光纖溫度傳感器在電力系統中的應用現狀綜述
引言
溫度是電力設備的重要運行參數，通過監測電力設備溫度信息獲取電力設備的運行狀況是電力系統故障預報與診斷的研究點，研究内容包括各種新型的溫度傳感器的應用、電力設備的故障預報與診斷方法等。其中光纖溫度傳感器在電力系統中的應用是近年來研究的熱點，已廣泛應用於發電廠、變電站等。光纖傳感器具有絕緣 、抗電磁幹擾、耐高電壓、耐化學腐蝕，安全等特點 。本文對電力系統溫度監測的基本内容進行瞭概述，研究瞭當前光纖溫度傳感器在電力系統中的應用，並對其發展趨勢進行瞭展望。
1 光纖溫度傳感器
光纖溫度傳感器是上世紀70 年代發展起來的一門新型的測溫技術。它基於光信号傳送信息，具有絕緣、抗電磁幹擾、耐高電壓等優勢特征。在國外 ，光纖溫度傳感器發展很快，形成瞭(le)多種型号的産品，並(bìng)已應用到多個領域 ，取得瞭(le)很好的效果 。國内在這方面的研究也如火如荼，多個大學 、研究所與公司展開合作，研發瞭(le)多種光纖測溫系統投入到瞭(le)現場應用 。
按工作原理分，光纖溫度傳感器可分爲功能性和傳輸型兩種 。功能型溫度傳感器中光纖作爲傳感器的同時也是光信号的載體，而傳輸型溫度傳感器中光纖則隻傳輸光信号。目前主要的光纖溫度傳感器包括分布式光纖溫度傳感器 、光纖光栅溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器 、幹涉型光纖溫度傳感器等。
2 光纖溫度傳(chuán)感器在電(diàn)力系統中的應用
電力系統中大量設備需要檢測溫度信息，從而確定電力設備的運行情況，以便運行調度人員及時採取措施 ，消除異常，避免設備的損壞和事故的發生。早期通過示溫蠟片 、數字溫度傳感器、紅外溫度儀等獲取電力設備溫度信息。但是示溫蠟片與紅外測溫儀需要人工巡查，不能滿足現代數字化電力系統的要求。數字溫度傳感器大多基於電量傳送，受電磁場影響較大，隻能測量關鍵點，有一定的局限性。光纖溫度傳感器則克服瞭以上缺點與不足，具有通信迅速、報警設置靈活、适應惡劣環境等優點。在國内外 ，主要有以下幾個應用領域。
2.1 電纜隧道火災監控
發電廠和變電站内大量的高壓電氣設備(bèi)都是通過電纜連接的，這些電纜都敷設在廠房或變電站下的電纜隧道。由於(yú)電纜隧道環境比較惡劣 ，且電纜數量較多 ，容易由於(yú)一根電纜的絕緣損壞、局部放電而引起大面積的火災事故，造成嚴重的經濟損失。針對電纜隧道易發生火災的情況，傳統的預防措施有：
1）使用阻燃電(diàn)纜或者電(diàn)纜加塗阻燃層(céng)；
2）隔層(céng)之間(jiān)填充阻燃泥；
3）在電(diàn)纜隧道中通過感溫電(diàn)纜實現溫度報(bào)警；
4）電(diàn)纜隧道中定距安裝懸挂定溫式的自動(dòng)滅火器等 。
以上措施並(bìng)不能及時發現火災隐患和防止火災事故的發生。光纖溫度監控系統是近年來應用於(yú)電纜隧道監測的一種新技術 ，它通過在電纜隧道中敷設一條光纖即可實現多條電纜的溫度檢測與整個電纜隧道的火災報警。總的來說，光纖測溫系統應用到電纜隧道火災監控的優點有：
1）實時檢測(cè)光纖沿線溫度 ，測(cè)溫準確(què)，分辨率較高。按測(cè)溫距離與測(cè)溫精度的不同，一般全線溫度更新速度最短10s 左右。
2）存儲(chǔ)曆史溫度數據用於(yú)作進一步分析。
3）報警等各項指标設置靈活，可實現多條件報警設置。目前已有不少成功應用的案例 ，如在韶關電廠、甯夏石嘴山發電廠、南京揚子石化熱電廠 、濟南鋼鐵等。
2.2 高壓電力電纜負荷安全監測
溫度作爲高壓電力電纜的一個重要的運行參數越來越受到人們的重視 。通過數字傳感器的方式隻能實現對電纜接頭等重要部分的溫度監測。因此，近年來人們對一些重要的高壓動力電纜應用光纖溫度監測系統實現電纜溫度監控。電纜溫度監測可以在電纜全長度範圍内發現過熱點和異常行爲點 ，包括快速升溫點和慢性升溫點等，能發現限制電纜載流量的瓶頸點的溫度與位置信息，預防電纜故障的同時爲電力調度提供科學依據 。
2.3 變壓器繞組溫度監測
電力變(biàn)壓器的内部故障主要是過熱性故障，研究變(biàn)壓器的過熱故障具有很大實用價值。變(biàn)壓器的壽命與電力變(biàn)壓器繞組溫度有一定關系。變(biàn)壓器繞組溫度測(cè)量方法主要有三種：
1）基於(yú)電信号的數字傳感器測(cè)溫；
2）紅外溫度傳(chuán)感器測(cè)量；
3）光纖溫度傳(chuán)感器測(cè)量。
利用光纖溫度傳感器測量又分爲熒光光纖測溫儀和光纖光栅溫度傳感器 。光纖光栅傳感器測溫是将光纖光栅粘貼在變壓器繞組上測量繞組溫度。通過對變壓器繞組的連續監測 ，能掌握變壓器工作狀态以及瞭解設備的缺陷和退化情況。
2.4 高壓開關櫃溫度監測
高壓開關櫃用來開閉電力線，是實現輸送、倒換電力負荷 ，退出故障設備和線路的關鍵設備。在長期的運行過程中，開關櫃觸點和母線連接處容易老化、松動和接觸電阻過大而引起局部發熱嚴重。開關櫃過熱如若發現不及時往往容易導緻火災事故，造成大面積停電等。對全封閉的高壓開關櫃實現在線實時溫度監測，提前發現和排除隐患，對保證安全可靠供電具有重要的意義。應用光纖溫度傳感器對高壓開關櫃的溫度監測是當前的一種新的溫度監測方法，能避免強電磁場的幹擾，且耐高壓、耐輻射，能有效提高高壓開關櫃的可靠性。光纖溫度傳感器在變電站開關櫃中的應用越來越廣泛，如在天津天辰變電站、上辛口變電站等。
3 光纖溫度傳(chuán)感器在電(diàn)力系統中應用現狀分析
光纖溫度傳感器作爲一種新型的測(cè)溫技術發展十分迅速，應用也越來越廣泛。在電力系統中應用也得到瞭(le)較好的發展，但存在以下幾個方面的問題：
（1）光纖溫度傳感器在電力系統中的一些應用尚處於(yú)初步嘗試階段，尚需要開發溫度與設備(bèi)運行狀态等的關系模型，從而更好地利用溫度信息。目前在電纜監測上有纜芯溫度計算模型、動态載流量模型。
（2）光纖溫度傳感器在價格上的劣勢制約瞭(le)其在電力系統中的推廣應用，價格太高使得在某些應用場合監測(cè)的實際意義不大。
（3）光纖在某些電氣設備(bèi)上的敷設較爲困難，最好能在敷設方式和敷設工藝等方面形成業内認可的施工指導(dǎo)與标準規範。
（4）目前生産光纖溫度傳感器的廠家基本都隻具備專業研發與生産光纖溫度傳感器的能力，而在電力系統領域涉足較少，缺乏開發基於光纖溫度傳感器的電力系統故障診斷方面軟件的理論支持與經驗，難以将系統功能擴展。
4 展望
随著(zhe)電力系統的發展，對電力設備(bèi)的溫度監測将會越來越受到重視。光纖測溫系統成本的降低以及測溫精度等指标的提高，必将促使其在電力系統中的應用更加廣泛與深入。
（1）點式光纖監測系統構造廠站溫度監控系統實現發電廠和變(biàn)電站重要設備(bèi)的溫度監控，提供全廠（站）重要區域溫度信息，及時發現安全隐患，保證電力安全生産、穩定可靠運行。
（2）光纖測(cè)溫系統與電纜故障診斷技術相結合構造基於(yú)光纖溫度傳感器的電纜在線故障診斷系統，不僅能實現電纜線芯溫度實時監測(cè)和動态載流量分析，而且能将電量信号和溫度信号結合實現電纜電氣故障識别和定位。
（3）随著(zhe)光纖測(cè)溫系統監測(cè)技術的成熟，結合應力監測(cè)功能将其應用到海底電纜與架空線路的安全監測(cè)中也是将來發展的一個方向。
（4）光纖測溫系統用於(yú)其它電力設備的溫度監測，如變壓器、絕緣子、熔斷器、絕緣套管、電容器和高壓電動機等等，並(bìng)可結合電氣設備特征開發出相應的狀态監測、性能評估和故障診斷系統。