光纤收发器的原理及应用_基于砷化镓传感器的光纤测温原理及其在地铁中的应用...
1.概况
我们公司研究了一种新型的光纤测温技术及装置,其核心是基于砷化镓传感器对波长的吸收特性。介绍了该测温系统的组成和功能,分析了其在地铁中的应用实例,以及实际测温结果与地铁主所负荷的关系。
大型油浸式变压器,通常负荷较大,运行过程中会产生较大热量,威胁变压器运行寿命。因此变压器的温度监测对故障预测,寿命预测有重要意义。测温方法可以分为间接法和直接发两种方式,其中间接法是进行外部测温后,通过散热模型,折算至绕组温度,这种方法对误差较大,已逐步淘汰。直接法是在变压器出厂时,将测温探头埋入绕组,从而直接测量绕组温度,常用的方法是采用热敏电阻等测温元件,但这种方法会受到变压器内部磁场影响,从而影响测温精度。
随着测温技术的发展,近年来光纤测温逐步兴起,这种方法具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、耐腐蚀、本质安全等优点,测温精度和实效性都较好。在电力系统领域,国网和南网都已经有了应用。
目前国内地铁主变电所,通常采用110/35kV两级交流电压集中供电模式,主变容量能达到25-63MVA,然而,地铁网络相对独立,且由于建设、管理等方面原因,其主变测温技术相对落后。
本文主要介绍了基于砷化镓(GaAs)测温传感器的,光纤测温基本原理,及其在地铁中的应用,可以为未来工程建设提供参考和建议。
2 光纤测温系统
2.1 测温原理
光纤测温系统是基于砷化镓(GaAs)测温传感器,不同于传统的光栅原理,该型测温装置的基本原理是利用GaAs对白光吸收原理。当光纤中传输的白光信号,通过GaAs传感器时,一部分波长的光会被吸收,而吸收的波长会由温度决定,如图所示,
因此GaAs的反射光谱线与温度存在一个对应关系,该谱线可在实验室条件下测得,如图所示,
综上所述,该测温技术的核心是观测光信号波长的变化,而非光强的变化,因此其不受不受光纤弯曲或光源波动的影响,抗干扰能力比荧光衰减型光纤传感器更强[5]。
2.2 测温系统
光纤测温是一套完成的系统,其包含传感器、貫通器、贯通盘、贯通盘保护罩、外部延长光纤和控制器等部分构成,其组成图下图所示,
其中,传感器可采用圆盘形式,负责采集变压器内部温度,不受电磁干扰和射频干扰影响,且能安装于油浸式变压器中。贯通器是光纤和变压器油箱壁的连接元件,具有抗化学腐蚀、安全可靠特点。外部延伸光纤为62.5μm的多模光纤, 护套采用聚氨酯和芳纶材质进行加固,负责将传感器采集到的信号传输出来。控制器将传输出来的信号变化为可读的数字信号输出,同时可具备其他人机交互功能。
3 光纤测温在国内外应用
该光纤测温系统已广泛应用在国内外大型变压器中,例如,土耳其820MVA/400kV大型变压器,澳大利亚40MVA/132kV Kennedy 能源公园项目,意大利至黑山500kV直流输电,印度PGCIL 765kV 国家电网项目,澳大利亚Mercer风电场集群等。目前所有项目运行稳定,反馈效果良好。
4 光纤测温在地铁的应用
光纤测温在地铁已经开始推广应用,其中3、5、8号线等都采用了该系统,本文以庙儿堰主所为例,介绍该系统的具体应用实例。
由于传感器需预埋入变压器绕组,因此需在变压器生产时完成配合,变压器运抵安装现场后,仅进行现场接线,测温控制器就地安装在主变,同时温度信号经控制器处理后传送至主控室,在工作站中显示。图4所示为就地控制箱,
由图可知,温度曲线具有正弦特性,在晚高峰时段达到温度峰值,凌晨时段运行温度最低,这与列车调试及运行规律相符,平均温度约42.9°。
5 总结
砷化镓型光纤测温系统,依靠波长与温度的对应特性,而非光强,对温度进行测量,克服了现有技术受光纤弯曲、波动等原因带来的测量误差,且有效缩小了光纤直径,提高了相应速度。以110kV庙儿堰主所为例,介绍了该型测温系统在地铁中的应用,提供了实际工程的安装实例,并对测量的温度曲线进行分析,对光纤测温的推广和进一步工程应用有积极意义。
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