光纖光柵在電力與化工系統(tǒng)的應(yīng)用

1、電力與化工設(shè)備光纖光柵實(shí)時(shí)在線測(cè)溫系統(tǒng),天津光電技術(shù)開發(fā)中心,,3,,1,,1,光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)-監(jiān)控電力與化工安全的利器,光纖光柵在電力與化工應(yīng)用范圍,目 錄,1,1. 電力故障的危害A,電力是企業(yè)生產(chǎn)的基本動(dòng)力，因此，一旦出現(xiàn)電力供應(yīng)故障，企業(yè)就會(huì)面臨停產(chǎn)損失，如果引發(fā)火災(zāi)，可能會(huì)造成巨大損失，甚至遭受滅頂之災(zāi)！電力配送電器、電路的主要故障是接觸不良和過載，其直接表現(xiàn)為溫度過高，如果能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電器、電路關(guān)鍵點(diǎn)的溫度，即可

2、及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力故障，避免其轉(zhuǎn)化為事故，造成災(zāi)害。,,1. 使用光傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化工設(shè)備意義重大B,隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，化工生產(chǎn)需要隨時(shí)在線監(jiān)控壓力與溫度，傳統(tǒng)采用電傳感器，很容易因?yàn)殡娐氛T發(fā)火災(zāi)和爆炸。采用光傳感器，耐腐蝕、無電、磁，安全可靠。,1、蠟片法：利用蠟片受熱融化的情況來判斷溫度； 缺 陷：沒有直接數(shù)據(jù)支持，憑人工經(jīng)驗(yàn)和猜測(cè)手法進(jìn) 行測(cè)溫，并且操作上危險(xiǎn)系數(shù)性高。 2、紅外線法：利用

3、紅外測(cè)溫儀或紅外熱成像儀進(jìn)行測(cè)溫。 缺 陷：實(shí)際操作環(huán)境要求過高，并且可靠性低，不能或難于成網(wǎng)。 采用以上方法，只能人工逐點(diǎn)定時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)電器、電路故障具有相當(dāng)大的偶然性，均無法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。,2.目前電力應(yīng)用的主要測(cè)溫方法和缺陷,3.光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),1、溫度測(cè)量范圍 0℃至120 ℃； 2、溫度顯示分辨能力0.1℃，溫度測(cè)量精度±1.5 ℃； 3、無機(jī)械動(dòng)作部

4、件，壽命長(zhǎng)，可連續(xù)不間斷工作； 4、有溫度聲、光報(bào)警功能，可任意設(shè)定溫度設(shè)限值（如：上限預(yù)設(shè) 為80 ℃），主機(jī)和計(jì)算機(jī)分別設(shè)置，可獨(dú)立使用； 5、溫度顯示圖形數(shù)據(jù)可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)存儲(chǔ)； 6、方便安裝和維護(hù)，可以大大縮短安裝測(cè)溫系統(tǒng)所需要的停電時(shí)間； 7、檢測(cè)系統(tǒng)可以通過接口，將各變電站、化工設(shè)備測(cè)溫監(jiān)控的信息，通過現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)诫娏镜募刂鳈C(jī)上，能夠完全實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5、 8、根據(jù)需要，可以同步監(jiān)測(cè)壓力等指標(biāo)。,4.光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn),1、光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)不受外界電磁干擾，不受電源和光源起伏的影響， 不受器件老化等影響，并且防爆、防腐蝕； 2、應(yīng)用了特殊的微電子機(jī)械解調(diào)設(shè)備，提高了測(cè)量的可靠性和穩(wěn)定性； 3、光纖光柵傳感頭使用專用光纖絕緣子，保證了在惡劣天氣和環(huán)境 中的安全運(yùn)行； 4、采用自主研制的特殊材料封裝的標(biāo)準(zhǔn)光纖光柵，保證了檢測(cè)

6、溫度的 可靠性和正確性； 5、自行研制的光纖光柵測(cè)溫探頭便于安裝和維修。,5.應(yīng)用光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用推廣優(yōu)勢(shì),光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，該成果具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。 1.安全性高：光纖本身不導(dǎo)電、耐高溫，本質(zhì)安全。光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)安裝后，可以在線監(jiān)測(cè)配網(wǎng)電氣設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因接頭接觸不良，引起過熱，導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備接地短路事故和火災(zāi)隱患； 2.效益明顯：其應(yīng)用為配電運(yùn)行安全

7、提供了有效的技術(shù)手段，節(jié)省人力、物力和避免停電停產(chǎn)、預(yù)防火災(zāi)事故。 3.兼容性強(qiáng)：可以與目前廣泛應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)兼容； 4.智能化程度高：適應(yīng)現(xiàn)代化電力大容量，高電壓，交直流通用，高精度，網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的發(fā)展需求，方便自動(dòng)化生產(chǎn)管理。 5.技術(shù)成熟：成果已經(jīng)通過鑒定，并應(yīng)用推廣，系統(tǒng)至今穩(wěn)定運(yùn)行。,,6.系統(tǒng)組成 1,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,,6.系統(tǒng)組成 2,6.系統(tǒng)組成 3,光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀 光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析

8、儀具有接受傳感器的信號(hào)、解碼、光電轉(zhuǎn) 換、存儲(chǔ)、傳輸和顯示數(shù)據(jù)的功能。分析儀內(nèi)部光源可發(fā)出連續(xù)的寬帶 光，在 同一條光纖上，可以串聯(lián)多個(gè)中心波長(zhǎng)不同的傳感器，因此簡(jiǎn) 化了傳感 器及引出線的布設(shè)，避免了以往逐點(diǎn)測(cè)量的不便。,電力與化工設(shè)備光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)儀,監(jiān)控計(jì)算機(jī) 監(jiān)控計(jì)算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)接口，以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。,6.系統(tǒng)組成 4,溫度傳感器 溫度傳感頭是我中心專門為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，分為插拔式和固定

9、式兩種，適用不同現(xiàn)場(chǎng)情況，安裝方便。由于光纖光柵體積小，針對(duì) 不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可以做相應(yīng)的封裝，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝。,我中心還可根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況定制傳感器。上圖顯示兩種不同的封裝樣式，一種可以由螺絲固定，用于接線端子，開關(guān)刀閘等。另一種針式封裝，可以插入縫隙內(nèi)（如配電柜和變壓器）。,6.系統(tǒng)組成 5,光纖絕緣子 光纖絕緣子由硅橡膠材料制成，它的主要作用是防止光纖與高壓 設(shè)備接觸后產(chǎn)生爬電現(xiàn)象。經(jīng)過測(cè)試，可以在11

10、0kv下，使光纜不產(chǎn) 生爬電現(xiàn)象。,光纖傳輸 光纖光柵傳感器通過光纖傳輸信息，傳輸距離可達(dá)幾十公里。因 此解調(diào)設(shè)備可以遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。,6.系統(tǒng)組成 6,7. 應(yīng)用實(shí)例,我中心的“電力設(shè)備光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”已通過了天津電力局的高壓爬電鑒定，電磁兼容鑒定，以及計(jì)量局測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)鑒定，并已于2005-12-17通過由天津市科委主持的成果鑒定。鑒定結(jié)論：達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 2005年3月6日至今所

11、裝備的設(shè)備運(yùn)行狀況良好，并且保持零故障。,施工案例： 1 北辰變電站溫度35KV開關(guān)柜觸點(diǎn)、母線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2 天津市電力公司城東供電分公司環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)安裝3 天津市上辛口35kv變電站投入我公司生產(chǎn)的“溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,8.應(yīng)用圖片,9. 鑒定評(píng)價(jià),,,10.光纖光柵在電力系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,1、變壓、配電、開關(guān)設(shè)備在線實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)：斷路器、變壓器、電纜、母線、開關(guān)柜等電氣設(shè)備以及相互之間由母線、引線、電纜的溫度在線監(jiān)控。2、電力電纜

12、的在線實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)： 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜溫度，可以提前發(fā)出故障預(yù)警，以便及時(shí)采用有效措施重大直接經(jīng)濟(jì)損失。3、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)：有效監(jiān)測(cè)電纜在不同負(fù)載和不同環(huán)境溫度下的發(fā)熱狀態(tài)， 積累歷史技術(shù)數(shù)據(jù)。4、載流量限度分析：可以保證在不超過電纜允許運(yùn)行溫度的情況下，最大限 度的發(fā)揮電纜的傳輸能力、提高輸配電設(shè)備利用率。5、老化監(jiān)測(cè)：及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜局部過熱點(diǎn)，通過采取降溫措施，延緩電纜老化 速度；6、實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)預(yù)警：發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行

13、過程中外界因素導(dǎo)致的破壞7、電纜溝內(nèi)火情監(jiān)測(cè)與報(bào)警8、電纜接頭、電纜終端的溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警9、發(fā)電廠、大型冶金企業(yè)電纜溝防火及火情監(jiān)測(cè),11.光纖光柵化工系統(tǒng)的應(yīng)用例證,1、在中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50160-92)中明確規(guī)定“大于或等于5×104 m3的浮頂罐應(yīng)采用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)”。這是因?yàn)楦№敼蕹跗诨馂?zāi)不大,尤其低液面時(shí)難于及時(shí)發(fā)現(xiàn),因此要求設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)。對(duì)容量大的儲(chǔ)罐,若火

14、災(zāi)不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和撲滅,則火災(zāi)蔓延將造成巨大損失,所以使用先進(jìn)技術(shù)盡早探知火災(zāi)并在初期將火撲滅是防災(zāi)減災(zāi)的有效方法。因此近年來光纖光柵火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)已逐步取代傳統(tǒng)方式在大型儲(chǔ)油罐上得到大量推廣應(yīng)用。2、光纖光柵火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在石化企業(yè)地下電纜隧道的應(yīng)用大型石油化工企業(yè)地下長(zhǎng)距離電纜隧道的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的選用也是一個(gè)較棘手的問題。,11. 結(jié)束語,,,如:中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司的地下電纜隧道長(zhǎng)達(dá)十幾公里,內(nèi)部敷設(shè)有110 kV

15、,35 kV等高壓電纜,隧道內(nèi)敷設(shè)有很多高、低壓電力電纜。存在如下問題：其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的弱電信號(hào)有干擾;地下隧道內(nèi)因排水、通風(fēng)等問題其環(huán)境濕度、灰塵都很大使得隧道內(nèi)的電子產(chǎn)品及探測(cè)線路不能正常運(yùn)行而使系統(tǒng)產(chǎn)生很高的誤報(bào)率,無法正常投用。該公司20世紀(jì)90年代在一期地下電纜隧道內(nèi)使用點(diǎn)式探測(cè)器(防水型)、線性感溫電纜等不同產(chǎn)品都未獲成功,至今未通過消防部門的驗(yàn)收而成為消防隱患。光纖光柵火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在罐區(qū)使用成功后,筆者開始