分布式光纤测温系统在电力系统中的应用

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1、第24卷第8期电力科学与工程VO1．24．No．8Oct．，2008372008年1O月ElectricPowerScienceandEnneering分布式光纤测温系统在电力系统中的应用李秀琦。，侯思祖，苏贵波(1．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003；2．大庆电力公司，黑龙江大庆166000)摘要：高温和火灾是电力系统中常见的事故，缺乏有效的温度在线监测是关键。传统的测温装置无法满足对温度的远距离、多点、实时的温度在线测量。而分布式光纤测温系统的研制有效地解决了这些问题，其对温

2、度分辨率高，定位准确，响应时间短，可明显地降低事故发生率。主要介绍了基于喇曼散射的分布式光纤测温系统的基本原理、传感过程及其如何应用在电力系统的各个环节，真正实现了电力系统温度监测与报警自动化，为整个电力系统的安全运行提供保障。关键词：OTDR；喇曼散射；分布式光纤测温；电缆；高压配电装置中图分类号：TM247文献标识码：A了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸等事故0引言应急不备的问题。在电力系统中，这种光纤传感技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良易产长期以来，电力系统安全与稳定的运行是经济生发

3、热的部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电建设必不可少的重要环节。2008年初的南方特大机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传雪灾给电力系统带来了严重的冲击，以至影响了整感场合具有广泛的应用前景。个国民经济持续、高速的发展。但在电力系统中，高温、火灾是影响其安全运行的常见事故。1分布式光纤测温系统测温原理与一些发达国家相比，我国电网系统平均故障率偏高。其中一个重要原因是缺乏对电力系统分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分有效地在线监测。而温度在线监测是其中很重要为基于后向瑞利散射、基于后向喇曼散

4、射和基于后的一个方面，如能在事故发生早期通过温度测量向布里渊散射的分布式光纤测温系统。而目前发展进行预警并迅速采取措施，就能有效避免此类事比较成熟，且有产品应用于工程的是基于后向喇曼故。传统的测温方法是将点式感温元件如热电偶散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理依据的装在电缆或电力系统其它重要部位进行测温，或主要是光纤的光时域反射(OpticalTimeDomain使用光纤光栅和准分布式测量的方法。这些方法Reflection，简称OTDR)原理及后向喇曼散射温只能对电力系统局部位置进行测温，而无

5、法对整度效应，即该传感器用OTDR技术定位，用喇曼个电力系统实现温度在线监测，且在经济性和实散射效应测温，从而达到温度和距离一一对应的关用性方面都有一定的缺陷。而分布式光纤测温系系。统(DistributedOpticalFiberTemperatureSensor1．1OTDR定位原理System)能够实现多点、在线的分布式测量。它OTDR的定位原理是：当激光脉冲在光纤中利用光纤即可感知温度信息又可传输温度信息，具传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，有耐高温、防电磁辐射、高带宽等特点，从

6、而大会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到幅提升了温度分辨率和空间分辨率，有效地解决光纤入射端所需时间为f，激光脉冲在光纤中所走收稿日期：2008—05—10．作者简介：李秀琦(1982一)’男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生38电力科学与工程2008正j寸的路程为2L，2L=v·f，v为光在光纤中传播速([1-exp(-hcAv／k(3)层v=C／n，C为真空中的光速，疗为光纤折射率。布。’!得时刻t时，就可求得距光源L处的距离，即，a。(OE[exp(-hcAv／k](4)巨离

7、。其中五，分别是斯托克斯光强和反斯托克斯光强；1．．‘曼散射温度效应h为普朗克常数；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温喇曼散射的温度效应可以这样理解：当一个激度。二者的比率为光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生(=，a／L=Ilexp(一hcAv／k(5)弹性碰撞和非弹性碰撞，故光脉在传播中的每一点这个式子忽略了反斯托克斯和斯托克斯不同波都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其长处光的衰减差异以及探测器光谱响应率的不同。方向正好与入射光的方向相反(

8、亦可称为后向)。这为了弥补这些，在基于标准的传输通信用多模光纤种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一传感系统中采用了一段光纤作为参考光纤(其温度定的相关关系。反射点的温度(该点光纤所处的环为，一般取光纤的前200m区域)，对强度之比境温度)越高，反射光的强度也越大。也就是说，取对数，则对于待测温度有后向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象，若能测量出背向反射光的强度，就可以专了=去一th~vJ、In[【]J(【6)计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的其中h