牵引变电所远程光纤测温系统研究分析

李 岩，郭安平，景明顺，程 坤

0 引言

西格线具有海拔高、气候变化大的高原地区特点，研制远程光纤测温系统实现对管内牵引变电所内所有高压设备温度实时监测，主要是针对所内电压电流互感器、断路器、高压室母排等高压设备间的连接点进行监测，防止因设备发热烧损设备和连接线而造成故障、事故，影响运行。对西格线电压互感器、所用变压器烧损情况进一步分析，对所内温度监测点进行不间断监测观察，并记录数据。

本课题研究对象为开发研制应用于高原及高海拔地区电气化牵引变电所、分区所及电力配电所电气设备，保证设备安全可靠运行的远程光纤测温系统，实时监测高压设备的运行状态，发热超标时，告警提示工作人员进行及时处理，保证设备安全，确保铁路行车安全、

1 国内外研究现状

目前国内外存在几种常见的测温方式：

（1）采用定期热像仪或点温仪对设备进行巡检，热像仪和点温仪只能检测到设备当时的温度，不能实现对设备温度实时监测并及时告警。

（2）红外线在线测温，温度值误差较大，而且受到外界环境干扰影响较大，并且造价昂贵。

（3）传统在线温度测量，使用传统温度传感器，利用电信号进行数据传输，由于本身带电，抗射频、抗电磁干扰能力差，受环境变化的影响大。

（4）光纤有线测温，光纤具有电绝缘、本征安全、不受电磁干扰等特性，所以它非常适用于电力设备的温度监测。

光纤传感系统和传统传感器的比较见表1。光纤测温技术与红外测温技术及无源无线测温技术比较见表2。

2 技术原理

光纤温度传感器的工作原理是采用光纤的光时域反射（OTDR）和光纤背向Raman 散射的温度效应，探测出沿着光纤不同位置的温度变化，实现真正分布式的测量。当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光纤脉冲会沿着光纤向前传播，在传播中的每一点都会产生反射，其中一小部分的反射光（斯托克斯和反斯托克斯散射光）的方向正好与入射光的方向相反（亦可称为“背向”），这种背向反射光的强度与光纤中的反射点的温度有一定的关系，反射点的温度（该点的光纤的环境温度）越高，反射光的强度也越大，也就是说背向反射光 的强度可以反映反射点的温度。测量原理图见图1。

表1 光纤传感系统和传统传感器的比较表

表2 光纤测温技术与红外测温技术及无源无线测温技术比较表

图1 测量原理图

3 光纤测温优势及系统技术指标

光纤测温的优势：安装光纤后不会降低电气设备的绝缘水平；温度、电磁场、过电压、凝露、污秽、盐分对光纤的绝缘水平基本不产生影响；光纤测温系统不会对检修、预试带来问题。

系统光纤在铺设时已经考虑检修问题，在安装时铺设在固定位置，其次光纤沿绝缘体表面顺畅铺设，并予以固定，只要不是人为意外损坏，光纤是不会损伤的。即使光纤损坏，也可方便地使用光纤熔接机进行熔接，操作方便简单。

光纤测温系统的主要技术指标：测量范围包括2/4/6/8/10/15 km；长度分辨率为0.5/1/1.5/3 m；温度测量精度为±1℃；测量方式为单端测量。

4 系统设计方案

根据前期调研，本次项目实施设在西格线湟源牵引变电所内，安装穿墙套管室内侧8 个监控点，馈线穿墙套管室外侧4 个监控点，8 台高压开关8个监控点、4 台电压互感器8 个监控点，所用变4个监控点，共32 个监控点。

4.1 光纤测温系统组成

在主控室设1 台高性能工控机作为本地测温工作站；1 台8 通道光纤传感分析仪；32 只光纤传感器；光分路器若干；16 芯铠装光缆及相应安装辅材。

4.2 安装形式

光纤传感分析仪与工控机、显示器放置于主控室内，电源采用220 V 交流电，从主控室UPS 电源引出；感温光纤接头连接在光纤传感分析仪后端的光纤接口上，其余部分感温光纤顺延电缆沟铺设，到各个温度监测点；光纤传感分析仪的测量信息通过RS232 送往工控机，由工控机进行各种处理。感温光纤安全可靠，采用光信号，不会与动力电缆之间产生电磁干扰。

5 软件系统设计

实时监控系统采用组态软件开发，通过数据接口将光纤传感器采集的数据存储于系统数据库中，再通过面向对象语言编写系统，实现系统功能。

系统软件界面友好、操作简洁，监测人员能方便实时观察到变电所一次设备温度情况，系统主要功能包括：实时温度显示、实时曲线查看、历史曲线查看、历史数据报表、温度过热报警、历史报警查询、远程查看功能。

6 系统运行分析

光纤测温系统运行后，各设备的温度数据实现了后台存储，图2 是西格线湟源牵引变电所201A开关的温度曲线图。

图2 西格线湟源牵引变电所201A 开关的温度曲线图

从图2 可以看出设备运行正常、平稳。各个开关不同部位的设备温度虽然有差异，但变化趋势相同，因此在设备的日常运行中，如果发现某个设备的温度变化出现异常，如温度突然升高或变化趋势和相邻设备不符，就可以初步判断该设备运行可能存在缺陷，从而对其重点关注并及时处理。另外，通过对历史数据的对比分析，如果某设备的温升与历史记录不符， 也可以预判该设备存在隐患，而加强关注提前预防事故的发生。

7 结语

牵引变电所光纤测温系统在西格线湟源牵引变电所实际应用，实现了牵引变电所运行设备的多点、实时、在线监测，该系统集光纤传感、光纤传输、光纤通信及计算机等技术于一体，具有本质安全、长期可靠、耐电磁干扰、测温响应速度快、精度高等优点，能够提高设备的运行水平，降低设备因过热损坏的几率，降低设备的运行维护费用，能够更好地保证接触网供电，减少故障停电的次数。

[1] 黄尚廉，梁大巍，刘龚.分布式光纤温度传感系统的研究[J].仪器仪表学报，1991，（4）.

[2] 苏东波.光纤温度传感器发展现状[J].传感器技术，1995，（6）.

[3] 张颖，张娟，郭玉静.分布式光纤温度传感器其的研究现状及趋势[J].仪表技术与传感器，2007，（8）.