Como o sistema distribuído de medição de temperatura por fibra óptica é aplicado em equipamentos elétricos subterrâneos em minas de carvão-INNO

O sistema distribuído de medição de temperatura por fibra óptica é uma nova tecnologia desenvolvida gradualmente nos últimos anos para medição em tempo real do campo de temperatura espacial. Ele pode monitorar continuamente a temperatura de vários pontos em um raio de mais de dez quilômetros ao longo do cabo de fibra óptica, com dezenas de milhares de pontos de coleta de temperatura, precisão de posicionamento de até 1m, precisão de medição de temperatura de ± 1 ℃, e faixa de medição de temperatura de -20 ℃ a +150 ℃. É muito adequado para grandes escalas, ambientes agressivos, e vários pontos de monitoramento de temperatura em sistemas de fornecimento de energia subterrâneos de minas de carvão. Os métodos de monitoramento de temperatura comumente usados para equipamentos elétricos de minas de carvão incluem: inspeção de pistola de indução infravermelha artificial, sistema de medição de temperatura termistor, e sistema de medição de temperatura termopar. Os métodos tradicionais de medição de temperatura têm desvantagens como a incapacidade de monitorar em tempo real, estabilidade fraca, mau isolamento, ambiente perigoso no local, alta interferência eletromagnética, alta perda de transmissão usando sinais analógicos, e precisão de medição de baixa temperatura. Em resposta às principais causas e características dos acidentes com incêndios elétricos em minas de carvão, desenvolvido de forma independente fibra óptica distribuída tecnologia de medição de temperatura para monitorar e alertar de forma abrangente a temperatura do sistema de fornecimento de energia subterrâneo. Mesmo para algumas cargas importantes não Classe I, um esquema de controle de feedback de bloqueio de desligamento pode ser fornecido antes que a amplitude de aquecimento atinja o ponto de ignição.

Princípio de Sistema distribuído de medição de temperatura de fibra óptica
A medição distribuída de temperatura por fibra óptica refere-se a um sistema de monitoramento de temperatura que utiliza de forma abrangente o efeito de espalhamento Raman (Raman) de fibras ópticas e tecnologia de medição de reflexão óptica no domínio do tempo (OTDR) para obter informações de distribuição espacial de temperatura. Algumas grandezas físicas na vida diária, como temperatura, pressão, e tensão, pode afetar as fibras de vidro e alterar localmente as características de transmissão óptica nas fibras ópticas. Devido à atenuação da luz nas fibras de vidro de quartzo através de espalhamento, a localização dos efeitos físicos externos pode ser determinada, tornando fibras ópticas adequadas para sensores lineares. Os efeitos térmicos causam oscilações na rede em sólidos de quartzo de fibra óptica. Quando a luz incide sobre essas oscilações moleculares termicamente excitadas, a dispersão da luz ocorre quando há interação entre os elétrons das partículas de luz e as moléculas do cristal, também conhecido como espalhamento Raman. Ao contrário da luz incidente, o deslocamento espectral desta luz espalhada é equivalente à frequência de ressonância das oscilações da rede. A luz espalhada pela fibra óptica contém três espectros diferentes: Luz de dispersão Rayleigh, Acende a luz, e luz anti Stokes. A faixa de luz anti-Stokes tem uma forte dependência da temperatura, enquanto a luz de Stokes é quase independente da temperatura. A intensidade da luz anti-Stokes na fibra óptica muda devido aos efeitos da temperatura externa. A proporção entre a intensidade da luz anti-Stokes e a intensidade da luz Stokes pode ser usada para calibrar a temperatura, e este princípio pode ser usado para obter medições distribuídas de campos de temperatura em vários pontos ao longo da fibra óptica.

O princípio da tecnologia de medição de reflexão óptica no domínio do tempo (OTDR) é emitir pulsos de luz para a fibra testada, gerar efeito de dispersão Raman, e a luz retroespalhada formada é transmitida de volta para a extremidade inicial da fibra (ou seja. a extremidade de injeção do pulso de luz). Como cada luz retroespalhada corresponde a um ponto de espalhamento na fibra, a localização do ponto de espalhamento na fibra pode ser determinada com base no seu tempo de propagação.

Medição de temperatura em minas de carvão

Nos últimos anos, o número de equipamentos mecânicos e elétricos usados nas minas de carvão na China aumentou gradualmente, e o sistema de fornecimento de energia tornou-se cada vez mais complexo, com longas filas, múltiplas filiais, níveis de alta tensão, múltiplas unidades de equipamento, e alta potência. A realidade de múltiplos nós, como interruptores e caixas de junção ao longo da linha, trouxe maiores riscos de incêndio ao sistema de fornecimento de energia da mina de carvão. Na prática de produção de minas de carvão, muitos cabos fixos têm longa vida útil, isolamento envelhecido, mau contato das juntas dos cabos, e falta de inspeção eficaz e manutenção oportuna, o que pode facilmente causar vazamento elétrico e incêndio; Além disso, o mau contato dos contatos dentro da chave de alta tensão ou da câmara da caixa de junção também pode facilmente causar ignição de arco, superaquecimento de componentes internos do equipamento, e incêndios elétricos. Os itens acima são as principais causas de incêndios elétricos em minas de carvão. Os grandes acidentes de incêndio causados pela ignição de cabos subterrâneos ou quadros de distribuição de alta e baixa tensão em minas de carvão ameaçam seriamente a segurança das minas de carvão.

O sistema distribuído de medição de temperatura de fibra óptica projetou esquemas correspondentes de colocação de cabos de fibra óptica para vários objetos subterrâneos de medição de temperatura diferentes.

As juntas de cabos para colocação de cabos ópticos no subsolo em minas de carvão são pontos fracos nas conexões de cabos e são propensas a curtos-circuitos, vazamento, e superaquecimento. Em resposta à produção manual relativamente grosseira de juntas de cabos, um método de enrolamento de anel duplo de cabo óptico com sensor de temperatura é usado para fixá-lo nos terminais e juntas do cabo, o que pode fazer com que entre em contato total e firmemente, e monitorar a temperatura de toda a junta do cabo de forma mais densa e sensível.

Existem soluções correspondentes para o layout de fibras ópticas de medição de temperatura em juntas de cabos, a instalação de fibras ópticas de detecção em eletrocalhas, e o layout de fibras ópticas de medição de temperatura em bandejas de cabos.
No processo real de colocação de vários cabos subterrâneos em minas de carvão, a fim de alcançar requisitos estéticos e padronizados, As bandejas de cabos são frequentemente usadas para instalação fechada. Isso causa grandes transtornos à dissipação de calor dos cabos e à medição manual de temperatura. Com base nas características de tais objetos de monitoramento, a instalação de cabos ópticos adota um método de colocação de curva em forma de S, e a temperatura dos cabos na ponte pode ser controlada em tempo real.
Método de monitoramento de temperatura para cabos suspensos por ganchos de cabos
Vários tipos de cabos em minas subterrâneas de carvão são frequentemente pendurados em fileiras através de ganchos de cabos. Neste momento, cada cabo está firmemente conectado a um cabo de fibra óptica, e o método de layout de cabo de fibra óptica de medição de temperatura para pendurar cabos em fileiras de minas de carvão subterrâneas é adotado

Monitoramento on-line do contato estático e da temperatura do barramento em painéis de alta tensão

Aparelhagem de alta tensão, abertura alta subterrânea à prova de explosão, transformadores móveis, interruptores combinados, conversores de frequência, e outros equipamentos elétricos tipo caixa em várias subestações de superfície de minas de carvão podem ser instalados usando enrolamento de fibra óptica e métodos de fixação, com foco no monitoramento de pontos perigosos específicos,
Após a aplicação do sistema de medição de temperatura por fibra óptica em minas de carvão, um total de 6314 pontos de monitoramento de temperatura foram dispostos ao longo de vários tipos de cabos de alta e baixa tensão com um comprimento de cerca de 57.260 m dentro de um túnel subterrâneo de 15,7 km. A ampla distribuição de pontos de medição, a grande quantidade de informações de monitoramento, e a longa distância de transmissão estão muito além do alcance dos métodos tradicionais de medição de temperatura. Além disso, o sistema de medição de temperatura por fibra óptica possui excelente segurança intrínseca, resistência à corrosão, resistência de alta tensão, e resistência à interferência eletromagnética, e pode detectar automaticamente a posição precisa dos pontos de interrupção do cabo de fibra óptica, proporcionando conveniência para reparo rápido do sistema.

Método de layout para medição de temperatura de fibras ópticas dentro de painéis de alta tensão
Em termos de segurança e benefícios económicos, o sistema de medição de temperatura de fibra óptica resolve efetivamente os enormes perigos ocultos causados pelos eletricistas tradicionais de minas de carvão devido a fatores como carga de trabalho pesada, negligência, e insuficiente sentido de responsabilidade, como inspeções manuais inadequadas e detecção intempestiva de riscos de incêndio (muitas vezes só é descoberto quando a fumaça é emitida), economizando muito nos custos de mão de obra para minas de carvão e melhorando a segurança e a confiabilidade dos sistemas subterrâneos de fornecimento de energia.