1、电力开关柜光纤光栅温度监测系统技术方案北京瑞达斯特电气设备有限公司2014 年 12 月光纤光栅温度监测系统技术方案2北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-51291124目 录一、应用背景.31、项目建设的必要性分析 .32、项目采用技术优点分析 .43、技术优势 .5二、系统方案参照标准：.5三、系统介绍.61、技术特征： .62、技术参数： .63、 工作原理： .73.1、光纤光栅传感系统： .83.2、光纤光栅网络系统： .83.3、光纤通讯传输网络： .83.4、信息处理及分析系统： .8四、光纤光栅测温技术简介.81、光纤光栅探测器的发展： .82、光纤光栅测温原理： .9五、电
2、力开关柜监测的测点布置及安装实施方案.101、电力开关柜光纤光栅感温火灾探测系统组成 .102、电力开关柜光纤光栅感温火灾探测系统安装 .102.1 总体简介： .102.2 光纤光栅感温探测器布点 .112.3 本方案特点： .123、系统主要设备介绍： .133.1、光纤光栅感温火灾信号处理器： .134.2 光纤光栅感温探测器 .14六、工程范围.15七、质量保证计划（高度重视质量保证特制定本计划）.151、项目运营整体质量保证 .152、项目审核措施 .17八、售后服务：.19光纤光栅温度监测系统技术方案3北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-51291124一、应用背景1、项目建设的
3、必要性分析安全是一切生产问题的一项重要出发点。在电力系统中，所发生的火灾，大部分都是由于温度过高或过热引起的，如 不及时发现处理，往往会导致事故或火灾的发生但是现有的火灾探测器仅能对 已发生的火灾进行探测(烟或者明火)，而在火灾发生之前，温度是逐渐积累上升 的，这个积累过程时间比较长。如果能对电力系统中易发生热故障的电气设备的 温度变化进行跟踪检测并及时发出警报，无疑会给火灾的预防带来极大的好处。 电气设备的过热故障可分为两类：外部热故障和内部热故障。电气设备的外 部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高， 接触电阻增大，恶性循环造成隐患。高压电气设备内部热故障的
4、特点是故障点密 封在绝缘材料或金属外壳中，如电缆，内部热故障一般都发热时间长而且较稳定， 与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高，因此可以通过检测其周围材料的温升来诊断高压电气设备(如电缆)的内部故障。 目前，已有很多方法对易发生热故障的接头或电气设备的温度进行检测。近几年来，随着各种新型传感器件的出现，电力系统中的温度监测技术也越来越先 进，其中以光纤光栅传感器为代表的光纤传感器尤其突出，因为光纤光栅传感器跟传统传感器相比，具有抗电磁干扰、损耗低等显著特点。所有工程师和系统设计师都会选择能满足工作环境温度的电缆。然而，极端温度带来的方方面面的影响是很容易被忽略的。例如，标称温
5、度范围为-13的电缆在-13时电性能可以不受影响，但低温却会影响其物理性能。温度高,会造成电阻增大,进一步使导体温度升高.则电流减小.另外如果导体温度过高,对绝缘会造成破坏. 电缆故障在发生和发展的过程中都会表现出同一种现象，即故障点周围异常发热。随着运行时间的延长、压接头的松动、绝缘老化、以及局部放电、高压泄漏等，都将引起温度的升高，而温度的升高又使得这些状况进一步恶化，如此恶性循环的结果必定引发电缆短路放炮。带来巨大的经济损失、恶劣的社会影响本项目的社会意义和经济意义重大。本项目抓住温度变化这一主要矛盾，通过对温度的监测，预知并防止电缆放炮事故的发生，将事故消灭于萌芽状态。是行之有效的预防
6、和减少电缆故障的方法。在最短时间内、以最快的速度监测到故障电缆的温度、及时查明故障电缆所在位置，并尽快告之值班人员及相关领导有关故障情况、严重程度、所在地点，以便及时处理。实现对电缆故障位光纤光栅温度监测系统技术方案4北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-51291124置判断的超前性、准确性、快速性。运用本质安全手段，解决电力电缆的安全隐患和建立全面数字化管理体系是本项目的最大特点。部分解决了当前电力安全监测的隐患或薄弱环节，提升了电力设施的数字化管理水平。不管从技术的领先性，还是从安全管理的必要性上，开发、应用和产业化电力光纤光栅安全监测与数字化管理系统具有重要的意义。本系统创新性的运用光
7、纤光栅这一无电监测方法解决了电缆温度无电监测预报警问题，解决了电力设施的部分安全隐患。应用此系统可以作为该电力安全监测和数字化管理的重要设施，来完善管理，健全安全体系，预防火灾等隐患事故的发生。2、项目采用技术优点分析无电安全监测技术是本世纪兴起的前沿应用学科，是自动检测的革命性技术。光纤光栅是一种新型全光纤无源器件，与普通传感器相比，具有不可比拟的优点和特点。它本质防爆、无电传感、化学稳定、传输距离远、可用于对外界参量的绝对测量，这种特性在传感器领域中引起了革命，该技术代表了新一代传感技术的发展趋势。其产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一，它以技术含量高、经济效益好、渗透能力
8、强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 本质安全。 电力槽沟内无电测量。 本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣和高危环境中的应用。 成功的解决了感温预报警等隐患。 防电磁感应、抗干扰能力强。 反应敏捷、响应快速、安全可靠。 光纤光栅传感器小巧、柔软、便于实施。 远距离、大范围、无人值守自动监控。 具有长期的稳定性。 它可实现分布传感，即在一根光纤上根据应用要求刻写多个不同布喇格波长的光栅，在光纤一端实现所有光栅信号的检测。光纤光栅温度监测系统技术方案5北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-51291124 充分体现“本质安全+可
9、靠耐用的性能” 。3、技术优势技术优势内容 1：无电测量技术以往在一些危险场合的参数测量多采用手工测量和电子测量，这里我们采用现场无电测量技术，实现了真正的本质安全。包括：实现了光信号到电信号的转换、实现了温度、应力的信号转换、实现了感温预报警监测。充分体现：本质安全+可靠耐用技术优势内容 2：提出了解决安全监测和管理的一体化方案为了提高系统解决问题的能力，较为全面的提出了安全监测和数字化管理的解决方案。安全监测：针对目前电力设施的隐患，重点解决电力电缆感温无电监测预报警系统。可将数据传送至安全报警系统，声光和电话报警，实现与消防的联动。数字化管理：根据各种测量参数，对电力电缆温度、安全等数据
10、实施全面的自动化实时监控。技术优势内容 3：实现了光纤光栅信号的传感解调利用可调谐法布里珀罗腔（FP 腔）对 FBG 传感器的反射波长进行检测。实现光纤光栅信号的传感解调。输出不受光的强度、光纤连接和耦合损耗、光源功率等因素的影响，这是光栅传感器的最重要有点之一。 技术优势内容 4：传感器的技术优势光纤光栅是一种新型全光纤无源器件，与普通传感器相比，具有不可比拟的优点和特点。它本质防爆、无电传感、化学稳定、传输距离远、可用于对外界参量的绝对测量，这种特性在传感器领域中引起了革命，该技术代表了新一代传感技术的发展趋势。其产业已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一，它以技术含量高、经济效
11、益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 二、系统方案参照标准：1、爆炸性气体环境用电气设备 GB3836.1-2000 光纤光栅温度监测系统技术方案6北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-512911242、爆炸性气体环境用电气设备 GB3836.2-20003、线型感温火灾探测器 GB16280-20054、电力装置的电测量仪表装置设计规范 GB/T 50063-20085、火灾自动报警系统施工及验收规范 GB50166-20076、消防电子产品检验规则 GB12978-2003 7、电力系统安全稳定控制系统检验规范 GB/T 22384-20088、光纤光栅感温火灾探测信号处理器
12、企业标准 Q/LAP022005 9、光纤光栅感温火灾探测器企业标准 Q/LAP022005 三、系统介绍电力开关柜光纤光栅感温火灾探测系统是一种新型的温度探测报警系统。系统采用最新生产工艺，长期稳定性好，使用寿命长；光纤光栅感温火灾探测信号处理器采用国际最先进地数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。 从感温火灾探测器到监控中心感温测量及信号传输全部采用光信号，实现无电检测，本质安全防爆。1、技术特征：1.1、采用光纤光栅感知温度和位置信息进行信号检测、信号传输，实现
13、无电检测，本质安全防爆；1.2、使用先进的光纤光栅作为测量单元，技术先进，测量精度高；1.3、光缆及光栅长期工作温度范围达-30到 120，瞬时可达 200，应用范围广；1.4、采用分布式测量方式。测量点多，方式灵活；1.5、通过系统硬件对温度信息解调；1.6、最高温度点定位至每一个探测器；1.7、系统结构紧凑，安装简单，维护方便；1.8、通过软件，可以根据实际情况设定不同的预警值、火警值；2、技术参数：系统具有以下技术参数：光纤光栅温度监测系统技术方案7北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-512911242.1、测温范围：-30+1202.2、测温精度：22.3、环境温度：0+452.4、
14、温度分辨率：0.12.5、火灾报警信号输出端子：预报警、报警、420mA 信号2.6、外接信号通讯协议：RS232/4852.7、光纤信号最大传输距离：10km2.8、响应时间：1s2.9、测量光缆通道数：16 通道系统具有以下功能：2.1 可实时监测运行状况，并对故障点进行报警2.2、定温报警温度设置：在测温范围内可任意设置2.3、报警级别设定：预警、火警 2 级报警3、 工作原理：对于配电室这样的特殊环境，如果等到事故产生了，再进行报警，就没有意义了，这里采用温度定温预报警。更多的电缆上光纤光栅感温探测器可以串接在一起，由一台或多台光纤光栅火灾感温探测信号处理器完成信号采集和解调。光纤光栅
15、感温火灾探测系统的基本原理是:当由于各种不同的因素导致电缆上光纤光栅周围的温度发生变化时,将导致光栅周期或者纤芯折射率产生变化,从而产生光栅布喇格信号的波长位移 ,通过监测布喇格波长的变化情况,即可获得油罐上光纤光栅周围温度的变化状况.简言之，光纤光栅布喇格波长的变化与环境温度的变化有着简单的线性关系，通过测量光纤光栅布喇格波长，可以测得环境温度。当温度的变化或者温变速率超过事先设定的某个门坎值时,即可给出报警信号.由此可知，光纤光栅感温火灾探测系统采用的是数字式测量技术，与传统测量技术相比，具有更高的稳定性；使用的是无电检测，因而安全性更好。光纤光栅火灾报警器系统结构示意图光纤光栅火灾感温探
16、测信号处理器 光纤光栅感温探测器火灾报警控制器监控中心内测试现场光缆光纤光栅温度监测系统技术方案8北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-512911243.1、光纤光栅传感系统：该系统应用先进的准分布式光纤光栅传感技术，通过光纤光栅感温火灾探测器，将被测物体量转变成便于记录及再处理的光信号。由于从探测器输出的信号为光信号，所以可以直接通过光缆进行远距离传输。3.2、光纤光栅网络系统：该系统的功能是通过放置在监控室的光纤光栅火灾感温探测信号处理器将光纤光栅传感器经光缆远程传输过来的光信号直接进行解调，并将报警信号传送给火警报警控制器系统。3.3、光纤通讯传输网络：不同位置的监测点可以使用光缆直接
17、将传输信号引入中心监控室的信息处理及分析系统上。3.4、信息处理及分析系统：该系统由光纤光栅感温火灾探测信号处理器以构成，信号处理器系统功能包括系统的信息收集、处理、传送分析、传送、预警、报警功能。四、光纤光栅测温技术简介1、光纤光栅探测器的发展：光纤光栅探测器是用光纤光栅制成的一种新型光纤传感器。光纤光栅是 20世纪 90 年代发展起来的一种新型全光纤无源器件，利用光纤光栅制成多种传感器如温度、应变、应力、加速度、压强等传感器。不同的光纤光栅传感器可具有不同的工作波长，因此可以利用波分复用技术，在一根光纤级联多个光纤光栅传感器作分布式测量。它具有体积小、重量轻、与光纤兼容、插入损耗低、性能长
18、期稳定性好等特点。特别适合在易燃，易爆，和强电磁等恶劣环境下使用。光纤光栅温度监测系统技术方案9北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-51291124光纤光栅温度传感器是光纤传感器中发展最快的一个分支，它取代传统的温度传感器，如电阻应变片，与电阻应变片相比，光纤传感器具有体积小，重量轻，不受电磁干扰，抗辐射，分布式测量等显而易见的优势，所以它特别适合在易燃，易爆，和强电磁等特殊的场合应用。2、光纤光栅测温原理：光栅的基本结构为沿纤芯折射率周期性的调制（如图 1 所示） ，所谓调制就是本来沿光纤轴线均匀分布的折射率产生大小起伏的变化。A 光栅条纹周期图 1 光栅结构示意图光纤的材料为石英，由芯层
19、和包层组成。通过对芯层掺杂，使芯层折射率n1 比包层折射率 n2 大，形成波导，光就可以在芯层中传播。当芯层折射率受到周期性调制后，即成为光栅。光栅会对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光，刺中心波长为布喇格波长。如果光栅处的温度发生变化，由于热胀冷缩，光栅条文周期也会跟随温度变化，光栅布喇格波长也就跟着变化。这样通过检测光栅反射光的波长变化，就可以知道光栅出的温度变化。实际光纤光栅分布式传感系统基本原理如图 2 所示。一根光纤上串接的多个光栅（各具有不同的光栅常数） ，宽带光源所发射的宽带光经 Y 型分路器通过所有的光栅，每个光栅反射不同中心波长的光
20、，反射光经 Y 型分路器的另一端口耦合进光纤光栅感温探测信号处理器，通过光纤光栅感温探测信号处理器探测反射光的波长及变化，就可以得到解调数据，在经过处理，就得到对应各个光栅处环境的实际温度。光纤光栅温度监测系统技术方案10北京瑞达斯特电气设备有限公司 010-51291124图 2 光纤光栅分布式传感系统基本原理图五、电力开关柜监测的测点布置及安装实施方案1、电力开关柜光纤光栅感温火灾探测系统组成光纤光栅感温火灾探测系统是由光纤光栅感温火灾探测器、传输光缆、光纤光栅火灾信号处理器组成。光纤光栅感温探测器安装在电缆槽盒中用于采集现场温度，通过传输光缆将采集到的光信号传回给光纤光栅感温火灾信号处理
21、器。光纤光栅感温火灾信号处理器可进行声光报警，再将采集到的信号以标准信号的方式输出，实现现场消防联动。2、电力开关柜光纤光栅感温火灾探测系统安装2.1 总体简介：开关柜长期运行过程中，开关柜中的刀闸触点和母线排连接处等部位因老化 或接触电阻过大而发热。由于开关柜内高压的结构特点，这些发热部位的温度往 往无法及时监测，容易导致火灾事故。光纤光栅温度在线监测系统可实现实时温 度监测，及时的提供准确温度信息，避免火灾事故的发生。本方案需要对电力开关柜安装测温系统，电力开关柜选用光纤光栅感温火灾探测系统，采用耐高温绝缘的陶瓷材料封装，实现电力开关柜测温、预报警、报警。本项目共计 200 个光纤光栅感温探测器，光纤光栅感温火灾信号处理器安装在控制室，光纤光栅感温探测器安放在电力开关柜中部角铁支架上，共 16串，每串占用光纤光栅感温火灾信号处理器一个通道，编号为 116。所有分支
