光纖光柵在電力與化工系統(tǒng)的應(yīng)用

1、電力與化工設(shè)備光纖光柵電力與化工設(shè)備光纖光柵實時在線測溫系統(tǒng)實時在線測溫系統(tǒng)天津光電技術(shù)開發(fā)中心天津光電技術(shù)開發(fā)中心31 1光纖光柵測溫系統(tǒng)光纖光柵測溫系統(tǒng)- -監(jiān)控電力與化工安全的利器監(jiān)控電力與化工安全的利器2光纖光柵實時測溫系統(tǒng)的組成與優(yōu)勢光纖光柵實時測溫系統(tǒng)的組成與優(yōu)勢光纖光柵在電力與化工應(yīng)用范圍光纖光柵在電力與化工應(yīng)用范圍 目目 錄錄1 11. 電力故障的危害電力故障的危害A 電力是企業(yè)生產(chǎn)的基本動力，因此，一旦出現(xiàn)電力供應(yīng)故障，企業(yè)就會面臨停產(chǎn)損失，如果引發(fā)火災(zāi)，可能會造成巨大損失，甚至遭受滅頂之災(zāi)！電力配送電器、電路的主要故障是接觸不良和過載，其直接表現(xiàn)為溫度過高，如果能夠?qū)崿F(xiàn)實時

2、監(jiān)測電器、電路關(guān)鍵點的溫度，即可及時發(fā)現(xiàn)電力故障，避免其轉(zhuǎn)化為事故，造成災(zāi)害。 1. 使用光傳感器實時監(jiān)測化工設(shè)備意義重大使用光傳感器實時監(jiān)測化工設(shè)備意義重大B隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，化工生產(chǎn)需要隨時在線監(jiān)控壓力與溫度，傳統(tǒng)采用電傳感器，很容易因為電路誘發(fā)火災(zāi)和爆炸。采用光傳感器，耐腐蝕、無電、磁，安全可靠。 1、蠟片法：利用蠟片受熱融化的情況來判斷溫度； 缺 陷：沒有直接數(shù)據(jù)支持，憑人工經(jīng)驗和猜測手法進(jìn) 行測溫，并且操作上危險系數(shù)性高。 2、紅外線法：利用紅外測溫儀或紅外熱成像儀進(jìn)行測溫。 缺 陷：實際操作環(huán)境要求過高，并且可靠性低，不能或難于成網(wǎng)。 采用以上方法，只能人工逐點定時檢查，發(fā)現(xiàn)電

3、器、電路故障具有相當(dāng)大的偶然性，均無法實現(xiàn)在線實時監(jiān)測、及時發(fā)現(xiàn)隱患。2.目前電力應(yīng)用的主要測溫方法和缺陷目前電力應(yīng)用的主要測溫方法和缺陷3.光纖光柵測溫系統(tǒng)的優(yōu)勢光纖光柵測溫系統(tǒng)的優(yōu)勢 1、溫度測量范圍 0至120 ； 2、溫度顯示分辨能力0.1，溫度測量精度1.5 ； 3、無機(jī)械動作部件，壽命長，可連續(xù)不間斷工作； 4、有溫度聲、光報警功能，可任意設(shè)定溫度設(shè)限值（如：上限預(yù)設(shè) 為80 ），主機(jī)和計算機(jī)分別設(shè)置，可獨立使用； 5、溫度顯示圖形數(shù)據(jù)可進(jìn)行手動和自動存儲； 6、方便安裝和維護(hù)，可以大大縮短安裝測溫系統(tǒng)所需要的停電時間； 7、檢測系統(tǒng)可以通過接口，將各變電站、化工設(shè)備測溫監(jiān)控的信息

4、，通過現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)诫娏镜募刂鳈C(jī)上，能夠完全實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化在線實時監(jiān)測。 8、根據(jù)需要，可以同步監(jiān)測壓力等指標(biāo)。4.光纖光柵測溫系統(tǒng)的技術(shù)特點光纖光柵測溫系統(tǒng)的技術(shù)特點 1、光纖光柵測溫系統(tǒng)不受外界電磁干擾，不受電源和光源起伏的影響， 不受器件老化等影響，并且防爆、防腐蝕； 2、應(yīng)用了特殊的微電子機(jī)械解調(diào)設(shè)備，提高了測量的可靠性和穩(wěn)定性； 3、光纖光柵傳感頭使用專用光纖絕緣子，保證了在惡劣天氣和環(huán)境 中的安全運行； 4、采用自主研制的特殊材料封裝的標(biāo)準(zhǔn)光纖光柵，保證了檢測溫度的 可靠性和正確性； 5、自行研制的光纖光柵測溫探頭便于安裝和維修。 5.應(yīng)用光纖光柵測溫系統(tǒng)的應(yīng)用推廣優(yōu)勢應(yīng)

5、用光纖光柵測溫系統(tǒng)的應(yīng)用推廣優(yōu)勢 光纖光柵測溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備的實際應(yīng)用屬國內(nèi)首創(chuàng)，該成果具有很高的推廣應(yīng)用價值。 1.1.安全性高：安全性高：光纖本身不導(dǎo)電、耐高溫，本質(zhì)安全。光纖光柵測溫系統(tǒng)安裝后，可以在線監(jiān)測配網(wǎng)電氣設(shè)備運行情況，及時發(fā)現(xiàn)因接頭接觸不良，引起過熱，導(dǎo)致運行設(shè)備接地短路事故和火災(zāi)隱患； 2.2.效益明顯：效益明顯：其應(yīng)用為配電運行安全提供了有效的技術(shù)手段，節(jié)省人力、物力和避免停電停產(chǎn)、預(yù)防火災(zāi)事故。 3.3.兼容性強(qiáng)：兼容性強(qiáng)：可以與目前廣泛應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)兼容； 4.4.智能化程度高：智能化程度高：適應(yīng)現(xiàn)代化電力大容量，高電壓，交直流通用，高精度，網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的發(fā)展

6、需求，方便自動化生產(chǎn)管理。 5.5.技術(shù)成熟：技術(shù)成熟：成果已經(jīng)通過鑒定，并應(yīng)用推廣，系統(tǒng)至今穩(wěn)定運行。6.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 光纖監(jiān)控計算機(jī)光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器透射光布喇格光纖光柵 纖芯入射光反射光光纖包層 光纖光柵的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。它是利用光纖材料的光折變效應(yīng)，用紫外激光向光纖纖芯內(nèi)由側(cè)面寫入,形成折射率周期變化的光柵結(jié)構(gòu)。這種光柵稱為布喇格（Bragg）光纖光柵。 式中 B 為光柵中心波長， 為光柵周期， 為光纖材料的有效折射率。 是溫度T和軸向應(yīng)變的函數(shù)。因此布喇格波長的相對變化量可以寫成：/B =

7、(+)T+（1Pe） 。應(yīng)變可以是很多物理量（如，壓力、形變、位移、電流、電壓、振動、速度、加速度、流量等等）的函數(shù)，所以應(yīng)用光纖光柵可以制造出不同用途的傳感頭，測量光柵波長的變化就可以計算出待測物理量的變化。effBn2effn,effnBragg光纖光柵入射光滿足一定相位匹配條件時，將被反射： 光纖光柵示意圖光纖光柵示意圖6.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2 6.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 3 光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀 光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀具有接受傳感器的信號、解碼、光電轉(zhuǎn) 換、存儲、傳輸和顯示數(shù)據(jù)的功能。分析儀內(nèi)部光源可發(fā)出連續(xù)的寬帶 光，在 同一條光纖上，可以串聯(lián)多個中心波長不同的傳感

8、器，因此簡 化了傳感 器及引出線的布設(shè)，避免了以往逐點測量的不便。 電力與化工設(shè)備光纖光柵溫度監(jiān)測儀 監(jiān)控計算機(jī)監(jiān)控計算機(jī) 監(jiān)控計算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)接口，以實現(xiàn)集中監(jiān)控。6.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 4 溫度傳感器溫度傳感器 溫度傳感頭是我中心專門為電力系統(tǒng)設(shè)計的，分為插拔式和固定 式兩種，適用不同現(xiàn)場情況，安裝方便。由于光纖光柵體積小，針對 不同的應(yīng)用場合，可以做相應(yīng)的封裝，方便現(xiàn)場安裝。 我中心還可根據(jù)用戶現(xiàn)場設(shè)備情況定制傳感器。上圖顯示兩種不同的封裝樣式，一種可以由螺絲固定，用于接線端子，開關(guān)刀閘等。另一種針式封裝，可以插入縫隙內(nèi)（如配電柜和變壓器）。 6.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 5光纖絕緣子光纖絕緣子 光

9、纖絕緣子由硅橡膠材料制成，它的主要作用是防止光纖與高壓 設(shè)備接觸后產(chǎn)生爬電現(xiàn)象。經(jīng)過測試，可以在110kv下，使光纜不產(chǎn) 生爬電現(xiàn)象。光纖傳輸光纖傳輸 光纖光柵傳感器通過光纖傳輸信息，傳輸距離可達(dá)幾十公里。因 此解調(diào)設(shè)備可以遠(yuǎn)離監(jiān)測地點，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。6.系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 67. 應(yīng)用實例應(yīng)用實例 我中心的“電力設(shè)備光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)”已通過了天津電力局的高壓爬電鑒定，電磁兼容鑒定，以及計量局測量標(biāo)準(zhǔn)鑒定，并已于2005-12-17通過由天津市科委主持的成果鑒定。鑒定結(jié)論：達(dá)到國際先進(jìn)水平。 2005年3月6日至今所裝備的設(shè)備運行狀況良好，并且保持零故障。 施工案例：施工案例： 1 北辰變電

10、站溫度35KV開關(guān)柜觸點、母線溫度監(jiān)測系統(tǒng)2 天津市電力公司城東供電分公司環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)安裝3 天津市上辛口35kv變電站投入我公司生產(chǎn)的“溫度監(jiān)測系統(tǒng)”8.應(yīng)用圖片應(yīng)用圖片 9. 鑒定評價鑒定評價10.光纖光柵在電力系統(tǒng)的應(yīng)用范圍光纖光柵在電力系統(tǒng)的應(yīng)用范圍1 1、變壓、配電、開關(guān)設(shè)備在線實時溫度檢測：、變壓、配電、開關(guān)設(shè)備在線實時溫度檢測：斷路器、變壓器、電纜、母線、開關(guān)柜等電氣設(shè)備以及相互之間由母線、引線、電纜的溫度在線監(jiān)控。2 2、電力電纜的在線實時溫度檢測：、電力電纜的在線實時溫度檢測： 實時監(jiān)測電纜溫度，可以提前發(fā)出故障預(yù)警，以便及時采用有效措施重大直接經(jīng)濟(jì)損失。3 3、運行狀態(tài)監(jiān)測：

11、、運行狀態(tài)監(jiān)測：有效監(jiān)測電纜在不同負(fù)載和不同環(huán)境溫度下的發(fā)熱狀態(tài)， 積累歷史技術(shù)數(shù)據(jù)。4 4、載流量限度分析：、載流量限度分析：可以保證在不超過電纜允許運行溫度的情況下，最大限 度的發(fā)揮電纜的傳輸能力、提高輸配電設(shè)備利用率。5 5、老化監(jiān)測：、老化監(jiān)測：及時發(fā)現(xiàn)電纜局部過熱點，通過采取降溫措施，延緩電纜老化 速度；6 6、實時故障監(jiān)測預(yù)警：、實時故障監(jiān)測預(yù)警：發(fā)現(xiàn)電纜運行過程中外界因素導(dǎo)致的破壞7 7、電纜溝內(nèi)火情監(jiān)測與報警、電纜溝內(nèi)火情監(jiān)測與報警8 8、電纜接頭、電纜終端的溫度監(jiān)測與報警、電纜接頭、電纜終端的溫度監(jiān)測與報警9 9、發(fā)電廠、大型冶金企業(yè)電纜溝防火及火情監(jiān)測、發(fā)電廠、大型冶金企業(yè)

12、電纜溝防火及火情監(jiān)測 11.光纖光柵化工系統(tǒng)的應(yīng)用例證光纖光柵化工系統(tǒng)的應(yīng)用例證1 1、在中國國家標(biāo)準(zhǔn)石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范(GB 50160-92)中明確規(guī)定“大于或等于5104 m3的浮頂罐應(yīng)采用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)”。這是因為浮頂罐初期火災(zāi)不大,尤其低液面時難于及時發(fā)現(xiàn),因此要求設(shè)置火災(zāi)自動探測及報警系統(tǒng)。對容量大的儲罐,若火災(zāi)不能及時被發(fā)現(xiàn)和撲滅,則火災(zāi)蔓延將造成巨大損失,所以使用先進(jìn)技術(shù)盡早探知火災(zāi)并在初期將火撲滅是防災(zāi)減災(zāi)的有效方法。因此近年來光纖光柵火災(zāi)探測系統(tǒng)已逐步取代傳統(tǒng)方式在大型儲油罐上得到大量推廣應(yīng)用。2 2、光纖光柵火災(zāi)探測系統(tǒng)在石化企業(yè)地下電纜隧道的應(yīng)用大型石油化工企業(yè)地下長距離電纜隧道的火災(zāi)自動探測系統(tǒng)的選用也是一個較棘手的問題。11. 結(jié)束語結(jié)束語 如:中國石化上海石油化工股份有限公司的地下電纜隧道長達(dá)十幾公里,內(nèi)部敷設(shè)有110 kV,35 kV等高壓電纜,隧道內(nèi)敷設(shè)有很多高、低壓電力電纜。存在如下問題：其產(chǎn)生的電磁場對火災(zāi)探測系統(tǒng)的弱電信號有干擾;地下隧道內(nèi)因排水、通風(fēng)等問題其環(huán)境濕度、灰塵都很大使得隧道內(nèi)的電子產(chǎn)品及探測線路不能正常運行而使系統(tǒng)產(chǎn)生很高的誤報率,無法正常投用。該公司20世紀(jì)90年代在一期地下電纜隧道內(nèi)使用點式探測器(防水型)、線性感溫電