نظام مراقبة درجة حرارة المفاتيح الكهربائية بناءً على قياس درجة حرارة الألياف الضوئية الفلورية

The switchgear temperature monitoring system based on fluorescent fiber optic temperature measurement is an intelligent system for real-time monitoring of critical parts of high-voltage switchgear (such as contacts, مفاصل بسبار, محطات الكابلات, إلخ.). Its core adopts fluorescent fiber optic sensing technology, which can effectively handle complex environments such as strong electromagnetic interference, الجهد العالي, and compact space inside switchgear, providing reliable protection for safe equipment operation.

1. System Core Principle: Fluorescent Fiber Optic Temperature Measurement Technology

The core of fluorescent fiber optic temperature measurement is to use the temperature dependence of fluorescent substances to achieve temperature measurement. المبدأ هو على النحو التالي:

1. الإثارة وتوليد الإسفار: مصدر الضوء في النظام (عادة LED أو الليزر) ينبعث ضوء الإثارة من الطول الموجي المحدد (مثل الضوء الأزرق), الذي ينتقل عبر الألياف الضوئية إلى مسبار الفلورسنت (مغلفة بمواد الفلورسنت, مثل المواد المخدرة الأرضية النادرة) تعلق على النقطة المقاسة;
2. خصائص الاضمحلال مضان: بعد الإثارة, مسبار الفلورسنت ينبعث مضان (مثل الضوء الأحمر), وزمن الاضمحلال (عمر مضان) أو تتغير شدة التألق مع درجة الحرارة (كلما ارتفعت درجة الحرارة, كلما كان الاضمحلال أسرع, كلما كان العمر أقصر);
3. كشف الإشارة وحساب درجة الحرارة: يتم إرسال إشارة الفلورسنت مرة أخرى إلى وحدة معالجة الإشارات عبر الألياف الضوئية, والكاشف (مثل الثنائي الضوئي, الانهيار الضوئي الثنائي) يكتشف منحنى تسوس الفلورسنت, and converts the decay time into temperature value through algorithms (fluorescence lifetime has a monotonic function relationship with temperature, accuracy can reach ±0.5℃).

فيما بينها, the fluorescence lifetime temperature measurement method is mainstream (more interference-resistant compared to intensity method), as it is not affected by light source intensity fluctuations, optical fiber loss, connector attenuation and other factors, with higher stability.

2. System Component Structure

The fluorescent fiber optic switchgear temperature monitoring system usually consists of 4 parts, which work together to achieve temperature collection, يعالج, transmission and monitoring:

عنصر	الوظيفة الأساسية
Fluorescent Fiber Optic Temperature Probe	Directly contacts the measured point (such as switchgear contacts), receives excitation light and produces temperature-dependent fluorescence; uses high-temperature resistant, insulating material packaging, suitable for high-voltage environments.
Signal Processing Unit	Includes light source drive, fluorescence signal reception (كاشف), signal amplification and filtering, fluorescence lifetime analysis modules, converting optical signals into temperature data.
Data Transmission Unit	Transmits temperature data to upper computer through wired (such as RS485, إيثرنت) or wireless (such as LoRa, إنترنت الأشياء (NB-IoT).) طُرق; supports multi-point data multiplexing (time division/wavelength division multiplexing).
Upper Computer Monitoring System	Realizes real-time temperature display, تخزين البيانات التاريخية, over-temperature alarms (sound/light/SMS/APP push), trend analysis and fault prediction, supports integration with power monitoring systems (سكادا).

3. System Core Advantages (Adapted to Switchgear Environment)

There are problems such as high voltage (10كيلو فولت وما فوق), التدخل الكهرومغناطيسي القوي (surges and high-frequency electromagnetic fields generated by circuit breaker switching), compact space (dense internal components), dust/humidity changes inside switchgear. The advantages of fluorescent fiber optic systems are particularly prominent in this environment:

1. Anti-strong Electromagnetic Interference: Optical fiber transmits optical signals, does not conduct electricity or radiate electromagnetic waves, completely unaffected by strong electromagnetic environment inside switchgear (such as closing inrush current, قوس), solving the “electromagnetic interference false alarm” problem of traditional electrical sensors (الحرارية, PT100).
2. High Voltage Insulation Safety: Optical fiber is an insulator (breakdown field strength >10كيلو فولت / مم), probe has no electrical connection with signal processing unit, avoiding high voltage electric shock risk, suitable for direct installation on high voltage contacts, busbars and other parts.
3. High Precision and Stability: Temperature measurement range is usually -40℃~200℃ (covering normal operation and fault temperature of switchgear), accuracy ±0.5℃~±1℃, long-term drift <0.1℃/year; fluorescent materials have strong anti-aging properties, خدمة الحياة يمكن أن تصل إلى أكثر من 10 سنين.
4. Miniaturization and Easy Installation: Optical fiber diameter is only 0.2~1mm, probe can be designed as patch type, نوع التحقيق, can be embedded in narrow spaces of switchgear (such as contact gaps, محطات الكابلات), without affecting original equipment structure.
5. Resistant to Harsh Environment: Optical fiber is oil-resistant, مقاومة للتآكل, vibration-resistant, can work stably in dusty, humid (IP65 protection) البيئات, suitable for long-term closed operation characteristics of switchgear.

4. تقنيات النظام الرئيسية ونقاط التصميم

1. تقنية مضاعفة المراقبة متعددة النقاط:

تحتاج مجموعة المفاتيح الكهربائية إلى مراقبة أجزاء مهمة متعددة (مثل 3 ~ 6 جهات اتصال, 2~ 3 مفاصل بسبار). لتقليل التكاليف, عادة ما يعتمد النظام تعدد الإرسال بتقسيم الزمن (TDM) أو مضاعفة تقسيم الطول الموجي (إدارة الطلب على المياه) تكنولوجيا:

• TDM: من خلال التحكم بالتوقيت, تشترك مجسات متعددة في نفس مصدر الضوء والكاشف في تقسيم الوقت, مناسبة لرصد 8 ~ 32 نقطة;
• إدارة الطلب على المياه: تحقيقات مختلفة تتوافق مع أطوال موجية مختلفة من مضان, يتم تمييز الإشارات من خلال الخائن الضوئية, مناسبة للدقة العالية, سيناريوهات متعددة القنوات.

2. تصميم مضاد للتدخل والموثوقية:

• تحسين مسار الألياف الضوئية: تجنب أن يكون نصف قطر انحناء الألياف الضوئية صغيرًا جدًا (عادة ≥20 مرة قطر الألياف الضوئية), تقليل الخسارة البصرية; install stainless steel protective sleeves at critical parts to improve mechanical strength.
• Signal processing anti-noise: Use phase-locked amplification, filtering algorithms (such as Kalman filtering) to suppress environmental light and circuit noise, ensure accurate detection of weak fluorescence signals (μW level).
• Calibration mechanism: Multi-point calibration through high and low temperature boxes before factory delivery, field support for regular online calibration (compared with standard thermocouples).

5. System Functions and Application Value

الوظائف الأساسية

• مراقبة في الوقت الحقيقي: Dynamically display temperature of each measuring point (refresh frequency 1~10Hz), support local touch screen and remote monitoring center (such as SCADA system) linkage.
• Early warning and alarm: Set three-level thresholds (normal/warning/over-limit), trigger sound and light alarms, إشعارات الدفع عبر الرسائل القصيرة/التطبيقات إلى موظفي الصيانة.
• إمكانية تتبع البيانات: تخزين البيانات التاريخية لأكثر من 1 سنة (درجة حرارة, وقت, سجلات التنبيه), دعم تحليل المنحنى وتتبع الأخطاء.
• التنبؤ بالاتجاه: من خلال خوارزميات التعلم الآلي (مثل LSTM) لتحليل اتجاهات التغير في درجات الحرارة, توقع مخاطر ارتفاع درجة الحرارة المحتملة قبل 7 إلى 30 يومًا.

قيمة التطبيق

• التأكد من سلامة المعدات: اكتشف في الوقت المناسب ارتفاع درجة الحرارة الناجم عن ضعف الاتصال, شيخوخة, إلخ. (مثل درجة حرارة التلامس التي تتجاوز 80 درجة مئوية قد تسبب شيخوخة العزل), منع الدوائر القصيرة, الحرائق والحوادث الأخرى.
• تقليل تكاليف التشغيل والصيانة: استبدال التقليدية “التفتيش الدوري لانقطاع التيار الكهربائي”, تحقيق الصيانة على أساس الحالة, تقليل وقت انقطاع التيار الكهربائي (يمكن أن تقلل من 2 إلى 3 حالات انقطاع التيار الكهربائي غير المخطط لها سنويًا).
• التكيف مع الشبكة الذكية: تلبية احتياجات التنمية “المحطات الفرعية الرقمية”, provide key data support for switchgear health assessment.

6. Comparison with Other Temperature Measurement Technologies

Compared with traditional temperature measurement solutions for switchgear (such as infrared, أجهزة استشعار لاسلكية, المزدوجات الحرارية), fluorescent fiber optic systems have significant advantages:

نوع التكنولوجيا	العيوب	Advantages of Fluorescent Fiber Optic System
قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء	Depends on unobstructed line of sight, cannot monitor critical parts when switchgear internal structure is complex.	Optical fiber can be flexibly arranged, directly contacts measured points, unaffected by obstruction.
أجهزة الاستشعار اللاسلكية	Communication easily interrupted in strong electromagnetic environment, short battery life (1~3 years replacement required).	No electromagnetic interference, passive probe (لا حاجة لإمدادات الطاقة), خالية من الصيانة.
الحرارية	Metal leads easily affected by electromagnetic interference, high insulation risk in high voltage environment.	Optical fiber insulation, no electromagnetic coupling, suitable for high voltage scenarios.

Summary

يعتمد نظام مراقبة درجة حرارة المفاتيح الكهربائية على قياس درجة حرارة الألياف الضوئية الفلورية, with its characteristics of anti-strong electromagnetic interference, عزل الجهد العالي, ودقة عالية, perfectly adapts to the complex operating environment of switchgear. It is one of the core technologies for realizing the closed-loop management of “condition sensing-early warning-operation and maintenance” of power equipment, and is of great significance for improving power grid reliability.

مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف الضوئية الموزعة في الصين