分布式光纤传感—电力电缆远程智能实时测温解决方案

电力电缆在输、配电过程中气象高温及负荷攀升会导致电缆接头温度升高,加速电缆接头的老化,接头老化使接触电阻增大,造成接头更加发热。使得短路跳闸的事故屡屡发生,严重时甚至发生火灾。

现阶段现场测温所采取的手段为红外测温仪定时逐点巡视检测,耗时费力的同时,也很难发现节点温度的升高。电力电缆智能测温系统主要用于埋于地下电缆的自动测温,能够实时检测电缆及电缆接头的温度变化,将电缆温度变化信息实时传输到监控中心,并根据设定的温度阈值控制报警器报警。

技术原理

系统采用光纤测温技术,光纤测温技术是利用光纤的温敏特性,当光纤周围任何一处地点的温度发生变化时,光纤都能很快地感应到这种变化。光纤既能对电力电缆自身的温度进行采集,又能将采集的信息通过光纤进行传输。只要光纤能铺设到的地方,光纤路径上的所有温度情况都能被监测,这也实现了电力电缆的全程分布式测量。光纤的质量比较轻,铺设容易,温度测量误差一般不大于1℃,比传统的温度传感器的性价比更高。

分布式光纤传感测温原理图

电力电缆远程智能测温系统利用光纤的光时域效应,可以对电力电缆温度升高的任意节点位置进行准确定位,这是现有的监测技术所不具备的。

系统拓扑图

电力电缆远程智能测温系统为电力企业提供完整的电缆测温解决方案。系统由多通道测温主机、应用服务器、交换机、测温光纤、温度数据采集软件、数据通讯软件、温度监控报警软件构成。
系统实施说明
多通道测温主机部署在变电站控制室或电缆入口间,主机与测温光纤连接,测温光纤与电缆敷设在一起,每个电缆入口部署一台多通道测温主机,测温主机通过网线连接到交换机。
应用服务器部署在变电站控制,通过交换机与多通道测温主机连接,应用服务器运行温度监控报警软件,实时监控被测电缆温度,温度数据送至变电站控制室大屏显示,若电缆任一节点超过设定的温度,监控报警软件将触发报警流程。
应用服务器可通过互联网络将测温数据传输至电力企业中心控制室。
应用服务器也可远程连接到任一多通道测温主机,配置测温主机运行参数,确保测温主机在正常状态下运行。

系统主要硬件

多通道测温主机

多通道测温主机硬件主要由几个部件构成:脉冲激光器,光波分复用器,光电探测器,计算机系统,多通道数据采集卡,网卡,标定模块构成。

脉冲激光器

脉冲激光器有四个重要的参数:工作波长、脉冲重复频率、脉冲宽度、脉冲峰值功率。

系统选择光通信中最普遍的1550nm作为激光器的工作波长。脉冲宽度为15ns,若不考虑光电探测器的带宽,15ns对应的空间分辨率为1.5m,实际工作约为2m。脉冲重复频率为10KHz,测量电缆最大长度为10Km。脉冲输出功率设置为2mW。

波分复用器

为1550nm的光进入光纤后产生拉曼散射,波分复用器需要分离出波长为1663nm的斯托克斯光和波长为1450nm的反斯托克斯光。

光电探测器

光电探测器是实现光电转换的关键器件,由于采集的拉曼散射信号功率相当弱,必须选择带有高增益的光电探测器。系统选用APD雪崩光电二级管作为光电探测器,该探测器比PIN光电二极管具有更高的灵敏度,特别适合于入射光功率比较小的探测系统。

DTS数据采集卡

DTS高速数据采集卡可提供100MHz的采样率,一次触发后的采样次数设置为10000次。由于采样频率为100MHz,每次采样时间间隔为10ns,光在光纤中的传播速度为2X108m/s,在10ns时间内可以往返1m的距离,每一次采样对应的散射光发生散射的位置在光纤中增加一米,10000次采样即对应10000m的电缆长度。

系统网络结构

电力公司下属变电站负责监控电缆温度,温度数据可传输之电力公司监控中心。