光纖光柵案例資料.doc

北京明堂華宇光電科技有限公司光纖光柵電力設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)北京明堂華宇光電科技有限公司產(chǎn)品介紹一、 應(yīng)用背景隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)正在朝著超高壓、大電網(wǎng)、大容量、自動(dòng)化的方向發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行對整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展來說是極為重要的,一旦發(fā)生事故則損失巨大?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備大多采用封閉式結(jié)構(gòu)，散熱效果差、熱積累大，并長期處于高電壓、大電流和滿負(fù)荷運(yùn)行，結(jié)果造成熱量集結(jié)加劇，溫升直接威脅電氣設(shè)備的電氣絕緣，初始表現(xiàn)為溫度升高，進(jìn)而引發(fā)短路，導(dǎo)致大面積電纜燒損，造成被迫停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)生產(chǎn)，甚至引起火災(zāi)，造成重大損失。電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)繞組、變壓器繞組、高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭和電力電纜接頭等熱點(diǎn)的溫升會(huì)使電力設(shè)備壽命縮短，甚至造成相關(guān)設(shè)備被燒壞的嚴(yán)重事故。因此，對電力設(shè)備進(jìn)行精確的、實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)測與報(bào)警對于提前發(fā)現(xiàn)安全隱患和及時(shí)的采取應(yīng)對措施具有重大意義。電力工業(yè)中的設(shè)備大多處在強(qiáng)電磁場中，一般電器類傳感器無法使用。高壓開關(guān)的在線監(jiān)測，高壓變壓器繞組、發(fā)電機(jī)定子等地方的溫度和位移等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測都要求絕緣性能好，體積小。光纖光柵傳感器具有本質(zhì)安全、抗電磁干擾、體積小巧、易于安裝等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，非常適于電力系統(tǒng)中高電壓、大電流環(huán)境下的各種熱點(diǎn)溫度的監(jiān)測。采用新型的光纖光柵溫度傳感系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)中發(fā)熱節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，解決日益增多的無人值守配電室中運(yùn)行設(shè)備溫度參數(shù)無法測量的問題。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電力熱點(diǎn)的溫度變化,在溫度超限或溫升速度達(dá)到超限時(shí)能及時(shí)報(bào)警,并對發(fā)熱點(diǎn)快速定位，通知運(yùn)行人員及時(shí)處理，對確保電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、避免經(jīng)濟(jì)損失有著非常重要的意義。二、 主要應(yīng)用2.1監(jiān)測電纜接頭溫度現(xiàn)在全國發(fā)生的電力電纜故障中80%以上是由于電力電纜附件故障引起的,其中電纜接頭引起的事故占一半以上。通過對電力事故分析，引起電纜溝內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的直接原因是電纜中間頭制作質(zhì)量不良、壓接頭不緊、接觸電阻過大，長期運(yùn)行所造成的電纜頭過熱燒穿絕緣，最后導(dǎo)致電纜溝內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生。電纜故障引起的火災(zāi)導(dǎo)致大面積電纜燒損，造成被迫停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)生產(chǎn)，對社會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。例一：遼寧發(fā)電廠發(fā)生過電纜頭過熱引起火災(zāi)，當(dāng)消防人員撲滅火災(zāi)后剛要離開現(xiàn)場時(shí)電纜頭絕緣擊穿，大火復(fù)燃，當(dāng)場燒傷數(shù)人，造成群傷事故。 例二：富拉爾基電廠，試驗(yàn)人員查找電纜故障時(shí)，上午采用了電容擊穿法進(jìn)行查找，中午休息后，電纜溝內(nèi)發(fā)生了火災(zāi)，造成重大事故，火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間較長，如配置電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)完全可以避免事故。例三：渾江電廠2循環(huán)水電纜中間頭過熱，燒損該溝內(nèi)所有電纜造成被迫停機(jī)事故，據(jù)了解，上午有人在距故障電纜中間頭80多米遠(yuǎn)的豎井上已嗅到了絕緣燒焦的味，下午七點(diǎn)鐘引發(fā)了火災(zāi)。例四：某發(fā)電廠兩臺二十萬發(fā)電機(jī)組，因一臺機(jī)的循環(huán)水電纜中間頭過熱引燃燒穿了本機(jī)的另一條循環(huán)水電纜，同時(shí)燒損了另一臺機(jī)的循環(huán)水電纜，造成兩臺二十萬機(jī)被迫停機(jī)事故。綜上所述，從電纜頭過熱到事故的發(fā)生，其發(fā)展速度比較緩慢、時(shí)間較長，通過電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)完全可以防止、杜絕此類事故的發(fā)生。2.2監(jiān)測開關(guān)柜溫度發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜是重要的電氣設(shè)備。此類設(shè)備的外部熱故障主要指裸露接頭由于壓接不良等原因，在大電流作用下，接頭溫度升高，接觸點(diǎn)氧化引起接觸電阻增大，惡性循環(huán)造成隱患。此類故障占外部熱故障的90%以上。統(tǒng)計(jì)近幾年來檢測到的外部熱故障的幾千個(gè)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)線夾和刀閘觸頭的熱故障占整個(gè)外部熱故障的77%，它們的平均溫升約在30度左右，其它外部接頭的平均溫升在20-25度之間，而這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，由此最終導(dǎo)致火災(zāi)事故。高壓設(shè)備刀閘等部位的連接是否緊密，開關(guān)表面是否氧化腐蝕、緊固螺栓是否松動(dòng)等問題都無法在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，而這些都是造成高壓設(shè)備過熱甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故的誘因，可以通過對溫度的在線監(jiān)測來避免事故的發(fā)生。近年來，在電廠和變電站已發(fā)生多起開關(guān)柜過熱事故，造成火災(zāi)和大面積的停電，解決開關(guān)柜過熱問題是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。 例一：某變電站開關(guān)柜發(fā)生爆炸，造成鋼鐵廠兩座高爐和兩座轉(zhuǎn)爐等主要生產(chǎn)車間大面積停電，損失慘重。另外，7000多名住戶停水停電。例二：某鋼廠的中部站高壓開關(guān)柜過熱爆炸，導(dǎo)致了該鋼廠的50噸煉鐵高爐停轉(zhuǎn)，近三十噸的鋼水凝固在爐中，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千萬元。例三：某電力廠兩個(gè)降壓開關(guān)柜著火，全站失電，給公司各個(gè)系統(tǒng)造成不同程度的影響。通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)溫度的運(yùn)行情況，可有效防止開關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生。但由于開關(guān)柜內(nèi)狹小的結(jié)構(gòu)，無法進(jìn)行人工巡查測溫，因此實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證高壓開關(guān)柜安全運(yùn)行的重要手段。三、 光纖光柵溫度傳感系統(tǒng)原理光纖光柵技術(shù)于1978年問世，當(dāng)用紫外激光光束照射光纖，被照射區(qū)間段纖芯的折射率將發(fā)生周期性的變化，稱此折射率變化區(qū)域?yàn)榭臻g相位光柵（空間相位周期性分布的光柵），其實(shí)質(zhì)類似一個(gè)窄帶濾波器或反射鏡，對入射的寬帶光進(jìn)行選擇性反射，反射一個(gè)中心波長與光柵區(qū)調(diào)制相位相匹配的窄帶光，如上圖所示由于溫度變化，光纖熱脹冷縮使得布拉格光柵條紋周期發(fā)生變化，從而引起反射光波波長的變化。在無應(yīng)變情況下，布拉格光柵溫度變化與波長變化成線性關(guān)系。通過檢測反射光波的變化，得出光柵處溫度場的變化。四、 光纖光柵溫度傳感系統(tǒng)相對于原有檢測方法的優(yōu)勢原有檢測方法主要有兩種，一、紅外測溫儀人工巡檢法，其優(yōu)點(diǎn)為非接觸式檢測；檢測精度高，也有很多的缺點(diǎn)如：難以做到檢查的一貫性；無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性在線監(jiān)測；無法實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的積累與分析；現(xiàn)場檢查具有一定危險(xiǎn)性及人員巡檢過程中存在漏檢等。二、熱電偶、熱電阻監(jiān)測法，此方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，但是本身帶電，形成隱患極易受到電磁干擾、傳感器工作發(fā)熱，產(chǎn)生零漂；受導(dǎo)線電阻影響，數(shù)據(jù)可靠性不強(qiáng)；信號衰減快，傳輸距離近等。光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)的傳感單元和信號傳輸介質(zhì)均為石英材質(zhì)的光纖，由于光纖固有的高絕緣性和抗電磁場干擾性能，從根本上解決了傳感監(jiān)測系統(tǒng)的抗干擾、絕緣性、耐久性、耐潮濕、防腐和抗輻射等傳統(tǒng)電子傳感器無法克服的技術(shù)難題。光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)以其極高的安全性、可靠性、高測量精度、傳感器無需供電、安裝施工方便和易于組網(wǎng)測量等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)適用于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行監(jiān)測中。五、 與國內(nèi)外同類產(chǎn)品的比較5.1性能比較：國內(nèi)外的光纖電力安全監(jiān)測的產(chǎn)品主要是準(zhǔn)分布式的光纖光柵傳感和全分布式的光纖拉曼測溫傳感系統(tǒng)。我們采用全新的掃描激光技術(shù)，克服了一些電力測溫廠家采用的國外模塊組裝的測溫系統(tǒng)的測量通道少、傳感器數(shù)量有限、測量通道需要機(jī)械的光開關(guān)切換、巡檢時(shí)間長和無法同步測量等關(guān)鍵問題。能夠?qū)崿F(xiàn)多測點(diǎn)同步測量，巡檢速度快，預(yù)警及時(shí)。5.2價(jià)格比較：國外產(chǎn)品價(jià)格昂貴，多通道高速解調(diào)產(chǎn)品的價(jià)格多達(dá)30-40萬元，在多測點(diǎn)應(yīng)用時(shí)還需要昂貴的光開關(guān)陣列，完全不適于推廣應(yīng)用。本公司產(chǎn)品從底層的硬件開發(fā)的光纖傳感系統(tǒng)，具有自主的知識產(chǎn)權(quán)，成本大大低于國內(nèi)外的同行，具有推廣應(yīng)用的潛力。六、 解調(diào)儀（HY-GXCW8000）及傳感器（HY-T01/02）參數(shù)類型參數(shù)值單位備注通道數(shù)4通道通道數(shù)可選報(bào)警溫度設(shè)置范圍50-95測溫范圍-50 150溫度分辨率0.1測溫精度1.0掃描頻率300Hz 畫面數(shù)據(jù)刷新12 60S可選通道數(shù) 1-64-根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量確定單通道傳感器容量25支 傳輸距離10Km系統(tǒng)軟件基于WINDOWS操作系統(tǒng)-溫度數(shù)據(jù)同步采集報(bào)警聲音報(bào)警、手機(jī)短信報(bào)警-超溫報(bào)警系統(tǒng)工作溫度-20 45電源220V10%AC工程案例一、 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)各部分的功能描述：光纖光柵溫度傳感器：布置在高壓開關(guān)柜內(nèi)，采集溫度信號。分布式測溫光纖：沿電纜線鋪設(shè)，采集電纜溫度信息。光纖光柵信號解調(diào)系統(tǒng)：對溫度信號進(jìn)行解調(diào)，提供現(xiàn)場溫度的實(shí)時(shí)信息。GPRS/網(wǎng)絡(luò)：通過互聯(lián)網(wǎng)把系統(tǒng)解調(diào)出的數(shù)字信息上傳到服務(wù)器，出現(xiàn)溫度超閾值時(shí)，發(fā)送短信給工作人員上位機(jī)：給整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供軟件支持，進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警輸出。二、 施工案例耐高溫膠傳感器傳感器尾纖待測溫點(diǎn)光纖光柵溫度傳感器固定示意圖：正視圖（左）、側(cè)視圖（右）纏繞光纖長度大于24cm傳感器布置側(cè)視圖傳感器母線室是全密封型，外面很難監(jiān)測到，光纖光柵就很容易實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，光纜本身絕緣，不影響設(shè)備維護(hù)。安裝在梅花靜觸頭銅排背面,不影響柜子內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)和占用空間小,安裝方便根據(jù)我們的工程案例數(shù)據(jù)得知，電纜進(jìn)線處的溫度比較容易升高,溫度高引起事故率較多。三、 開關(guān)柜傳感器的數(shù)量單個(gè)開關(guān)柜內(nèi)測溫點(diǎn)分布（建議）：進(jìn)線及出線柜12個(gè)點(diǎn)：包含靜觸頭（6個(gè)點(diǎn)）、電流互感器（3個(gè)點(diǎn)）電纜進(jìn)線（3個(gè)點(diǎn)）PT柜6個(gè)點(diǎn)：包含靜觸頭（3個(gè)點(diǎn)）、電纜進(jìn)線（3個(gè)點(diǎn)） 分段柜6個(gè)點(diǎn)：包含靜觸頭（3個(gè)點(diǎn)）、銅排連接處（3個(gè)點(diǎn)）案例：一組開關(guān)柜安裝明細(xì)表開關(guān)柜名稱安裝位置傳感器個(gè)數(shù)35KV岱葛線7954開關(guān)刀閘觸點(diǎn)3，饋線頭3635KV主變壓柜進(jìn)線接頭3，刀閘觸點(diǎn)3，饋線頭3935KV段電壓互感器柜刀閘觸點(diǎn)3335KV聯(lián)絡(luò)柜刀閘觸點(diǎn)3，饋線頭3635KV段電壓互感器柜刀閘觸點(diǎn)3335KV主變壓柜進(jìn)線接頭3，刀閘觸點(diǎn)3，饋線頭3935KV北葛線7953開關(guān)刀閘觸點(diǎn)3，饋線頭3635KV站內(nèi)變壓器柜刀閘觸點(diǎn)3335KV室內(nèi)穿墻套管每組穿墻套管安裝3個(gè)，共4組126KV段電壓互感器柜母線連接處3，上刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，下刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，饋線頭3126KV段進(jìn)線柜母線連接處3，上刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，下刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，饋線頭3126KV主井變電所母線連接處3，上刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，下刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，饋線頭3126KV段副井提升機(jī)柜母線連接處3，上刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，下刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，饋線頭3126KV段主井提升機(jī)柜母線連接處3，上刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，下刀閘動(dòng)靜觸點(diǎn)3，饋線頭312四、 系統(tǒng)設(shè)備清單序號物品名稱型號單位數(shù)量1光纖多點(diǎn)溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)軟件溫度數(shù)據(jù)采集模塊套1溫升分析模塊數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、圖形顯示模塊溫度、溫升報(bào)警模塊2光纖光柵溫度解調(diào)系統(tǒng)HY-GXCW8000套13聲光報(bào)警模塊套14手機(jī)短信報(bào)警模塊套15光纖溫度傳感器HY-GXT 01帶尾纖4.5米只6光纜GYFTY-8B1米7光纖終端盒HY-GXJ 01個(gè)8光纖分路器1*2加1*6只9跳線HY-GXD01 (3)條10液晶顯示器19英寸臺1五、 本系統(tǒng)在安裝完畢后，能夠達(dá)到以下目標(biāo)：溫度監(jiān)測系統(tǒng)不受高壓磁場和環(huán)境因素的干擾，達(dá)到或超過耐壓運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，確保對供電系統(tǒng)運(yùn)行安全的無妨礙。光纖感知溫度和位置信息；傳輸溫度信號；系統(tǒng)本質(zhì)安全