電力行業(yè)測溫發(fā)展趨勢

從RTD測溫到光纖測溫的改革

光纖測溫技術(shù)的發(fā)展

一文帶你讀懂，什么是光纖測溫

電力設(shè)備溫度測量的重要性

溫度，是自然界重要的參數(shù)，影響著自然生靈、人工造物，影響著微觀分子活動、地球氣候變換，從古以來，各行各業(yè)的人們就開始了對溫度的監(jiān)測，從液體溫度計到水銀溫度計，從溫度計到如今各種類目的測溫手段，測溫技術(shù)歷經(jīng)了長足的發(fā)展。

溫度同樣影響著電力設(shè)備的運轉(zhuǎn)，尤其在電氣設(shè)備復(fù)雜的電磁環(huán)境共同作用下，溫度參數(shù)關(guān)系著電力設(shè)備運行狀況、故障監(jiān)測與定位、功率負(fù)載調(diào)控、組件更新迭代等方方面面的監(jiān)測與決策，對其進行溫度監(jiān)測尤為重要。

傳統(tǒng)技術(shù)—基于電信號的溫度監(jiān)測

然而，電學(xué)溫度傳感器在電力行業(yè)的長久應(yīng)用下來，無疑也暴露了一些特性上的缺陷?；陔娦盘枩y溫和焊接工藝的熱電阻，在高溫、振動環(huán)境下易出現(xiàn)損壞率高、壽命短及損耗后測溫示值異常等狀況，其常見故障是熱電阻斷路和短路，其中以斷路為多，這是由于電阻較細(xì)所致；且電信號測溫技術(shù)的溫度探測、信號傳輸中繼、信號解析顯示、溫度預(yù)報警處理和分析等組件一般來自不同專業(yè)方向的制造廠家，電阻接入電力系統(tǒng)分不同線制，整體建設(shè)難度大且不利于維護，電學(xué)溫度傳感器逐漸難以滿足現(xiàn)代化電力設(shè)備管控和智能化電站建設(shè)的需求。

紅外無線測溫從20世紀(jì)中期也開始興起，然而，用于人體體溫測量時固然方便快捷，用于電力設(shè)備溫度監(jiān)測時，因電力設(shè)備復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，紅外測溫因為距離系數(shù)比的存在，往往只能測量局部區(qū)域均溫，難以實現(xiàn)全面測溫區(qū)域的覆蓋及精準(zhǔn)定位發(fā)熱點；同時其測溫精度受大氣吸收、大氣懸浮粒子、風(fēng)力、不同物體表面發(fā)射率等影響，需要在實際測溫過程中通過一系列措施，來避免測溫數(shù)據(jù)的較大誤差。

前言技術(shù)—基于光信號的溫度監(jiān)測

如變壓器、開關(guān)柜、水輪機等重要電力設(shè)備內(nèi)部，均屬于高電壓、強電磁環(huán)境，采用常規(guī)的電信號傳感器測量其內(nèi)部組件的溫度將難以滿足要求，而光纖測溫技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代，隨著1970年第一次成功研制出傳輸損耗為20dB/km的低損耗石英光纖興起，因已有測溫技術(shù)存在局限而推動發(fā)展，因光纖的絕緣、電磁免疫特性適用于電力場景，特別是在我國智能電網(wǎng)技術(shù)的需求下，變壓器光纖繞組測溫已作為一個重要的在線監(jiān)測項目列入國家電網(wǎng)有限公司印發(fā)的Q/GDW Z 410—2010《高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》中，光纖測溫已是如今電力行業(yè)測溫的發(fā)展趨勢。

光纖溫度傳感器根據(jù)應(yīng)用場景不同，可以分為分布式測溫和點式測溫，點式又可細(xì)化為半導(dǎo)體吸收式（砷化鎵）、熒光式、光纖光柵式和法布里-珀羅式。

?—?分布式光纖測溫?—?

基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)集信號傳輸和傳感信息于一根連續(xù)的光纖上，可同時獲得被測物隨時間和空間變化的分布信息，具有全分布式、長距離監(jiān)測等優(yōu)勢。

其測溫系統(tǒng)中激光器發(fā)出的脈沖光注入光纖中時，由于介質(zhì)的非均勻性，入射光一方面沿入射方向定向傳播，另一方面則會發(fā)出向其它方向的散射光，其中散射方向與入射方向相反的光即為后向散射光。根據(jù)散射光波長與入射光波長的關(guān)系，散射光可分為瑞利散射光、布里淵散射光和拉曼散射光三種，其中拉曼散射只對溫度敏感，分成斯托克斯和反斯托克斯散射光，后者對溫度更為敏感；兩種散射光的光強均與溫度變化成比例，測量及計算分析兩種散射光的光強之比即可得到光纖的溫度。

該種傳感器在小范圍內(nèi)測溫時需將光纖盤成盤狀使用，傳感單元較大，存在最小空間分辨率的概念，以“米”作為單位量級，難以準(zhǔn)確定位溫度異常點，常用于管道、隧道等長距離溫度監(jiān)測。

— 半導(dǎo)體吸收式光纖測溫?—

半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是一種傳光型光纖溫度傳感器，即在光纖傳感系統(tǒng)中，光纖僅作為光波的傳輸通道，利用其它的光學(xué)式或機械式敏感元件來感受被測溫度的變化。這種類型的傳感器一方面可以應(yīng)用數(shù)值孔徑和芯徑大的階躍型多模光纖或其它合適類型的光纖來適應(yīng)測溫場景，使得測溫系統(tǒng)更易于布設(shè)；另一方面，其利用光纖來傳輸信號，也具有光纖傳感器的電絕緣、抗電磁干擾和安全防爆等優(yōu)點，適用于傳統(tǒng)傳感器不能勝任的測量場所。

砷化鎵光纖溫度傳感器，即現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展最成熟的一種典型半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器，以砷化鎵（GaAs）晶體作為溫度敏感材料，末端組合發(fā)射膜，并將其一體式封裝在光纖的末端；砷化鎵晶體的光譜透過率與溫度和光波長存在一定的關(guān)系，向砷化鎵晶體傳輸一定光譜的光源時，隨著溫度升高，其透過光波長向長波移動，由此解析溫度。

砷化鎵芯片的性能穩(wěn)定，因此傳感器互換性好，可靠性高；且感溫探頭體積小，一體化封裝后耐振動，能長期在電力設(shè)備內(nèi)部工作。基于砷化鎵傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，對系統(tǒng)實時返回光譜進行分析，可診斷測溫通道及傳感器的性能好壞。從測溫精度、可靠性、系統(tǒng)性、安裝運維等方面綜合考慮，砷化鎵光纖測技術(shù)無疑是電力設(shè)備測溫的首選擔(dān)當(dāng)。

砷化鎵光譜透過率與溫度和波長的關(guān)系

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—————————————————————— 未完待續(xù)?——————————————————————