胡蔚

摘 要：研究了一種新型的光纖測(cè)溫技術(shù)及裝置，其核心是基于砷化鎵傳感器對(duì)波長(zhǎng)的吸收特性。介紹了該測(cè)溫系統(tǒng)的組成和功能，分析了其在成都地鐵中的應(yīng)用實(shí)例，以及實(shí)際測(cè)溫結(jié)果與地鐵主所負(fù)荷的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：光纖測(cè)溫;砷化鎵;地鐵;波長(zhǎng);負(fù)荷

1 引言

大型油浸式變壓器，通常負(fù)荷較大，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大熱量，威脅變壓器運(yùn)行壽命。因此變壓器的溫度監(jiān)測(cè)對(duì)故障預(yù)測(cè)，壽命預(yù)測(cè)有重要意義[1-2]。測(cè)溫方法可以分為間接法和直接發(fā)兩種方式，其中間接法是進(jìn)行外部測(cè)溫后，通過(guò)散熱模型，折算至繞組溫度，這種方法對(duì)誤差較大，已逐步淘汰。直接法是在變壓器出廠時(shí)，將測(cè)溫探頭埋入繞組，從而直接測(cè)量繞組溫度，常用的方法是采用熱敏電阻等測(cè)溫元件，但這種方法會(huì)受到變壓器內(nèi)部磁場(chǎng)影響，從而影響測(cè)溫精度[3]。

隨著測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)光纖測(cè)溫逐步興起，這種方法具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、耐腐蝕、本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)溫精度和實(shí)效性都較好。在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)都已經(jīng)有了應(yīng)用[4]。

目前國(guó)內(nèi)地鐵主變電所，通常采用110/35kV兩級(jí)交流電壓集中供電模式，主變?nèi)萘磕苓_(dá)到25-63MVA，然而，地鐵網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立，且由于建設(shè)、管理等方面原因，其主變測(cè)溫技術(shù)相對(duì)落后。

本文主要介紹了基于砷化鎵（GaAs）測(cè)溫傳感器的，光纖測(cè)溫基本原理，及其在成都地鐵中的應(yīng)用，可以為未來(lái)工程建設(shè)提供參考和建議。

2 光纖測(cè)溫系統(tǒng)

2.1 測(cè)溫原理

本文介紹的光纖測(cè)溫系統(tǒng)是基于砷化鎵（GaAs）測(cè)溫傳感器的，不同于傳統(tǒng)的光柵原理，該型測(cè)溫裝置的基本原理是利用GaAs對(duì)白光吸收原理。當(dāng)光纖中傳輸?shù)陌坠庑盘?hào)，通過(guò)GaAs傳感器時(shí)，一部分波長(zhǎng)的光會(huì)被吸收，而吸收的波長(zhǎng)會(huì)由溫度決定，如圖所示，

因此GaAs的反射光譜線與溫度存在一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，該譜線可在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)得，如圖所示，

綜上所述，該測(cè)溫技術(shù)的核心是觀測(cè)光信號(hào)波長(zhǎng)的變化，而非光強(qiáng)的變化，因此其不受不受光纖彎曲或光源波動(dòng)的影響，抗干擾能力比熒光衰減型光纖傳感器更強(qiáng)[5]。

2.2 測(cè)溫系統(tǒng)

光纖測(cè)溫是一套完成的系統(tǒng)，其包含傳感器、貫通器、貫通盤、貫通盤保護(hù)罩、外部延長(zhǎng)光纖和控制器等部分構(gòu)成，其組成圖下圖所示，

其中，傳感器可采用圓盤形式，負(fù)責(zé)采集變壓器內(nèi)部溫度，不受電磁干擾和射頻干擾影響，且能安裝于油浸式變壓器中。貫通器是光纖和變壓器油箱壁的連接元件，具有抗化學(xué)腐蝕、安全可靠特點(diǎn)。外部延伸光纖為62.5μm的多模光纖， 護(hù)套采用聚氨酯和芳綸材質(zhì)進(jìn)行加固，負(fù)責(zé)將傳感器采集到的信號(hào)傳輸出來(lái)。控制器將傳輸出來(lái)的信號(hào)變化為可讀的數(shù)字信號(hào)輸出，同時(shí)可具備其他人機(jī)交互功能。

3 光纖測(cè)溫在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用

該光纖測(cè)溫系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外大型變壓器中，例如，土耳其820MVA/400kV大型變壓器，澳大利亞40MVA/132kV Kennedy 能源公園項(xiàng)目，意大利至黑山500kV直流輸電，印度PGCIL 765kV 國(guó)家電網(wǎng)項(xiàng)目，澳大利亞Mercer風(fēng)電場(chǎng)集群等。目前所有項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，反饋效果良好。

4 光纖測(cè)溫在成都地鐵的應(yīng)用

光纖測(cè)溫在成都地鐵已經(jīng)開始推廣應(yīng)用，其中3、5、8號(hào)線等都采用了該系統(tǒng)，本文以廟兒堰主所為例，介紹該系統(tǒng)的具體應(yīng)用實(shí)例。

由于傳感器需預(yù)埋入變壓器繞組，因此需在變壓器生產(chǎn)時(shí)完成配合，變壓器運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)后，僅進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，測(cè)溫控制器就地安裝在主變，同時(shí)溫度信號(hào)經(jīng)控制器處理后傳送至主控室，在工作站中顯示。圖4所示為就地控制箱，

由圖可知，溫度曲線具有正弦特性，在晚高峰時(shí)段達(dá)到溫度峰值，凌晨時(shí)段運(yùn)行溫度最低，這與列車調(diào)試及運(yùn)行規(guī)律相符，平均溫度約42.9°。

5 總結(jié)

砷化鎵型光纖測(cè)溫系統(tǒng)，依靠波長(zhǎng)與溫度的對(duì)應(yīng)特性，而非光強(qiáng)，對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，克服了現(xiàn)有技術(shù)受光纖彎曲、波動(dòng)等原因帶來(lái)的測(cè)量誤差，且有效縮小了光纖直徑，提高了相應(yīng)速度。以110kV廟兒堰主所為例，介紹了該型測(cè)溫系統(tǒng)在成都地鐵中的應(yīng)用，提供了實(shí)際工程的安裝實(shí)例，并對(duì)測(cè)量的溫度曲線進(jìn)行分析，對(duì)光纖測(cè)溫的推廣和進(jìn)一步工程應(yīng)用有積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂啟深， 張欣， 黃榮輝. 光纖測(cè)溫技術(shù)在油浸變壓器內(nèi)部檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 黑龍江電力， 2014， 36（4）， 373-376.

[2] 朱虓宇. 變壓器熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].華北電力大學(xué)， 2016.

[3] 許聚武. 油浸式變壓器三維溫度場(chǎng)建模及在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D]. 江西理工大學(xué)， 2009.

[4] 劉云鵬， 李昕燁， 李歡， 尹鈞毅， 范曉舟，高樹國(guó). 內(nèi)置分布式光纖傳感的35 kV油浸式變壓器研制[J].高電壓技術(shù)， 2020， 46（06） ：1886-1894.

[5] 熊艷斌. 油浸變壓器測(cè)溫光纖特性研究[J]. 電子制作， 2014， （19）， 289-290