[實用新型]電力接點專用光纖在線測溫系統

有效

• 申請號: 201320375119.8
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN203337286U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 董中洲;張秋梅;王彥海;張朋威
• 申請（專利權）人: 北京博大華電測控技術有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;H02J13/00;H04L29/06
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

技術領域

本實用新型涉及一種溫度檢測裝置，具體地說是一種電力接點專用光纖在線測溫系統。

背景技術

在采用電力機車牽引之后，在鐵路上沿線布設了很多的箱式變電站，簡稱“箱變”。為保證電力機車的安全運行，需要對鐵路沿線電力系統的高壓接點的運行狀態進行實時監測。目前在理論和技術應用層面提出了不同的方案，主要有：紅外成像儀式、無線組網式、光纖光柵式、光纖分布式、旋轉反射光纖傳感式等多種形式。

紅外成像方案是采用非接觸式測量方案，對于一個變電站可以在不同角度安裝紅外成像儀攝像頭，攝像頭可以覆蓋變電站的所有接點，攝像頭根據從各接點接收到的紅外線（溫度）信息，經過處理后形成全景圖，從圖中各接頭的對應位置的顏色可以判斷各接點的溫度分布。該方案實施時可以不停電，一次安裝可以監測多個測點，對室外且被測點眾多又能密集分布的場合比較適合。對于高壓開關柜和電纜溝中的電纜接頭這種接頭密閉且數量少的場合一是安裝困難，二是成本太高。對于在室外諸如變電站場合使用有兩種干擾應解決，一是太陽直接射入攝像頭的天光干擾，其隨著晝夜時段、氣候情況和太陽的位置等而變化；二是太陽光照射在接點處又被接點處反射入攝像頭的光，這部分光疊加在接點溫度信息上，同樣受時段、氣象和太陽位置的影響。這兩種干擾嚴重時可以使圖像完全失去可信度，而且圖像會經常變化，使用戶無所適從。

無線組網方案是采用接觸式測量方案，就是用電子測溫器件（18B20）測量接點溫度，通過專用芯片發送接收數據，組成無線傳輸網絡。該方式現場施工方便，成本比較低。但是，由于溫度傳感和無線收發器件都需要工作電源且處在高壓環境下，如何解決工作電源就成為該方案的技術難題。如果采用高壓抽能（用電容分壓或空心線圈感應），則會產生電源設備的復雜性，穩定性問題和體積增大、電子器件與被測點除測量部位以外的熱隔離等問題。如果采用從低壓側送強激光再用硅光電池轉換為工作電源的方法，則又會出現供電的有線拓撲網，成本也會增加很多。如果用這種方案監測高壓開關柜中的接點或電纜接頭，一則會遇到由于探測頭（包括電子測溫器件和無線收發器件）安在封閉的金屬外殼內，電磁波會受到屏蔽，給無線自組網帶來困難，二則無線電波在開關柜內會發生對壁之間的多次反射，多次接收形成的同頻回波干擾，從而對無線網絡的傳輸可靠性和準確性提出了嚴峻地挑戰。如果使用化學能電池作為電源，就要考慮化學能電池在強電磁環境下使用的自身安全問題和電池的使用壽命問題，切忌形成被監測對象尚未出現缺陷而電池已經用完，或定期停掉高壓又要人工更換電池的局面。

光纖光柵式方案的主要工作原理是光纖光柵的周期改變會引起反射光的波長變化，通過測量被光柵反射回來的光的波長可以反映光柵的周期發生的變化，而光纖光柵所處的溫度和應力均會使光纖光柵的周期產生靈敏變化，從而可以間接測量出溫度和應力的變化情況。光纖光柵的靈敏度較高，測量精度大大高于實際需要。由于溫度和應力都能使光纖光柵的周期產生靈敏變化，因此該系統存在溫度和應力交叉敏感的技術挑戰，即在測量溫度時，極易受應力變化的干擾。實際上電力的高壓接點均存在工頻振動，在實際使用時要充分考慮系統的抗應力變化干擾問題。再者，該系統采用激光作測量媒介，采用直徑為上百微米的SiO2光纖作傳輸介質，而SiO2光纖的抗彎曲能力、抗扭曲能力、抗剪切能力及其它抗機械傷害的能力均較差，這一點會給工程安裝帶來難度。若在室外應用，則應在抗風、雨、霜，抗覆冰等方面精心設計，否則會因上述因素造成光纖內芯斷裂使系統失靈。另外，加工光纖光柵的工藝要求嚴格，技術復雜，設備昂貴，致使光纖光柵的制造成本較高，是在推廣該方案中應予考慮的重要因素。

光纖分布測溫系統的主要工作原理是利用光纖的非線性效應，光在光纖中傳播的過程中，光功率超過閾值后會產生明顯的后向布里淵散射，布里淵散射的波長大于前向傳輸光的波長。而布里淵散射波的大小與溫度的關系非常密切且敏感，通過測量布里淵散射波便可以測得散射點的溫度。通常一根光纖可以連接多個測溫點，以光脈沖的方式工作，當一個前行的光脈沖遇到不同位置的檢測點時，會在反向接收端接收到受各測點調制從而攜帶各被測點溫度信息的脈沖串，區分并分析這些脈沖便可以區分開各被測點的空間位置和溫度值。該方案避免了分點測量每點都需要一根光纖的組陣復雜性，但實施技術復雜，在測點分布上要保證測點之間的距離滿足各布里淵脈沖能有效區分的要求，這就要求測點之間的距離必須大于接收設備對脈沖有效處理能力所提出的最小距離，增加了光纖布線的難度和抗氣候因素的難度，施工成本也較高。