新型光纤光栅温度传感系统在电力测温中的应用

　　1概述

　　设备长期运行过程中，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。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。由于处于开关柜内高压的环境，导致这些发热部位的温度很难及时在线监测，因此容易导致火灾事故。目前，国内大部分电厂和变电站采用基于电信号传感器的测温系统。其中红外测温为非接触测量，易受环境及周围电磁场干扰，且需人工操作，无法实现在线测量，效率低下;电子温度传感器易受电磁干扰，机械的温度传感器受环境的影响也比较大，以上几种检测方法的测量效果都不是很理想。因此开发一种大容量分布式在线实时温度监测系统，来监测各个高压开关柜内触点的温度已成为电力行业当务之急。

　　光纤光栅温度在线监测系统是山东微感光电子有限公司开发的一种全新的在线温度监测报警系统。系统具有防爆、防燃、抗腐蚀、抗电磁干扰，在有害环境中使用安全，实现实时快速准分布式测温并定位，具有程控报警电平等特点。系统本身具有自检测、自标定和自校正功能，是光机电、计算机一体化技术。

　　2测温原理

　　光纤传感技术是 20 世纪 70 年代末兴起一种先进的多学科交叉技术。经过 30 多年，特别是过去十几年的发展，目前已经研制出 2000 多种基于光纤的传感器。光纤传感器与常规的电子类传感器相比有许多独特之处，主要优点包括：

　　(1)以光作为传感信号基本不受外界电磁场干扰，长期漂移小，因而可用作长期可靠的连续在线检测;

　　(2)由于不带电，因而适于在煤矿、石油、天然气及其它化工行业进行对安全和生产状态参数的监测;

　　(3)经过特殊封装后，光纤传感器具有很强的耐高压性能, 因而适于在电力的高压等危险场合进行对安全和生产状态参数的监测;

　　(4)体积小、重量轻，适用于诸如开关柜内、地下电缆的温度监控;

　　(5)复用能力强，可实现对一线多点、两维点阵或空间分布的连续监测。

　　光纤传感器上述独特优点，特别是一根光纤可以对多个点做多变量测量的能力，是电子类传感器很难实现的。在具有强电干扰、高压、易燃易爆等恶劣环境下，传统的电子传感器受到很多局限。本系统所用温度传感器采用一种叫光纤布拉格光栅的光学无源器件，其原理如图 1 所示。

　　光纤光栅(FBG)是一种反射式光纤滤波器件，通常采用紫外线干涉条纹照射一段 10mm 长的裸光纤，在纤芯产生折射率周期调制，光波导内传播的前向导模会与后向反射模式进行耦合，形成布拉格反射。对于特定的空间折射率调制周期( )和纤芯有效折射率(neff)，布拉格波长为：