光纤多点温度在线监测系统

来源：上海坤友机电设备有限公司作者：上海坤友机电设备有限公司发布日期：2008-7-10 19:31:52

关键词: 光纤多点温度在线监测系统温度光纤

系统特点

l 安全性高：整个系统的信号处理和控制单元处于远离工作区域的控制室，温度信

息通过光信号传输，不受电磁干扰，防潮湿，绝缘性能强，本质安全；

l 精确度高：采用光纤光栅温度传感器，精度±0.5℃，分辨率0.1℃；

l 定位准确：通过独有的软件技术，能够快速定位测点的区域或者具体物理位置；

l 实时监测：系统能够满足实时在线、全天候测试的需要；

l 快速响应：系统响应时间不超过60秒，确保事故能够得到及时处理；

l 简单直观：系统的显示屏上可以直接看到各测点的温度情况，在设定温度告警门

限后，系统自动提供声光报警；

l 布设方便：可以根据工程需要，灵活调整探头的布设位置；

l 兼容性好：通过各种通讯接口（串口、网口等），可以实现与外部系统的良好结

合，提高系统之间的数据交换速度。

1.2系统软件功能

l 显示功能：立体流程画面的显示功能；具有多种类型图表、系统图、曲线图，用

户界面更加直观。

l 分析功能：历史趋势显示，对未来趋势进行评估，提供检修参考信息；

l 报警功能：根据实际情况设定不同地点的定温及差温预警值、火警值、报警级别

及地理位置名称；系统可设置声音报警功能；

l 打印功能：可以进行各种报表的打印；

l 上传功能：实时温度数据网络上传，轻松实现无人值守。

l 自检功能：系统中某一个传感器出现故障，能够通过软件甄别出故障传感器。

l 表格定制：用户可定制各种表格：实时数据表、历史数据及统计报表、设备参数

表、报警一览表、常用数据表、目录表、备忘录等。

l 查询功能：可以在系统图上直接查询设备信息、运行参数、统计信息等。

1.3 系统技术参数

项目	参数值	单位	备注
测温范围	-20 ～ 130	℃
温度分辨率	0.1	℃
测温精度	±0.5	℃
温度响应时间	< 60	S
单通道扫描时间	< 3	S
画面数据刷新	12 ～ 60	S	可选
通道数	1-32	----	根据监测点数量确定
单通道传感器容量	12	支	可扩展
传输距离	10	Km	可达更远测量距离
系统软件	基于WINDOWS操作系统	-	温度数据同步采集
报警	声光报警	----	超温报警
系统工作温度	0～ 45	℃
电源输入	220V±10%	AC

2系统原理

2.1 光纤光栅温度传感器原理

本系统的温度采集基于光纤光栅温度传感器。

光纤光栅（FBG）是一种反射式光纤滤波器件，通常采用紫外线干涉条纹照射一段10mm长的裸光纤，在纤芯产生折射率周期调制，在布拉格波长上，在光波导内传播的前向导模会耦合到后向反射模式，形成布拉格反射。对于特定的空间折射率调制周期（Λ）和纤芯折射率（n），布拉格波长为：

λ_B＝2nΛ　　　（1）

由式(1)可以看出：n与Λ的改变均会引起反射光波长的改变。因此，通过一定的封装设计，使能外界温度、应力和压力的变化导致n与Λ发生改变，即可使FBG达到对其敏感的目的。

图2.1 光纤光栅原理示意图

FBG中心波长与温度变化的关系为

Δλ_B＝λ_B（1＋ξ）ΔT　（2）

式中，Δλ_B是温度变化引起的反射光中心波长的改变；ΔT为温度的变化量；ξ为光纤的热光系数。在1550nm波段，FBG对温度的敏感系数分别为：10pm/^oC

图2.2 光纤光栅温度传感器温度测试数据

2.2 光纤 温度传感器设计

用耐高压绝缘材料封装的MS-GXT01型光纤光栅温度传感器如图2.3所示。耐高电压型光纤温度传感器已通过中国电力科学研究院耐110KV高压认证（可函索）。

图2.3耐高电压绝缘封装光纤温度传感器，采用3mm光缆

3 实施方案

以XGN2-12型10KV开关柜（数量10个）的实施方案为例：

3.1 总体监测方案

1) 在每个开关柜的内部安装12个光纤光栅温度传感器，采集温度信息；

2) 在主控制室内安装1套高精度光纤光栅信号解调系统，对10个开关柜共120个测温点的温度、温升信息进行分析，预警报告。

3.2系统结构

光纤光栅信号解调系统

光缆终端盒

传输光缆

每个开关柜内布置12个光纤光栅温度传感器

光缆终端盒

Web发布

局内监控主机

变电站控制室

图3.1 10kV高压开关柜温度在线监测系统示意图

系统各部分的功能描述：

a) 光纤光栅温度传感器：布置在高压开关柜内，采集温度信号。

b) 传输系统：将温度传感器信号传到控制室内的光纤光栅解调仪。

c) 光纤光栅信号解调系统：对温度信号进行解调，提供现场温度的实时信息。

d) 系统软件：给整个系统的运行提供软件支持。

3.3 系统安装设计参考实例

实例背景介绍：

l 变电站电压等级：110kv

l 10kv开关柜型号：XGN2-12

l 开关柜个数：10

3.3.1 光纤光栅信号解调系统的安放

光纤光栅信号解调系统安装在变电站的控制室内，光纤光栅信号解调系统引出一根光缆到10通道扩展模块。

图3.2 光纤光栅信号解调系统照片

3.3.2传输光缆的敷设（示意）

16芯电力用传输光缆敷设在地下电缆沟内，通过两个光缆终端盒将光学扩展模块与高压开关柜内的光学分路器连接。示意图如下：

光学扩展模块

16芯电力用传输光缆

光纤分路器

高压开关柜

高压开关柜

共10个

地下电缆沟

光缆终端盒
图3.3 信号传输光缆布线示意图

3.3.3 开关柜内传感器的安装及光纤走线（示意）

在每个开关柜内安装12个光纤光栅温度传感器，安装位置信息如下表：

表3.1.开关柜内光纤温度传感器安装位置列表

位置	测温点	数量	内容
主开关室	开关触点	3	检测触点温度
主开关室	主开关室柜壁	1	检测开关室整体温度
母线室	母线搭接点	3	检测母线搭接点温度
母线室	母线室柜壁	1	检测母线室整体温度
电缆室	电缆接头	3	检测电缆接头温度
电缆室	电缆室柜壁	1	检测电缆室整体温度