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光纤光栅开关柜火灾预警系统方案

1.需求及应用分析
  随着社会经济的不断发展,电力供应对社会各行业的价值越来越重要,是社会发展的关键命脉之一,电力供应及其可靠运行已经成为各国的重要国家战略。电力系统包括发电、输电和变电三大重要环节,变电站由于其数量多复杂度高,是最容易出现故障的环节,保障变电站的安全运行直接关系到电力供应和调度的效率,是各电力公司的关键工作。
  数量众多的开关柜是变电站的关键设备,其内部开关触头完成电力调度的执行工作。开关柜触头由于负载过大、触头老化、触头接触不正等原因,会导致触头温度升高,温度过高容易引起火灾,引起电力供应故障、电力中断和人员财产损失。变电站现有的测温方式,主要是手持红外测温仪来测温,每天专人定时到各开关柜巡检,获得开关柜的温度状态信息。各变电站迫切需要一种在线测温技术,实时自动采集各触头温度,在温度过高之前及时、准确的监测温度变化并发出预警,使管理者有充分的时间采取相应的措施,避免发生停电事故和火灾发生。
  为此,迅捷光通科技有限公司基于光纤测温传感技术,适时地开发出光纤光栅温度在线监测系统,实时对开关柜进行温度监测,并进行预警和报警。该系统采用了全光纤传感无源测温方式,消除了监测系统自身的安全隐患,极大提高了监测系统对电力温度监测的可用性。该光纤测温系统被很多电厂和供电公司使用,大大降低了火灾事故的发生,真正地做到防患于未然,符合电力行业“安全第一,预防为主”的安全思想。

2.光纤光栅测温工作原理
  光纤光栅感温火灾探测系统是基于光纤光栅的温度传感技术,利用光纤光栅反射光信号的中心波长对温度的敏感特性,实现对温度变化的精确测量。

图1 光纤光栅温度传感原理

  光栅也是普通单模光纤,作为光纤传感器。但是光栅要经过特殊的加工处理以改变其折射率,使其只对特定的波长进行反射。这样,一个宽谱的入射光经过光纤光栅后,只有满足波长匹配条件的极小谱宽的光信号被反射,其余波长的光信号透射进入下一个光纤光栅。当环境温度变化时,光纤光栅的反射光中心波长会随之改变(温度越高,波长偏移量越大)。通过对待测光栅的反射光中心波长进行数字化精确测量,即可获得该光栅位置的环境温度,如图1所示。
  整个光纤光栅传感系统如图2所示。光源发出宽带光谱,经耦合器输出到分路盒,由分路盒将光信号均分为12路分别送到各个光栅处。每个光栅反射不同波长的光信号,经耦合器传输到光谱分析模块。通过光谱分析模块进行光谱扫描采集,可得到各光栅反射的光信号的中心波长值,CPU处理单元根据各中心波长值即可算出对应光栅测得的实际温度。这些温度值可以输出显示,超过设定阈值的温度值将送到报警单元。


图2 光纤光栅传感系统示意图

3.光纤光栅感温火灾探测系统方案
  迅捷光通科技有限公司基于光纤光栅传感技术研制开发的新型火灾探测系统,实时监测变电站开关柜各关键触点的温度,并能输出火灾报警。该系统主要由测温主机、工控机、上位机监控软件、远程通信模块、光纤光栅传感器和火灾报警控制器等组成,如图3所示。
光纤光栅传感器使用导热硅胶直接安装在开关柜内各闸刀、触点位置。测温主机为16通道,每通道最多可对12点进行温度监测,如果每个变电站需监测触点数量小于192使用1台测温主机可以覆盖整个变电站所有开关柜。测温主机的输出信号送到上位机进行集中显示和报警输出,并可以送到火灾报警控制器进行告警和消防联动。如果要在远端集中监控所有测温主机,每个测温主机端要增加远程通信模块,方便远程进行集中监控。


图3 变电站开关柜温度监控组网示意图

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