光纤温度传感器在电力系统的应用.docx

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1、光纤温度传感器在电力系统的应用摘要：首先重点介绍了应用最为广泛的基于布里渊散射的分布式光纤温度传感器的基本原理。其次，概述了当前光纤温度传感器在电力系统中基本的应用模式，并综述了光纤温度传感器对电力系统主要设备进行温度监测的现状与意义。针对光纤温度传感器在电力系统中应用存在的问题与不足，提出了相应的解决方案并对其前景进行了展望。关键词：分布式光纤温度传感器；温度监测；故障诊断；电力系统0引言温度是电力设备的重要运行参数，通过监测电力设备温度信息获取电力设备的运行状况是电力系统故障预报与诊断的研究热点，研究内容包括各种新型的温度传感器的应用、电力设备的故障预报与诊断方法等⋯。其中光纤温度传感器

2、在电力系统中的应用是近年来研究的热点，已广泛应用于发电厂、变电站等。光纤传感器具有绝缘、抗电磁干扰、耐高电压、耐化学腐蚀，安全等特点。本文对电力系统温度监测的基本内容进行了概述，研究了当前光纤温度传感器在电力系统中的应用，并对其发展趋势进行了展望。1光纤温度传感器光纤温度传感器是上世纪70年代发展起来的一门新型的测温技术。它基于光信号传送信息，具有绝缘、抗电磁干扰、耐高电压等优势特征。在国外，光纤温度传感器发展很快，形成了多种型号的产品，并已应用到多个领域，取得了很好的效果。国内在这方面的研究也如火如荼，多个大学、研究所与公司展开合作，研发了多种光纤测温系统投入到了现场应用。目前主要的光纤温

3、度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。其中应用最多当属分布式光纤温度传感器与光纤光栅温度传感器。2基于布里渊散射的分布式光纤传感技术由于介质分子内部存在一定形式的振动，引起介质折射率随时间和空间周期性起伏，从而产生自发声波场。光定向入射到光纤介质时受到该声波场的作用，光纤中的光学声子和光学光子发生非弹性碰撞，则产生布里渊散射。在布里渊散射中，散射光的频率相对于泵浦光有一个频移，该频移通常称为布里渊频移。散射光布里渊频移量的大小与光纤材料声子的特性有直接关系。当与散射光频率相关的光纤材料特性受温度和应变的影响时，布里渊频移大小将发生变

4、化。因此通过测定脉冲光的后向布里渊散射光的频移量就可以实现分布式温度应变测量。光纤中布里渊散射通过相对于入射泵浦波频率下移的斯托克斯波的产生来表现，布里渊散射可以看作是泵浦波和斯托克斯波、声波之间的参量相互作用。散射产生的布里渊频移量与光线中的声速成正比：（2(1)??）式中，为光纤中的声速，为光波长。而光纤中的折射率和声速都与光纤的温度以及所受的应力等因素有关，这使布里渊频移随参数的变化而变化，温度和光纤应变都会造成布里渊频率的线性移动，可表示为：（3）实验发现，布里渊功率也随温度和应变而变化，布里渊功率随温度的上升而线性增加，随应变增加而线性下降。因此布里渊功率也可表示为：（4）其中，，

5、分别为，应变为时的布里渊频移和功率，、分别为布里渊频移对应的温度系数和应变系数，、分别为布里渊光功率对应的温度系数和应变系数。由于应变相对于温度对布里渊散射光功率的影响要小的多，一般可以忽略，而认为布里渊散射光功率只与温度有关。因此由3、4两式可知，通过检测布里渊散射光的光功率和频率即可得到光纤沿线的温度、应变等的分布信息。2.1基于布里渊光频域分析（BOFDA）技术的分布式光纤传感器；BOFDA分布式光纤传感技术是1997年德国D.Garus等人提出的一种新型的分布式光纤传感技术。系统实验框图如1.6所示？？？。BOFDA同样是利用布里渊频移特性来实现温度/应变的传感，但其被测量空间定位不

6、再是传统的广时域反射技术，而是通过得到光纤的复合基带传输函数来实现的。因此传感光纤两端所注入的光为频率不同的连续光，其中探测光与泵浦光频差约等于光纤中的布里渊频移分量。探测光首先经过调制频率可变的电光调制器进行幅度调制，调制强度为注入光纤的探测光和泵浦光在光纤中相互作用的边界条件。对每个不同的调制信号频率，都对应着一个探测光功率和泵浦光功率。调节，在耦合器的两个输出端同时检测注入光纤的探测光功率和泵浦光功率，通过和检测器相连的网络分析仪就可以确定传感光纤的基带传输函数。利用快速傅里叶逆变换（IFFT）由基带传输函数即可得到系统的实时冲击响应，便反映了光纤沿线的温度/应变等的分布信息。在BOF

7、DA系统中，系统的空间分辨率由调制信号的最大和最小调制频率决定，最大传感距离由调制信号频率变化的步长决定。基于上述原理，D.Garus等人做了基于BOFDA分布式光纤传感系统实验方面的研究，并取得了温度分辨率，应变分辨率0.01%和空间分辨率3m的实验结果。2.2布里渊频移与温度/应变的关系由于布里渊散射是由固体中的光学声子引起的非弹性散射，故布里渊散射的频移量和强度主要由介质的声学特性、弹性力学和热弹性力学