胡蔚

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

關(guān)鍵詞：光纖測溫;砷化鎵;地鐵;波長;負(fù)荷

1 引言

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

隨著測溫技術(shù)的發(fā)展，近年來光纖測溫逐步興起，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，測溫精度和實效性都較好。在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，國網(wǎng)和南網(wǎng)都已經(jīng)有了應(yīng)用[4]。

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

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

2 光纖測溫系統(tǒng)

2.1 測溫原理

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

因此GaAs的反射光譜線與溫度存在一個對應(yīng)關(guān)系，該譜線可在實驗室條件下測得，如圖所示，

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

2.2 測溫系統(tǒng)

光纖測溫是一套完成的系統(tǒng)，其包含傳感器、貫通器、貫通盤、貫通盤保護罩、外部延長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。外部延伸光纖為62.5μm的多模光纖， 護套采用聚氨酯和芳綸材質(zhì)進行加固，負(fù)責(zé)將傳感器采集到的信號傳輸出來?？刂破鲗鬏敵鰜淼男盘栕兓癁榭勺x的數(shù)字信號輸出，同時可具備其他人機交互功能。

3 光纖測溫在國內(nèi)外應(yīng)用

該光纖測溫系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在國內(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 能源公園項目，意大利至黑山500kV直流輸電，印度PGCIL 765kV 國家電網(wǎng)項目，澳大利亞Mercer風(fēng)電場集群等。目前所有項目運行穩(wěn)定，反饋效果良好。

4 光纖測溫在成都地鐵的應(yīng)用

光纖測溫在成都地鐵已經(jīng)開始推廣應(yīng)用，其中3、5、8號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)時完成配合，變壓器運抵安裝現(xiàn)場后，僅進行現(xiàn)場接線，測溫控制器就地安裝在主變，同時溫度信號經(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，在晚高峰時段達到溫度峰值，凌晨時段運行溫度最低，這與列車調(diào)試及運行規(guī)律相符，平均溫度約42.9°。

5 總結(jié)

砷化鎵型光纖測溫系統(tǒng)，依靠波長與溫度的對應(yīng)特性，而非光強，對溫度進行測量，克服了現(xiàn)有技術(shù)受光纖彎曲、波動等原因帶來的測量誤差，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，介紹了該型測溫系統(tǒng)在成都地鐵中的應(yīng)用，提供了實際工程的安裝實例，并對測量的溫度曲線進行分析，對光纖測溫的推廣和進一步工程應(yīng)用有積極意義。

參考文獻

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

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

[3] 許聚武. 油浸式變壓器三維溫度場建模及在線溫度監(jiān)測系統(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. 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. 油浸變壓器測溫光纖特性研究[J]. 電子制作， 2014， （19）， 289-290