光纖光柵傳感器在變電站設備在線監測中的廣泛應用

系統從高靈敏度信號傳感等方面入手, 開發高精度的在線溫度信號識別技術并應用多通道光波測量傳輸技術, 克服光學器件因工作時間長造成的信號偏移。通過高靈敏度光纖光柵傳感器、高速高精度采集卡、專業分析診斷軟件、遠程通訊模塊聯合工作, 實現在線監測變電站的開關柜和變壓器等設備中溫度變化信號, 并對溫度變化等級用不同的顏色進行標定, 實時預警設備健康狀況, 對運行維護人員給出維護指導建議。系統的遠程數據通訊模塊可將實時監測數據和預警結果, 通過TCP/IP或者GPRS的方式上傳到控制室, 使管理人員能夠及時掌握變電站開關柜和變壓器的溫度變化狀況, 保障變電站設備運行的長期穩定可靠。

從當前對變電站溫度在線監測研究應用看, 難點在于溫度信號提取的抗電磁場干擾和測量精度。由于變電站設備大都處在強電磁場、高電壓環境中, 因此受到來自空氣中以及電纜連接設備上的干擾信號影響嚴重。高壓開關柜觸頭溫度、變壓器頂層油溫等參數的測量要求傳感器具有很好的絕緣和強抗電磁干擾性能, 并且體積小, 一般電子類傳感器以電流、電壓或電阻的形式進行測量和傳輸, 信號容易受強電磁場和高壓的影響, 其測量精度往往很低、甚至根本就無法實現。前期一些變電站安裝應用溫度在線監測系統, 但是由于溫度信號提取和測量精度等方面性能不理想, 易出現誤報漏報等情況。

系統采用先進半導體激光器、高靈敏度光電探測器, 自動調整增益, 具有不帶電, 本質安全, 不受電磁干擾, 防潮濕等特點, 克服光學器件因工作時間長, 造成的信號偏移。

應用知識庫決策分析等信號識別技術, 實現監測系統長期穩定可靠, 能夠克服光學器件因工作時間長造成的信號偏移, 大幅提高解調精度和準確度, 測溫精度全量程達到±1℃, 局部精度達0.5℃, 重復性可達1pm。

系統軟件實時顯示監測變量, 快速查詢各點變量隨時間變化曲線, 可實現對溫度變化趨勢的動態監控。硬件連線簡單, 軟件界面友好, 所有分析診斷都在后臺自動完成, 用戶經簡單培訓即可熟練操。在開關柜和變壓器溫度信號提取與識別基礎上, 具有基于溫度監測的變電站故障預警技術, 對不同等級的故障提前預警, 對運行維護人員給出維護指導建議。

通過工控機及系統集成軟件對高壓開關柜溫度信息、變壓器溫度信息、維護記錄進行詳細管理, 可隨時查看歷史信息和更換維護記錄。對各監控裝置的動態參數進行集成, 建立變電站設備狀態綜合數據庫, 自動生成設備狀態參數報表和變化趨勢曲線, 對設備歷史參數進行趨勢分析和相對比較相結合, 集成計算機處理功能, 實現設備的遠程和現場狀態監測、診斷和評估。

系統采用模塊化結構設計, 具有體積小、結構簡單、方便攜帶及功能強大等優勢。信號采集單元按照變電站現場設備的分布就地安裝、就地數字化測量, 并通過現場工業總線、光纖信道或無線模塊與站端中心管理單元進行通信。接口配置開放式通訊結構, 網口、串口等多種接口實現數據輸入-輸出, 系統易擴充性, 兼容性強, 可根據需要支持實現實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動。

光纖光柵是新型全光纖無源器件, 被測量溫度應力等改變都會導致反射光的中心波長發生變化, 由于光纖光柵對被感測信息用波長編碼, 而波長是絕對參量, 它不會受到光源功率波動以及光纖彎曲等因素引起的系統損耗影響, 因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩定性。光纖光柵與光纖之間存在固有的兼容性, 容易實現波分復用和準分布式傳感。光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、傳輸損耗小、不受電磁場干擾、耐壓高等特點, 可加快實現智能電網建設對變電站信息化、自動化、互動化等方面需求。

多通道高精度變電站溫度在線監測預警的開發應用, 能夠及時獲取變電站開關柜和變壓器等設備特征參量, 克服傳統人工定期巡檢費時費力等局限性, 結合故障診斷系統軟件可對設備進行分析處理, 將改進現有技術不足, 建立起完善的在線監測體系, 對于提高變電站運行的安全性、可靠性和經濟性、延長設備壽命都具有重要意義。同時也將推動光纖光柵傳感器在變電站設備在線監測的應用推廣, 為建設信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化的智能電網變電站提供支持保障。