杂质含量、液体浓度、气体浓度、核辐射等各种物理量、化学量的光纤传感器在现场使用。（5）对被测介质影响小对于医药生物领域的应用极为有利。（6）便于复用，便于成网有利于与现有光通信技术组成遥测网和光纤传感网络。（7）成本低有些种类的光纤传感器的成本将大大低于现有的同

39、类传感器。3 、总结由于光纤传感技术具有以上优势和特点，完全适合并可以实现开光柜以及电缆温度的在线监测，能够给智能电网和数字化变电站提高设备运行的温度数据，防止设备因过热引起事故的发生，为安全生产提供依据和保障。三 、光纤光栅温度在线监测系统在开关柜温度点监测中的应用1、光纤光栅传感原理光纤光栅实质上是紫外光在光敏光纤中形成的一种周期性的折射率分布，光在光栅中的传播符合耦合模理论，这一理论是分析光在波导介质中传播规律的基础，由耦合模理论推导而来的布喇格方程是光纤光栅传感的基本原理。外界物理量无论是温度，还是应变(应力)的变化都会引起光纤光栅的周期和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射谱和透射谱发

40、生变化。通过检测光纤光栅的反射谱和透射谱的变化，就可以获得相应的温度、应变(应力)的变化。如下图所示的是光纤光栅的模型图，a是光在光纤中传播和光纤光栅反射光传播的示意图，光纤光栅是一种反射式器件。如b所示，入射光源的光谱是宽谱，经光栅反射后的光谱是一窄带谱（图c），远远小于入射光的谱宽，图d是光纤光栅的透射光谱。光纤光栅的窄光谱特性决定了再同一根光纤上可以串联波长不同的多跟光栅，也就是波分复用技术，可以提高系统的带载量。 光纤光栅的中心波长与温度有关系，通过监测光纤光栅反射回的波长值变化，可以得到光纤光栅所处位置的温度值，从而达到温度检测的目的。在1550nm 处的光纤光栅，其中心波长对温度的

41、灵敏度约为12pm/C。2 、光纤光栅传感系统组成系统各部分的功能描述：a) 光纤光栅温度传感器：布置在高压开关柜内，采集温度信号。b) 传输光缆：传输从解调系统中发射出来的光到光纤光栅传感器，并将将带有温度信息的光纤光栅反射光谱传输给解调系统。c) 光纤光栅信号解调系统：发射出宽带光源，并处理光纤光栅反射回的光谱信号，通过解调光纤光栅的波长变化，可以得到监测点的温度值。同时，通过上位机进行温度显示，如有温度过高现象就会发出报警信号。光纤光栅信号解调系统光缆终端盒传输光缆每个开关柜内布置6-9个光纤光栅温度传感器光缆终端盒局内监控主机变电站控制室图 高压开关柜温度在线监测系统示意图3、 光纤光

42、栅传感系统的主要指标3.1 传感器的主要指标名 称单位参 数 值量程-30+120防爆类型本安型温度分辨率0.1 测温精度 0.3光栅中心波长nm15251565光栅反射率-90规格尺寸mm6mm40mm安装方式表面黏贴封装方式非金属导热耐污耐压封装适用场合-开关柜、机电设备等传感头尾纤单端3mm耐高温防污光缆3.2 监测仪的主要指标名 称单位参 数 值基本参数光通道数个164每通道测点数个1218通道采样频率Hz15；波长测量范围nm1525 1565波长分辨率pm1波长重复性pm2波长精度pm3 动态探测范围dB40dB测温精度0.5工作温度范围040传输距离km40 电源VAC220计算

43、机接口-以太网软件-基于WINDOWS操作系统4 、安装方式如下图所示，位于每个开关柜内A、B、C三相上的光纤光栅温度传感器，都通过一个光分路器收集到一起，再由现场的光纤终端盒进入多芯的传输光缆中，传输光缆采用电力专用的无金属加强芯光缆，传输电缆可以敷设在底下电缆沟或者电缆桥架上，最终通过控制室中的光纤终端盒接入光纤光栅温度解调仪的光学扩展模块上。光学扩展模块多芯传输光缆光纤分路器高压开关柜高压开关柜地下电缆沟光缆终端盒ABCABC传感器测温点测温点四 、分布式光纤温度传感器（DTS）在电缆测温中的应用1、分布式光纤传感的原理光纤分布式温度监测系统的主要工作依据是光时域反射计原理（OTDR:O

44、ptical Time Domain Reflectometer）和光纤的后向拉曼散射（Raman Backscattring）温度效应。光纤分布式温度监测系统利用先进的OTDR技术进行定位，利用拉曼散射效应进行测温。当主处理机中的激光光源向光纤注入905nm的光脉冲后，由于光的散射会引起能量的损耗，脉冲大部分能传到光纤末端并消失，但一小部分（携带了有用信息）后向散射光会沿着光纤反射回来，对这一后向散射光进行过滤, 很容易将拉曼散射光与其他后向散射光区分开，由于拉曼散射光与温度有着密切的关系，对这部分拉曼散射光进行DSP处理，从而提供给用户有关温度的信息。实质上输出的就是整条光纤上的温度分布图。2 、分布式光纤传感系统的组成控制室DTS系统单元以太网以太网控制PCDTS尾纤 14电缆1电缆2相相电缆3终端接线盒探测光缆3 、分布式传感系统的主要功能和指标3.1 分布式测温主机DTS控制器技术指标最大探测距离： 8公里通道数： 2-4通道连接方式： 单端取样间隔： 1米定位精度： 1米测量时间： 15秒/每通道温度精度： 1最大报警分区： 100个通讯接口： RS232、继电器、Ethernet、RS232（支持Modbus）工作电压： 90130/180260VAC