引言

       溫度是電力設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備溫度信息獲取電力設(shè)備的運(yùn)行狀況是電力系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)與診斷的研究點(diǎn)，研究?jī)?nèi)容包括各種新型的溫度傳感器的應(yīng)用、電力設(shè)備的故障預(yù)報(bào)與診斷方法等。其中光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠(chǎng)、變電站等。光纖傳感器具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓、耐化學(xué)腐蝕，安全等特點(diǎn)。本文對(duì)電力系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)容進(jìn)行了概述，研究了當(dāng)前光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 光纖溫度傳感器

       光纖溫度傳感器是上世紀(jì)70 年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型的測(cè)溫技術(shù)。它基于光信號(hào)傳送信息，具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓等優(yōu)勢(shì)特征。在國(guó)外，光纖溫度傳感器發(fā)展很快，形成了多種型號(hào)的產(chǎn)品，并已應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，取得了很好的效果。國(guó)內(nèi)在這方面的研究也如火如荼，多個(gè)大學(xué)、研究所與公司展開(kāi)合作，研發(fā)了多種光纖測(cè)溫系統(tǒng)投入到了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

       按工作原理分，光纖溫度傳感器可分為功能性和傳輸型兩種。功能型溫度傳感器中光纖作為傳感器的同時(shí)也是光信號(hào)的載體，而傳輸型溫度傳感器中光纖則只傳輸光信號(hào)。目前主要的光纖溫度傳感器包括分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器等。

2 光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

       電力系統(tǒng)中大量設(shè)備需要檢測(cè)溫度信息，從而確定電力設(shè)備的運(yùn)行情況，以便運(yùn)行調(diào)度人員及時(shí)采取措施，消除異常，避免設(shè)備的損壞和事故的發(fā)生。早期通過(guò)示溫蠟片、數(shù)字溫度傳感器、紅外溫度儀等獲取電力設(shè)備溫度信息。但是示溫蠟片與紅外測(cè)溫儀需要人工巡查，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代數(shù)字化電力系統(tǒng)的要求。數(shù)字溫度傳感器大多基于電量傳送，受電磁場(chǎng)影響較大，只能測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)，有一定的局限性。光纖溫度傳感器則克服了以上缺點(diǎn)與不足，具有通信迅速、報(bào)警設(shè)置靈活、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)外，主要有以下幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

       2.1 電纜隧道火災(zāi)監(jiān)控

       發(fā)電廠(chǎng)和變電站內(nèi)大量的高壓電氣設(shè)備都是通過(guò)電纜連接的，這些電纜都敷設(shè)在廠(chǎng)房或變電站下的電纜隧道。由于電纜隧道環(huán)境比較惡劣，且電纜數(shù)量較多，容易由于一根電纜的絕緣損壞、局部放電而引起大面積的火災(zāi)事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)電纜隧道易發(fā)生火災(zāi)的情況，傳統(tǒng)的預(yù)防措施有：

       1）使用阻燃電纜或者電纜加涂阻燃層；

       2）隔層之間填充阻燃泥；

       3）在電纜隧道中通過(guò)感溫電纜實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警；

       4）電纜隧道中定距安裝懸掛定溫式的自動(dòng)滅火器等。

       以上措施并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患和防止火災(zāi)事故的發(fā)生。光纖溫度監(jiān)控系統(tǒng)是近年來(lái)應(yīng)用于電纜隧道監(jiān)測(cè)的一種新技術(shù)，它通過(guò)在電纜隧道中敷設(shè)一條光纖即可實(shí)現(xiàn)多條電纜的溫度檢測(cè)與整個(gè)電纜隧道的火災(zāi)報(bào)警?？偟膩?lái)說(shuō)，光纖測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用到電纜隧道火災(zāi)監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)有：

       1）實(shí)時(shí)檢測(cè)光纖沿線(xiàn)溫度，測(cè)溫準(zhǔn)確，分辨率較高。按測(cè)溫距離與測(cè)溫精度的不同，一般全線(xiàn)溫度更新速度最短10s 左右。

       2）存儲(chǔ)歷史溫度數(shù)據(jù)用于作進(jìn)一步分析。

       3）報(bào)警等各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)置靈活，可實(shí)現(xiàn)多條件報(bào)警設(shè)置。目前已有不少成功應(yīng)用的案例，如在韶關(guān)電廠(chǎng)、寧夏石嘴山發(fā)電廠(chǎng)、南京揚(yáng)子石化熱電廠(chǎng)、濟(jì)南鋼鐵等。

       2.2 高壓電力電纜負(fù)荷安全監(jiān)測(cè)

       溫度作為高壓電力電纜的一個(gè)重要的運(yùn)行參數(shù)越來(lái)越受到人們的重視。通過(guò)數(shù)字傳感器的方式只能實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜接頭等重要部分的溫度監(jiān)測(cè)。因此，近年來(lái)人們對(duì)一些重要的高壓動(dòng)力電纜應(yīng)用光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電纜溫度監(jiān)控。電纜溫度監(jiān)測(cè)可以在電纜全長(zhǎng)度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)和異常行為點(diǎn)，包括快速升溫點(diǎn)和慢性升溫點(diǎn)等，能發(fā)現(xiàn)限制電纜載流量的瓶頸點(diǎn)的溫度與位置信息，預(yù)防電纜故障的同時(shí)為電力調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。

       2.3 變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)

        電力變壓器的內(nèi)部故障主要是過(guò)熱性故障，研究變壓器的過(guò)熱故障具有很大實(shí)用價(jià)值。變壓器的壽命與電力變壓器繞組溫度有一定關(guān)系。變壓器繞組溫度測(cè)量方法主要有三種：

       1）基于電信號(hào)的數(shù)字傳感器測(cè)溫；

       2）紅外溫度傳感器測(cè)量；

       3）光纖溫度傳感器測(cè)量。

       利用光纖溫度傳感器測(cè)量又分為熒光光纖測(cè)溫儀和光纖光柵溫度傳感器。光纖光柵傳感器測(cè)溫是將光纖光柵粘貼在變壓器繞組上測(cè)量繞組溫度。通過(guò)對(duì)變壓器繞組的連續(xù)監(jiān)測(cè)，能掌握變壓器工作狀態(tài)以及了解設(shè)備的缺陷和退化情況。

       2.4 高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)

       高壓開(kāi)關(guān)柜用來(lái)開(kāi)閉電力線(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)輸送、倒換電力負(fù)荷，退出故障設(shè)備和線(xiàn)路的關(guān)鍵設(shè)備。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)和母線(xiàn)連接處容易老化、松動(dòng)和接觸電阻過(guò)大而引起局部發(fā)熱嚴(yán)重。開(kāi)關(guān)柜過(guò)熱如若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)往往容易導(dǎo)致火災(zāi)事故，造成大面積停電等。對(duì)全封閉的高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)和排除隱患，對(duì)保證安全可靠供電具有重要的意義。應(yīng)用光纖溫度傳感器對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度監(jiān)測(cè)是當(dāng)前的一種新的溫度監(jiān)測(cè)方法，能避免強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，且耐高壓、耐輻射，能有效提高高壓開(kāi)關(guān)柜的可靠性。光纖溫度傳感器在變電站開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如在天津天辰變電站、上辛口變電站等。

3 光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)狀分析

       光纖溫度傳感器作為一種新型的測(cè)溫技術(shù)發(fā)展十分迅速，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用也得到了較好的發(fā)展，但存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

       （1）光纖溫度傳感器在電力系統(tǒng)中的一些應(yīng)用尚處于初步嘗試階段，尚需要開(kāi)發(fā)溫度與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等的關(guān)系模型，從而更好地利用溫度信息。目前在電纜監(jiān)測(cè)上有纜芯溫度計(jì)算模型、動(dòng)態(tài)載流量模型。

       （2）光纖溫度傳感器在價(jià)格上的劣勢(shì)制約了其在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，價(jià)格太高使得在某些應(yīng)用場(chǎng)合監(jiān)測(cè)的實(shí)際意義不大。

       （3）光纖在某些電氣設(shè)備上的敷設(shè)較為困難，最好能在敷設(shè)方式和敷設(shè)工藝等方面形成業(yè)內(nèi)認(rèn)可的施工指導(dǎo)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

       （4）目前生產(chǎn)光纖溫度傳感器的廠(chǎng)家基本都只具備專(zhuān)業(yè)研發(fā)與生產(chǎn)光纖溫度傳感器的能力，而在電力系統(tǒng)領(lǐng)域涉足較少，缺乏開(kāi)發(fā)基于光纖溫度傳感器的電力系統(tǒng)故障診斷方面軟件的理論支持與經(jīng)驗(yàn)，難以將系統(tǒng)功能擴(kuò)展。

4 展望

       隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)將會(huì)越來(lái)越受到重視。光纖測(cè)溫系統(tǒng)成本的降低以及測(cè)溫精度等指標(biāo)的提高，必將促使其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用更加廣泛與深入。

       （1）點(diǎn)式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造廠(chǎng)站溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠(chǎng)和變電站重要設(shè)備的溫度監(jiān)控，提供全廠(chǎng)（站）重要區(qū)域溫度信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證電力安全生產(chǎn)、穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

       （2）光纖測(cè)溫系統(tǒng)與電纜故障診斷技術(shù)相結(jié)合構(gòu)造基于光纖溫度傳感器的電纜在線(xiàn)故障診斷系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)電纜線(xiàn)芯溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)載流量分析，而且能將電量信號(hào)和溫度信號(hào)結(jié)合實(shí)現(xiàn)電纜電氣故障識(shí)別和定位。

       （3）隨著光纖測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟，結(jié)合應(yīng)力監(jiān)測(cè)功能將其應(yīng)用到海底電纜與架空線(xiàn)路的安全監(jiān)測(cè)中也是將來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。

       （4）光纖測(cè)溫系統(tǒng)用于其它電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，如變壓器、絕緣子、熔斷器、絕緣套管、電容器和高壓電動(dòng)機(jī)等等，并可結(jié)合電氣設(shè)備特征開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、性能評(píng)估和故障診斷系統(tǒng)。