光纤温度传感器在电力系统中的应用

浅谈一种新型铁路电力专用接点光纤温度在线监测系统

【摘要】

本文结合铁路上的特点对一些温度测量的方法进行比较。另外对一种新型铁路电力专用接点光纤温度在线监测系统进行了阐述。

【关键词】

旋转反射 信号处理器测温光纤模块温升模式 总线

中图分类号： [tn929.18] 文献标识码： a 文章编号：

一、前言

随着铁路第六次提速的全面实施，供电质量的可靠性问题日益突现。因接点温升过高引发的事故时有发生，防不胜防。该类事故占供电事故的比例最高，但因其偶发性的特点，在10kv以上的供电系统中，无论采取什么措施，设备的接点都会出现因接触不良或老化而引起温度升高，其发生周期又不可预知，由此引发的事故已给铁路系统造成了巨大损失。

目前进行铁路电力设备温度检测多采用在电气设备接点部位粘贴蜡熔测温片及人工携带红外测温仪逐点测量等手段。这种日常巡检、定期维修等管理手段固然可大大降低事故率，但有一些接点和触点检测难度很大或根本检测不到（如隐性接点），即便是投入大量的人力、物力进行巡检也不能及时发现，从而给设备运行带来隐患；目前检修维护模式制约了以往的检测手段。现投运的客运专线电力设备维护已纳入“天窗点”维修计划，即在夜间约有4-5小时客车停止运营，相关专业进行维护。当进行温度测试时，用户基本

也在停电维护，造成检测的温度值与行车时的实际运行情况不符。由此北京铁路局提出了对电气接点的温度采用在线监测的技术课题。

本课题拟研制开发铁路电力专用接点温度在线监测系统，将该系统安装到铁路沿线的电力设备上，对各接点的温度进行监测，在温度越限时发出报警，工区、车间、技术部门根据报警信息对用电设备进行维修及管理。 二、技术方案的选择

对电力系统高压接点的运行状态进行实时监测，目前在理论和技术应用层面提出了不同的方案，主要有：红外成像仪式、光纤光栅式、光纤分布式、旋转反射光纤传感式等。 上述几种测温方式在电力系统中得到了应用，效果还不错。由于铁路电源运行环境相对恶劣，高速列车通过时振动较大等原因，目前还没有适用于高速铁路电力设备接点的在线测温技术。

基于光纤传感技术的温度监测系统研究

随着技术的不断发展，光纤传感技术已经成为了高精度、高灵敏度的一种新型传感技术。其中，基于光纤传感技术的温度监测系统具有温度传感精度高、抗干扰能力强、安装方便等诸多优点，已经被广泛应用于核电站、石化、航空航天等行业。

本文将介绍基于光纤传感技术的温度监测系统的研究现状、光纤传感原理、系统设计和应用前景等方面。

一、研究现状

现阶段，国内外在基于光纤传感技术的温度监测系统方面均已取得一定的研究成果。西澳大利亚大学等机构研究人员利用纳米纤维布光光子晶体，开发出了一种新型光纤传感器，能够快速、精确地测量温度。其原理是利用纳米纤维布光光子晶体的特殊结构，使得光在其中的传播速度与温度密切相关。

此外，在一些工业领域，如核电站、石化、航空航天等，也已经开始应用光纤传感技术进行温度监测。例如，美国核电站已经将光纤传感技术应用于温度监测，取得了良好的效果。我国的某些石化企业也开始大规模应用基于光纤传感技术的温度监测系统，取得了显著的节能效果。

二、光纤传感原理

光纤传感技术的重要特点之一是基于光学原理。这一技术利用光纤传输信号的特性，利用传感器采集的光学信号来反映被测量物理量的变化。

在基于光纤传感技术的温度监测系统中，主要利用了光的衍射特性。传感器由光源、光纤、探测器等组成，其中光纤作为传输载体，在其内部的光与温度产生相应的干涉产生，通过探测器采集的光学信号进一步转化为被测量温度。

三、系统设计 设计基于光纤传感技术的温度监测系统需要考虑多种因素，包括传感器的温感特性、系统的稳定性、数据传输的可靠性等等。一般来说，系统的设计包括以下几个方面：

1. 传感器的设计：需要根据被测物体的温度特性以及实际的工作环境等因素进行对应的设计。

2. 信号采集与处理：通过探测器采集传感器发出的光学信号，并通过信号处理装置进行滤波、放大等操作，得到最终的温度测量值。

3. 数据传输：可根据实际情况选择有线或无线传输方式，将采集的温度数据传输到监测终端。

光纤测温系统方案

光纤测温系统是一种利用光纤传感技术进行温度测量与监控的先进技术手段。该系统通过将光纤作为传感器，利用光纤的光学特性来实现温度的测量与监控，具有高精度、远距离传输和多点监测等优点，广泛应用于各个领域。

一、系统原理

光纤测温系统主要由三部分组成：光源单元、光纤传感单元和信号处理单元。其中，光源单元主要用于提供激光光源，光纤传感单元负责将光信号传播到被测温区域并反射回来，信号处理单元则用于对反射光信号进行处理和测量。

系统的原理基于光纤的光学特性，即光纤在温度变化下会发生微弱的相位偏移和光强变化。通过测量这些变化，可以准确计算出被测区域的温度。具体而言，光源单元通过调制光源的频率和波长，将光信号发送到待测温区域的光纤中。被测温区域的温度变化会导致光纤长度和折射率的变化，进而改变光信号的相位和光强。光纤传感单元将经过温度变化后的光信号反射回来，信号处理单元通过分析反射光信号的相位和光强的变化，最终得出被测温区域的温度。

二、应用领域

光纤测温系统具有广泛的应用领域，以下介绍其中的几个典型应用。

1. 电力系统监测

在电力系统中，高温可能导致电气设备的故障和整个系统的不稳定。光纤测温系统可以通过监测关键部位的温度变化，实时评估设备的工作状态，预测潜在故障，并采取相应措施，以确保电力系统的安全稳定运行。

2. 工业生产过程监控

在工业生产过程中，温度是一个重要的参数。光纤测温系统可以实时监测生产过程中关键区域的温度变化，及时发现异常情况，避免由于温度波动导致的生产事故和产品质量问题。

3. 环境监测

光纤测温系统可以用于环境温度监测，如地下水位监测、土壤温度监测、海洋温度监测等。通过对这些环境因素的实时监测，可以更好地了解自然环境的变化趋势，并采取相应的措施进行保护和管理。

4. 石油、化工等危险环境监测

在石油、化工等危险环境中，温度的监测对保证生产安全至关重要。光纤测温系统可以避免在危险环境中使用传统温度传感器可能导致的隐患，如腐蚀、易燃等。同时，光纤测温系统具有高度抗干扰能力，可以在复杂环境条件下稳定工作。

第３４卷第５期　２０１０年９月　燕山大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＹａｎｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖ＿０１．３４　ＮＯ．５　Ｓｅｐｔ．２０１０　

文章编号：１００７－７９１Ｘ（２０１０）０５—０３７７—０６　

基于光散射的分布式光纤温度传感器网络　

及其在智能电网中的应用　

毕卫红　，张燕君　，苑宝义　

（１．燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛０６６００４；２．河北荣毅通信有限公司，河北保定０７１０５１）　

摘　要：介绍了基于光散射的分布式光纤温度传感网络的研究现状和发展趋势，主要阐述了基于瑞利散射、喇　曼散射和布里渊效应的分布式光纤传感器的工作原理。在此基础上重点介绍了其在高压电缆、电力线沿线温度　测量中的应用情况，探讨了传感光电缆替代原有的电缆和光缆，使光通信、电力传输、传感三合一的趋势。　

关键词：光纤传感；智能电网；瑞利散射；喇曼散射；布里渊散射　

中图分类号：ＴＮ２５３　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－７９１Ｘ．２０１Ｏ．０５．００１　

０　引言　

电力行业作为社会基础产业，是国家发展的命　

脉产业之一。电网建设与国家能源资源结构、产业　

布局、经济发展规划和相关政策密切相关，同时也　

与本国的能源资源条件、能源资源输入可能性以及　

国家能源战略安全等密切相关川。　

“智能电网”是当今世界电力系统发展变革的　

最新动向，并被认为是２１世纪世界电力系统的重　

大科技创新和发展趋势。智能电网就是电网的智能　化，它是建立在集成、高速、双向通信网络的基础　

上，将先进的传感和测量技术、先进的设备和控制　

方法等有效结合，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，并优化电网的　

运行和管理　。美国首先提出了智能化电网建设，　

我国也及时提出了建设具有中国特色的智能电网　

的战略要求，实现这一战略目标一般是采用在架设　

电缆的同时铺设光缆，其中光缆独自设立机械支撑　

结构，以确保其在使用过程中抗拉伸，确保光纤的　稳定性和可靠性。由于电力系统网络结构复杂、分