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 avisar de forma abrangente a temperatura do sistema de fornecimento de energia subterrâneo. Mesmo para algumas cargas importantes não Classe I, a feedback control scheme of power-off locking can be provided before the heating amplitude reaches the ignition point.

Princípio de Sistema distribuído de medição de temperatura de fibra óptica
Distributed fiber optic temperature measurement refers to a temperature monitoring system that comprehensively utilizes the Raman scattering effect (Raman) of optical fibers and optical time-domain reflection measurement technology (OTDR) para obter informações de distribuição espacial de temperatura. Some physical quantities in daily life, como temperatura, pressão, and tension, can affect glass fibers and locally alter the optical transmission characteristics in optical fibers. Due to the attenuation of light in quartz glass fibers through scattering, the location of external physical effects can be determined, making optical fibers suitable for linear sensors. Thermal effects cause lattice oscillations in fiber optic quartz solids. When light falls on these thermally excited molecular oscillations, 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.

The distributed fiber optic temperature measurement system has designed corresponding fiber optic cable laying schemes for several different temperature measurement objects underground.

Cable joints for laying optical cables underground in coal mines are weak points in cable connections and are prone to short circuits, vazamento, and overheating. In response to the relatively coarse manual production of cable joints, a temperature sensing optical cable double ring winding method is used to fix it at the cable terminals and joints, which can make it fully and tightly contact, 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, and the temperature of the cables in the bridge can be controlled in real time.
Temperature monitoring method for cables suspended by cable hooks
Various types of cables in underground coal mines are often hung in rows through cable hooks. Neste momento, each cable is tightly attached to a fiber optic cable, and the temperature measurement fiber optic cable layout method for hanging cables in rows underground coal mines is adopted

Online monitoring of static contact and busbar temperature in high-voltage switchgear

Aparelhagem de alta tensão, underground explosion-proof high opening, mobile transformers, combination switches, frequency converters, and other box type electrical equipment in various coal mine surface substations can be installed using fiber optic winding and fixing methods, with a focus on monitoring specific hazardous points,
After the application of fiber optic temperature measurement system in coal mines, a total of 6314 temperature monitoring points were arranged along various types of high and low voltage cables with a length of about 57260m within a 15.7km underground tunnel range. The wide distribution of measurement points, the large amount of monitoring information, and the long transmission distance are far beyond the reach of traditional temperature measurement methods. Além disso, the fiber optic temperature measurement system has excellent intrinsic safety, resistência à corrosão, resistência de alta tensão, e resistência à interferência eletromagnética, and can automatically detect the precise position of fiber optic cable breakpoints, providing convenience for rapid system repair.

Layout method of temperature measuring optical fibers inside high-voltage switchgear
In terms of safety and economic benefits, 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.