電力工業(yè)中高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭溫度監測研究

　　3.2 光路復用方案

　　六個(gè)光纖光柵溫度傳感器的同時(shí)測量就涉及到光路的復用問(wèn)題，光纖光柵傳感器的復用可以采用波分復用（WDM）、空分復用（SDM）或時(shí)分復用（TDM）方式，本系統是采用空分復用和波分復用方法。如圖2 所示，用1′8 耦合器實(shí)現對傳感器的空分復用，這樣可以避免采用單一波分復用的弊端，即多個(gè)傳感器串連在一根光纖上，在其中一個(gè)傳感器損壞時(shí)會(huì )影響其它傳感器信號的傳輸；同時(shí)在傳感器工作波長(cháng)的選擇上又采用了波分復用方式，用來(lái)提高系統的測量速度，即在波長(cháng)解調時(shí)采用一個(gè)掃描周期可以實(shí)現六個(gè)傳感器的同時(shí)測量。

　　在圖2 中，A、B、C三相的六個(gè)光纖光柵溫度傳感器處于高電壓側，分別安裝在靜觸頭孔徑內，而耦合器、波長(cháng)解調器、控制器以及數據處理電路都處于地電位側，安裝在控制室內，采用長(cháng)距離的光纖傳輸來(lái)實(shí)現高電壓側絕緣隔離。圖中的A1、B1、C1，A2、B2、C2是本文設計的光纖光柵溫度傳感器，分別分布在隔離觸頭的上側和下側A、B、C 三相上，在常溫下傳感器的波長(cháng)分別為1548.5nm、1550.1nm、1551.6nm、1553.5nm、1555.5nm、1557.1nm，靈敏度為0.011nm/℃、0.013nm/℃、0.011nm/℃、0.010nm/℃、0.011nm/℃、0.012nm/℃，測量范圍為0~110℃；耦合器為

　　由7 個(gè)3dB耦合器組合而成的1′8耦合器；波長(cháng)解調器為采用壓電陶瓷驅動(dòng)標準具實(shí)現波長(cháng)掃描，其工作波長(cháng)范圍為1548~1558nm，覆蓋6 個(gè)傳感器在0~110℃溫度變化時(shí)的所有波長(cháng)帶；控制器在數據處理器的控制下實(shí)現波長(cháng)解調器的掃描。

　　3.3 觸頭溫度模型

　　高壓開(kāi)關(guān)柜在運行時(shí)，觸頭、母線(xiàn)、電流互感器、柜體等構成了多個(gè)熱源，高壓開(kāi)關(guān)柜及內部各部件又構成了復雜的熱阻網(wǎng)絡(luò )[14]。在此系統中，要通過(guò)理論推導出觸頭溫升與光纖光柵傳感器溫升間的數學(xué)關(guān)系是比較困難的，因此本文通過(guò)試驗方法建立了它們之間的數學(xué)模型。

　　溫升實(shí)驗是在10kV 高壓開(kāi)關(guān)柜上進(jìn)行的，實(shí)驗時(shí)三相觸頭接觸正常，工作額定電流為1kA，室溫為25℃。圖3 是上隔離觸頭B 相的溫升過(guò)程曲線(xiàn)，可以看出光纖光柵傳感器測量的溫升變化要比觸頭的實(shí)際溫升變化慢，但它們的變化趨勢是相同的，大約在3h 以后溫度場(chǎng)變化趨于穩定。測量溫度與實(shí)際溫度間的差值是由于傳感器采用非接觸方式測量溫度，它依靠靜觸頭的輻射來(lái)傳遞熱量。表1 是其溫升測量數據。