分布式感温光纤在大功率发射机上的应用探析

金建明（中船重工715研究所，浙江杭州310023）

分布式感温光纤在大功率发射机上的应用探析

金建明
（中船重工715研究所，浙江杭州310023）

分布式感温光纤在大功率发射机的应用，可以有效监测发射机核心元器件的温度情况，进而保证大功率发射机的正常稳定运行。主要对背向拉曼散射光纤的传感技术进行分析和探讨。

分布式感温光纤；大功率发射机；应用

0　引言

分布式感温光纤对大功率发射机的温度检测和故障诊断上有着非常重要的意义。当前，许多电台的发射机功率都特别大，并且逐渐向自动化的方向发展。然而，一旦大功率发射机出现故障问题，这会给电台的工作带来很大的问题，积极对发射机的温度进行检测，是保证发射机正常工作和稳定运行的重要举措。

1　分布式光纤感温系统

1.1分布式光纤感温系统工作原理

随着社会科学的不断进步和发展，温度探测警报系统也取得了很大的进步[1]。分布式光纤感温系统主要由感温光纤组成，通过光纤内部散射的特点，把功率特别高的光源，也就是窄带光脉冲摄入光纤，当这个光源从光纤的另外一头射进光纤的时候，激光脉冲就会沿着管线进行向前传播。正是因为光纤内部的分子会和激光脉冲发生弹性以及非弹性的碰撞，这就使得激光脉冲会在传播过程中每一个点产生反射现象，而在这些激光脉冲反射的时候，会出现反向反射光，这种反向反射光的强度与反射点的温度有着特定的关系，反射点也就是光纤所处环境的温度越高，反射光的强度也就越大。反射点温度越低，反射光的强度也就越低，两者之间成正比例的关系。分布式光纤感温系统就是利用这种现象，通过对反射光强度的检测，了解和掌握光纤所处环境的温度特点。

1.2分布式感温光纤应用的优点

大功率发射机的核心部件通常都是在高压、高频、高速以及高电流环境下工作的，大功率发射机的温度与其工作的性能有着非常重要的关系[2]。温度的变化直接影响着大功率发射机的元器件性能，若温度过高，则很容易导致大功率发射机元器件损坏。因此，电台在使用大功率发射机的过程中，需要积极对其温度进行检测，保证大功率发射机元器件的安全，不超过其温度极限值，提高大功率元器件的使用寿命。而采用分布式光纤感温系统可以在各种条件下进行工作。而且分布式光纤感温系统的绝缘性能也特别好，没有静电火花，可以防雷防爆，特别适合在电磁干扰较强的环境中工作。而且，分布式光纤感温系统可以对大功率发射机进行分布测量，实时掌握大功率发射机的温度变化情况，持续掌握探测光纤的传感信息，实现在线监测的目的。

2　分布式感温光纤在大功率发射机上的具体应用措施

2.1大功率发射机存在的故障问题

TSW2500型500 kW短波发射机是当前社会上最为先进的一种大功率短波发射机，其主要生产于瑞士THALES公司[3]。这种大功率发射机主要应用了稳定以及设计合理的两级电子管射频功率放大器，射频的末级槽路主要采用3节Ⅱ网络，即三π调谐线和六个陶瓷真空电容，如图1所示。这就能够实现阻抗的变换，使得滤除高频谐波分量和阻抗能够有效进行匹配。而选用陶瓷真空电容器，虽然这种真空电容器的价格比较高，而且对维护使用的技术要求也特别高，但是，在实际应用过程中，陶瓷真空电容器能够很好地承受瞬时的过电流，而且虽然其价格昂贵，但是陶瓷真空电容器的品质因素较高，性能稳定可靠，受环境因素的影响较小，是一种特别好的宽调谐元件，目前已在大功率短波发射机的调谐、滤波以及匹配上广泛应用。

图1　射频管末级槽路示意图

然而大功率发射机很容易因温度过高而产生故障[4]。例如，在大功率发射机的陶瓷电容器故障中，通常都会出现真空电容器件漏气以及击穿等故障。通过真空电容器的故障问题可以详细地了解保护真空电容的关键措施。若在真空电容器件温度逐渐上升的过程中，能够及时发现，并采取相应的处理措施，可以有效保证真空电容器。但是，如何对运行状态下的大功率发射机温度的变化趋势进行监测，这是需要深入思考和解决的重要问题。

2.2分布式感温光纤在大功率发射机上的应用

在大功率发射机工作状态下的温度变化监测，可以采用分布式感温光纤进行监测[5]。分布式感温光纤不仅可以实现多点、在线的分布监测，还能对大功率发射机核心部件的温度进行实时的监测。分布式感温光纤的安装也特别简单，只需要把感温光纤铺设在需要监测的变压器、真空电容磁环上，然后再通过分布式光纤测温系统对发射机内部的核心元器件的温度进行监测和记录，而相关的工作人员则可以根据监测到的数据对大功率发射机的实时工作情况进行详细地分析和预测，保证大功率发射机的安全与稳定。若显示大功率发射机元器件存在温度过高或者温度不断升高的情况，可以对温度异常的地方进行处理。发射机的分布式感温系统设计如图2所示。若在电台的实际工作中，需要对机房的多部发射机进行监测，那么就可以使用本地人工机控系统的多通道分别对相应的发射机进行温度的监控。当分布式光纤感温系统监测的数量特别多的时候，可以根据具体的情况选用多个本地系统对其进行统一的管理。

2.3对射频机箱真空电容的温度进行在线监控

分布式光纤感温系统通过多点、在线的分布式测量，可以及时发现射频机箱真空电容器件的漏气、击穿等现象，进而相关的技术人员可以在对发射机状态调谐的过程中，依据分布式光纤感温系统不定时了解槽路调谐电容的温度，有助于发射机的调机工作。测温光纤不仅仅是信号的载体，而且还是温度传感器。在光纤铺装的时候，由于其能够精确定位，并且不会受到电磁干扰的影响，那么就可以直接连接到发射机射频机箱，固定在每一个真空电容磁环上面。

在对射频机箱真空电容温度监测的工作中，主要是将光纤抱箍在真空电容器件陶瓷磁环上，然后对真空电容的温度进行测量，其测量的温度在一般情况下都可以准确反映槽路的传输效率，也就是发射机的工作状态。因为真空电容器件部位是处在一个高频、高温以及高压的工作环境中，在安装的时候，不仅要保证感温光纤有足够的机械强度，还需要确保其具备很好的绝缘性。在感温光纤具体的安装过程中，需要注意以下几点：首先，将需要缠绕在真空电容器瓷环上的一段光纤绕成一个直径较大的线圈，缠绕上去之后，再用扎带把光纤圈的两端扎在一起，并且要收紧；其次，由于光纤较为细小，很容易在安装的时候被设备所割断或者外力损伤，这时就需要感温光纤的安装人员要在安装的时候充分注意光纤在射频机箱里面的安装路线，减少分布式光纤感温系统在实际应用过程中对射频机箱内设备维修的影响；最后，光纤是石英制品，在铺设的时候，其弯曲圆弧直径必须要超过3 cm，若弯曲弧度过大的话，很容易致使光纤损坏，最终影响光纤感温测量数据的准确性；除此之外，在处理光纤接头的时候，还要充分保证光纤熔接面的清洁，这也是影响光纤感温系统测量数据准确度的重要影响因素[5]。

图2　发射机的分布式感温系统设计示意图

2.4发射机调制变压器和高压电缆接头的温度的监测

在发射机调制变压器温度检测的工作中，在光纤安装的时候，可以合理采用盘式贴敷安装的方法，把光纤深入到变压器三相绕组线圈的芯柱上。在安装的工作中，尽量做到靠近变压器内芯，从而避开散热风机直接吹到的区域。同时也要保证光纤安装的强度，以免发射机调制变压器因震动而引起感温光纤脱落问题。而把多余的感温光纤增加到测量的区域，这不仅可以有效提高分布式光纤感温系统监测数据的准确性，还能在温度曲线中，及时了解和掌握发射机调制变压器高温故障的地点。

此外，在大功率发射机电力系统中，电缆主要是为发射机输送电能。而高压开关柜长期处于带电运行的状态，电缆的接触不良、接触点的电阻增点，很容易产生超负荷电流，进而产生高温发热现象，加剧电缆接头的氧化，进一步增大接触电阻，形成恶性循环，当发展到一定程度时，这会给大功率发射机电能的输送带来很大的安全隐患。因此，在大功率发射机的应用过程中，也需要积极加强对电缆接头的温度进行实时的监控。对于高压电缆接头的温度监测，可以将感温光纤绕成环形缠绕在电缆接头上，这就能够准确地测量出高压电缆的温度，并进行实时的监控，及时发现高压电缆接头存在的问题，并做好防范措施。

3　结语

分布式光纤感温系统是集光纤传感、光纤传输以及计算机技术为一体的技术，其工作运行的安全性和稳定性特别高，能够对运行状态下的大功率发射机进行实时监测，而且监测量的数据也非常准确。本文根据大功率发射机的具体情况，制定了相应的射频机箱真空电容的温度在线监控和发射机调制变压器温度监测的光纤安装铺设方式，已解决电台无人值班机房的设备监测问题。

［1］李荣伟，李永倩.高压电缆分布式光纤传感监测系统［J］.光纤与光缆及其应用技术，2012，05（01）：38-41.

［2］孪强，王艳松，刘学民.光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述［J］.电力系统保护与控制，2012，38（01）：135-140.

［3］胡晓.分布式感温光纤在大功率发射机上的应用［J］.广播电视信息，2014，10（10）：89-91.

［4］张颖，张娟，郭玉静，等.分布式光纤温度传感器的研究现状及趋势［J］.仪表技术与传感器，2012，12（08）：164-166.

［5］潘迅.分布式拉曼光纤温度传感器在大功率发射机上的应用［J］.电子世界，2013，21（16）：94-95.

(编辑：向飞)

Application of Distributed Optical Fiber Temperature Sensing in the Power of the Transmitter

JIN Jian-ming
（715th Research InstituteofChina Shipbuilding Industry Corporation，Hangzhou310023，China）

Application of optical fiber distributed temperature sensing in high-power transmitters can effectivelymonitor the temperature conditions of transmitter core components，thereby ensure the normal and stable operation of high-power transmitters.This paper focuses on backward Raman scattering optical fiber sensing technology foranalysisand discussion.

distributed temperature sensing fiber；high-power transmitter；application

TN929.11

A

1009－9492(2015)06－0124－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.034

2015－02－06

金建明，男，1982年生，浙江乐清人，大学本科，助理工程师。研究领域：发射技术。