电力在线监测技术V2.0

1电力－－在线监测技术分布式光纤拉曼温度测量系统张振存[e-mail]：42503607213992898355西安四方机电有限责任公司电力在线监测技术对电力设备进行在线监测和故障诊断，是实现设备预知性维修的前提，是保证设备安全可靠运行的关键，也是对传统的离线预防性试验的重大补充和拓展。电力在线监测技术，是在电气设备的运行状态下，连续或随机检测电力电缆的绝缘状况，以及电力电缆绝缘有问题点的位置，以便于早期发现问题和鉴定绝缘老化状况，确保供电系统的安全运行，提高国民经济效益。31电力设备事故的危害根据国家电监会发布《电力安全监管报告》显示，我国每年电气设备事故以及人员伤亡相对较多。其中较大事故一般都是由，电力电缆着火、放炮；变压器爆炸、开关柜自然等故障所造成。42电力电缆在线监测的意义近几年，电力电缆的在线监测技术越来越多地受到人们的关注，其主要原因有几点：1、原有的停电预防性试验不能适应社会的发展及要求；2、电缆在线监测技术越来越成熟，并得到推广应用；3、在线监测技术将降低电缆维护成本，提高利用率；4、可系统地反馈设备的质量信息，提高产品的可靠性；5、为电缆的状态维修提供技术支持及理论依据。但人们真正关注在线监测技术的目的只有一个：对运行电力电缆的绝缘进行跟踪监测，及早并及时发现故障隐患，以便采取有效措施，避免造成更大事故和损失。53电力电缆在线监测的发展概况在线监测这一设想早在1951年，由美国西屋公司的约翰逊(JohnS.Johnson)提出，但它是监测发电机的槽放电。这可能是最早提出的在线监测思想。60年代，美国最先开发监测和诊断技术，成立了庞大的故障研究机构。每年1-2次学术交流。70年代，日本的在线监测技术起步并发展。同时前苏联的在线监测技术也发展很快。80年代以来，我国的在线监测技术也得到了迅速发展。但主要是针对容性设备、局部放电、油中气体分析等。针对电力电缆90年代前主要采用缆式感温监测电缆温度；90年代后出现点式测温和缆式测温技术；新世纪主要采用分布式光纤来测电缆温度，同时绝缘、介损、局放和故障等技术也应用到了电力电缆上，并推广应用。64在线监测系统的技术要求在线监测系统的技术要求可归纳为：1、系统的投入和使用不应改变和影响一次电气设备的正常运行；2、能自动地连续进行监测、数据处理和存储；3、具有自检和报警功能；4、具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度；5、监测结果应有较好的可靠性和重复性，以及合理的准确度；6、具有在线标定，以及工程描述和物理描述等；7、具有对电气设备故障的诊断功能；8、具有数据共享和消防联动功能。75电力电缆在线监测的方法电力电缆的温度通常与电缆的载流能力、局部绝缘受损、导体接触电阻以及电缆的敷设环境等有关。通过实时检测电缆每一点的温度及变化情况，可对电缆的负荷量进行控制、可对电缆某一点的绝缘受损或导体接触不良而导致温度上升的变化情况进行精确定位、可对电缆周边环境特别是靠近电缆的热力管道及其它热源对电缆影响的监控等。电缆温度监测的方法是从缆式感温－缆式测温/点式测温－分布式光纤测温发展。目前比较理想的方法是采用分布式光纤温度传感器系统。它的判断标准是根据电缆本身出厂参数而定。85电力电缆在线监测的方法针对我们平时讲述的电力电缆在线监测的方法（试验室还有脉动检测法和损耗电流法等），目前大多数只是试验室里的方法，真正能应用到我们实际中的也只有几种：如在线故障、绝缘电阻（直流叠加和直流分量）、在线温度、介质损耗、局部放电等。最主要的还是在线温度的测量。96SCA分布式光纤拉曼温度检测系统1、系统概述(GB/T2119-2008《线性光纤感温火灾探测器》)SCA系统是一种用于实时测量空间温度场的传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的拉曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后实时地显示光纤所在空间的温度值；利用光时域反射（OTDR）技术，由光纤中的光传播速度和背向光回波时间，能对所测各温度点定位；利用Rayleigh散射OTDR技术可以确定光纤受压、应力和弯曲的情况。由于系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全。是电力电缆温度在线测量理想产品。102、系统原理分布式光纤拉曼温度检测系统获取空间温度分布信息的原理是利用光在光纤中传输能够产生反向散射，在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生反向散射光波，这些反向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波经波分复用、检测解调后。送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。其原理和结构框图如图所示。6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统113、系统组成测温主机：分布式光纤拉曼温度检测系统主机SCA-4002SCA-8000背面测温光纤：62.5／125μm(芯线／包层)渐变折射多模光纤，衰减0.6d／公里，波长1300nm。光纤结构工作站(工控机)：知名品牌工控机。6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统124、系统特点分布性：无需任何探头。光缆既是传输通道也是感温元件。先进性：技术、器件、软件具有国际先进水平。准确性：温度不稳定度可达l度，距离不稳定度可达2米。灵活性：可根据需求，灵活、方便地设置各种参数。扩展性：一台主机多路输出，兼容电力系统的其它系统。安全性：真正免维护系统，安全、可靠，高枕无忧。效益性：减少维护工作量，减少事故率，提高可靠性。6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统135、系统技术指标距离测量范围：0～2、4、8、10、12、15、30km通道数：2、4、8、16、32温度测量范围：-10～105℃（-50℃～＋150℃）温度测量精度：±1℃分辨率：0.1℃距离定位精度：±2米报警输出路数：64路（可扩展）采样速率：100MHz测量时间：10秒（2km单路10000次累加）电源：220V±10%，50Hz±5%（加UPS）6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统146、系统算法1）、电缆头与体温度的比较2）、电缆头与体温升变化率的比较3）、电缆头与体温升最大历史差值的记录和比较综合上述三种算法来判断电缆的运行情况，它不但准确，而且还能及早地发现电缆头存在的问题，克制故障进一步发展和扩散。因此它与传统的措施相比具有无可比拟的优越性。6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统157、系统的应用近年来已开始应用于各种电缆、大/中型变压器、发电机组的温度分布测量、热保护和故障诊断；大型仓库、油库、危险品库、大型轮船的货轮、高层建筑、煤矿、隧道和输油管道的火灾防护及报警系统；化工原料及油料生产过程中的在线、动态检测；把它作为一种典型的机敏结构用于航空、航天飞行器的在线、动态检测系统和机器人的神经网络系统。6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统168、光纤传感器的安装1）在电缆层的敷设2）电缆中间连接接头的光纤温度检测3）开关柜中动静触头温度测量6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统179、系统软件1）系统界面2）系统监测曲线3）系统参数设置4）温度-长度-时间曲线5）某一点的直方图6）温度日月变化分布图6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统18鉴定结果为：6SCA分布式光纤拉曼温度检测系统鉴定证书196SCA分布式光纤拉曼温度检测系统用户报告206SCA分布式光纤拉曼温度检测系统查新报告216SCA分布式光纤拉曼温度检测系统备案的企标检测报告227SCA在线监控系统的其它资证国家级火炬计划证书科技成果鉴定证书23测温光纤测温光纤光纤嵌入式电缆结构示意图一8光纤嵌入式电缆24光纤嵌入式电缆结构示意图二8光纤嵌入式电缆259部分工程案例河南中孚铝业269部分工程案例279部分工程案例28-完-欢迎各位四方的朋友来我公司参观指导，谢谢！29系统原理示意图30系统结构框图31测温主机32测温主机背面33测温光纤结构34测温光纤35工作站36电缆层的敷设电缆电缆桥架光纤光纤电缆37电缆中间接头检测电缆接头电缆测温光纤38开关柜中动/静触头温度测量光纤39系统界面40系统监测曲线41系统参数设置42温度-长度-时间曲线43某一点的直方图44温度日月变化分布图