光纤光栅电力行业火灾监测技术方案
一、电力行业火灾监测概述
1.1概述
电力系统中的关键电气设施的安全运行是电力系统的有效保障，也是整个国民经济正常运转的基本保证。电气设施产生故障的大部分原因是设备局部过热引起的，主要是由于电气设备的裸露接头压接不良，在大负荷电流作用下，接头温度升高，轻则发生停电故障，重则引发火灾，造成重大经济损失。
为了有效防范供电系统因温升引发的停电/火灾事故，近几年市场上出现了多种不同类型的测温产品，如红外线测温仪、电子类测温仪和光学类测温仪。红外线测温仪因信号不能远传，不能构成实时在线监测；电子类测温仪因信号传输距离不远，绝缘性能差，而且信号易受干扰等原因正逐步退出市场；而光学类测温仪则因其绝缘性能好，可多个探头串接，可远距离传输信号，不受干扰等优势正逐步取代传统的电子类产品。
本文介绍的光纤光栅电力温度安全在线监测系统就是将光探测技术应用于电力系统。
1.2火灾监测系统应用范围
【高压变压器的测量】
通过对变压器温度的检测，可以在线实时反映变压器的运行情况，通过系统的预警、报警功能，及时的显示变压器的异常状况，对变压器可能存在的问题提供参考数据。
图 1.高压变压器
【高压变电站的监测】
通过对变电站、开关柜、母线接头等的温度监测，可以实时反映各个测试点的运行情况，对异常情况及时报警，并通过通讯端口传输到中心控制站，达到变电站无人值守运行。
图2.开关柜 图3.接线端子
【电力环网柜的测量】
在保证正常输电的同时，对各环网柜进行定期巡检，及时发现事故隐患及时处理。记录环网柜各个时期的运行数据，并对其分析，可以有效地了解整个电网的营运状态。
图4.电力环网柜
【电力传输线的测量】
电力传输线的损坏会极大地影响各方面的正常生活和正常生产，对其长期实时的监控，能在事故发生之前提出警告，尤其是地埋电缆隐患不易发现，对它的监控更具重要意义。
图5.电缆桥架 图6.电缆沟
二、Esafe1000光纤光栅电力温度安全在线监测系统介绍
北京品傲光电科技有限公司研发的Esafe1000光纤光栅电力温度安全在线监测系统使用光纤作为感温元件和信号传输介质，为提高光纤对温度的敏感程度及准确定位能力采用国际最先进的光纤局部加工技术，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区——光纤光栅，这些敏感区可以精确、灵敏地探测到周围温度的细微变化，而光纤的其他部分只是用于信号传输，对机械应力和环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅感温探测系统的高灵敏性和低误报率。
2.1系统组成
Esafe1000光纤光栅电力温度安全在线监测系统是由光纤光栅温度传感器、传输光缆、温度在线监测仪和计算机四部分组成。温度传感器由光纤光栅探头和连接光缆组成，安装在测温现场，温度在线监测仪和计算机安装在控制室内现场和控制室之间采用单模光纤进行信号传输，温度在线监测仪通过以太网口向计算机传送温度信号，由计算机系统实施数据处理、故障诊断、报警及控制。可针对不同的监测需求组网形成光纤光栅电力温度安全在线监测系统，应用案例如下图7、8、9所示：
图7.开关柜触头温度在线监测系统
图8.高压输电线路运行温度及应力变形安全在线监测系统
图9.电力设备运行温度在线监测系统
2.2系统特点
a.先进的光纤温度测量技术
Esafe1000光纤光栅电力温度在线监测预警系统通过探测波长编码采集数据，属于数字量测量，避免了传统传感器易受电源波动、传输线路损耗等因素影响的问题。
b.安全的无电检测技术
温度传感器无源，检测现场无需供电，本质安全。
c.实时在线，全天24小时安全守护
全年365×24小时不间断在线监测，从根本上杜绝人员疏忽导致的事故。
d.准确性、灵活性、稳定性
测温精度达到±0.5℃，用户可根据自身要求设置各种报警方式如多级温度报警和多级温差报警等。探测器仅对温度敏感，系统稳定可靠，传感器无零漂，长期使用无需标定。
e.兼容性、扩展性
单套系统测温容量从单点到432点可灵活支配及平滑升级。可借助10M以太网、RS232、RS485等标准接口与局域网及MIS、CIS网实现互联，实时数据共享。
2.4软件界面
图10.软件主界面，柜温总览
图11.点选单柜温度显示
图12.监测数据一览窗口
图13.点选单点温度对比条状图
2.5系统主要设备及介绍
1）光纤光栅网络分析仪
型号：PI-8F24AC系列
PI-8F24AC系列光纤光栅线型感温火灾探测器专用于电力行业及相关领域大容量、高精度测温，可选配北京品傲光电科技的各种类型光纤光栅温度计和感温探头，单台设备的最大的监测点数可达1152点，所有监测点的单次扫描时间为1秒钟。
2）单端电力温度传感器（适用于开关柜触头）
型号：FBGTS100
采用光纤光栅为测温元件，多个光纤光栅测温计之间直接通过光纤相互并联，进行组网。其主要作用为：监测被测开关柜触头的表面温度，实时传递温度及火灾报警信息至光纤光栅温度在线监测仪。
3）串接式光纤光栅测温计（适用于母线接头）
型号：FBGTS200
采用光纤光栅为测温元件，多个光纤光栅测温计之间直接通过光纤相互串接，形成传感链。其主要作用为：监测被测电缆接头的表面温度，实时传递温度及火灾报警信息至光纤光栅温度在线监测仪。
2.6应用案例
采用FBGTS100探头式光纤光栅测温计和光纤光栅温度在线监测仪对开关柜内部触头进行分布式实时监测：
图14.开关柜监测方案图
系统配置要求：
1）在监控室设置一台16通道型光纤光栅温度在线监测仪，可在1秒钟内同时对现场布设的180只FBGTS100探头式光纤光栅测温计所采集的温度信号进行分析，发送预警或报警信号；
2）每台开关柜中，在每个静触头上安装一只FBGTS100探头式光纤光栅测温计，可在1秒钟内准确感测触头温度的细微变化，分辨率小于0.1℃。30台开关柜共布设180只光纤光栅测温计。
3）在每根母线的接头（如开关柜与母线的连接处）及重点易过热部位可选择性地布设光纤光栅测温计，确保全系统的安全供电，共计18只。
图15.传感器安装示意图
4）系统以电子地图准确显示各监测点及附近区域的当前温度值、报警状态及历史温度曲线，并可结合各条电缆的电流\电压情况给出负荷—温度曲线。
5）系统的主要材料是光纤，避免了开关柜内强大的电磁干扰，完整安全地把数据传送至监视终端。光纤的护套采用特富龙材料，不仅耐高温、耐高压，具有极高的绝缘强度，而且还防止灰尘聚集，避免了爬电的可能。因此，该系统是一种高可靠性的分布式在线监测系统。
