Оптоволоконные датчики температуры INNO ,системы контроля температуры.
1、 Компоненты интеллектуальной системы мониторинга подстанций
Интеллектуальная система мониторинга подстанций является важным техническим средством обеспечения безопасной и стабильной работы подстанций., охват множественного содержимого и компонентов мониторинга.
（1） Мониторинг состояния работы оборудования
Мониторинг параметров электрооборудования
Мониторинг в реальном времени параметров работы различного электрооборудования подстанции, например, напряжение, текущий, власть, и т. д.. of transformers. Путем установки датчиков на устройство для получения этих параметров, система может оперативно оповестить, если параметры выходят за пределы нормального диапазона. Например, перегрузка по току может привести к перегреву или даже повреждению оборудования.. Тщательно отслеживая текущий, потенциальные проблемы можно обнаружить заранее. Это помогает энергетикам своевременно корректировать рабочее состояние оборудования., избегать ошибок, и повысить надежность электроснабжения на подстанциях.
Для таких устройств, как автоматические выключатели и разъединители., их статус открытия и закрытия также можно отслеживать. Интеллектуальный анализ состояния знаков открытия и закрытия обеспечивает правильность работы устройства и предотвращает риски безопасности, вызванные неправильной эксплуатацией.. Это особенно важно при ежедневных переключениях подстанций., который может эффективно обеспечить стабильную работу энергосистемы и безопасность операторов..
Мониторинг температуры оборудования
Оборудование подстанции во время работы выделяет тепло., особенно крупное оборудование, такое как трансформаторы. Чрезмерная температура может повлиять на производительность и срок службы оборудования., и даже вызвать неисправности. Поэтому, температура устройства мониторинга является важным компонентом интеллектуальных систем мониторинга.. В дополнение к контролю температуры трансформатора (который будет подробно описан позже), сюда также входит контроль температуры оборудования и шин внутри распределительного устройства.. Например, Мониторинг температуры поверхности или внутренней температуры оборудования в режиме реального времени может быть достигнут с помощью технологии инфракрасного тепловидения или оптоволоконных датчиков температуры для быстрого обнаружения температурных аномалий, таких как локальный перегрев..
Контроль качества изоляции оборудования
Изоляционные характеристики электрооборудования напрямую связаны с безопасной эксплуатацией оборудования.. Интеллектуальная система мониторинга может оценивать состояние изоляции оборудования, отслеживая такие параметры, как сопротивление изоляции и частичный разряд.. Например, Частичный разряд является важным индикатором ухудшения изоляции., и путем установки датчиков частичных разрядов, сигналы частичного разряда внутри оборудования могут быть зафиксированы. На основе характеристик мощности сигнала, частота, и т. д., определить состояние изоляции. Если эффективность изоляции снижается, это может привести к серьезным неисправностям, таким как короткое замыкание оборудования и заземление.. Предварительный мониторинг проблемы с изоляцией и принятие мер, например, замена изоляционных компонентов, может эффективно продлить срок службы оборудования и снизить затраты на техническое обслуживание.
（2） Экологический мониторинг
Мониторинг температуры и влажности
Температура и влажность внутри подстанции оказывают определенное влияние на работу оборудования.. Чрезмерная влажность может привести к намоканию оборудования., приводит к снижению изоляционных характеристик, коррозия, и другие вопросы; Чрезмерная или недостаточная температура также может повлиять на производительность и срок службы оборудования.. Путем установки датчиков температуры и влажности на подстанции, можно получить данные о температуре и влажности окружающей среды в режиме реального времени. Например, в некоторых южных влажных районах, особенно важен контроль влажности. Как только влажность превысит установленный порог, система может активировать оборудование для осушения, такое как осушители, чтобы поддерживать сухость окружающей среды и защищать оборудование от опасностей, связанных с влажностью..
Мониторинг погружения в воду
Наводнение может быть вызвано такими факторами, как осадки или протечки водопроводных труб.. Если на подстанции затопление, это может привести к серьезному повреждению электрооборудования.. Датчики контроля погружения воды обычно устанавливаются в низинах подстанций., кабельные траншеи, и другие места, склонные к скоплению воды. Как только обнаружено погружение в воду, система немедленно подаст сигнал тревоги, чтобы персонал мог своевременно принять меры по дренажу, чтобы предотвратить повреждение оборудования в результате погружения в воду..
Мониторинг обнаружения дыма
Мониторинг обнаружения дыма предназначен для предотвращения возникновения пожаров.. На подстанции имеется большое количество электрооборудования., и в случае возникновения таких неисправностей, как короткое замыкание и перегрузка., они могут вызвать пожар. Детекторы дыма позволяют своевременно обнаружить дым.. Как только дым обнаружен, система подаст сигнал тревоги, а также может быть связана с системой пожаротушения, например, включение огнетушителей, разбрызгиватели пожарной воды, и т. д.. (если есть), to minimize the damage of fires to substations.
（3） Video surveillance and intelligent analysis
Video surveillance function
There are multiple cameras installed in the substation, which can provide comprehensive video monitoring of various areas of the substation. These cameras have multiple functions, such as the ability to capture clear images during both day and night, and some cameras also have infrared fill light function, which can work normally even at night or in low light environments. Video surveillance can real-time view the appearance status of equipment and personnel activities in the substation. Например, staff can use video surveillance to check for any abnormalities in the appearance of transformers, such as oil leakage, курить, or unauthorized personnel entering hazardous areas of substations.
Интеллектуальная функция анализа
Помимо основных функций видеонаблюдения, интеллектуальная система мониторинга также имеет возможности интеллектуального анализа. Например, распознавание лиц персонала на видео позволяет только авторизованному персоналу входить в определенные зоны подстанции, что помогает повысить безопасность подстанции. В то же время, также может быть проведен интеллектуальный анализ рабочего состояния оборудования, например, анализ изменений цвета внешнего вида оборудования (что может указывать на аномальную температуру), смещение компонентов оборудования (что может указывать на ослабление или неисправность), и т. д., для оказания помощи в определении рабочего состояния оборудования. Эта интеллектуальная функция анализа может снизить нагрузку на ручную проверку и повысить эффективность и точность мониторинга..
（4） Сеть связи и обработка данных
Communication Network
Различные устройства мониторинга в интеллектуальной системе мониторинга подстанции должны передавать собранные данные в центр мониторинга через сеть связи.. Сеть связи может использовать комбинацию проводной связи. (например, оптоволоконная связь) и беспроводная связь (например, Зигби, Wi-Fi, 4Г/5G, и т. д.). Волоконно-оптическая связь имеет преимущества высокой скорости передачи и сильной защиты от помех., что делает его пригодным для передачи больших объемов данных мониторинга в реальном времени., например, рабочие параметры оборудования, видеоизображения, и т. д.; Wireless communication, с другой стороны, обладает характеристиками высокой гибкости и простоты развертывания, и подходит для объединения в сеть некоторых сенсорных узлов, например, датчики температуры и влажности, датчики погружения в воду, и т. д.. Через надежную сеть связи, обеспечить точную и своевременную передачу данных мониторинга в центр мониторинга для последующего анализа и обработки..
обработка данных
В мониторинговом центре, требуется обработка большого количества полученных данных мониторинга. Обработка данных включает в себя такие операции, как хранение, анализ, и интеллектуальный анализ данных. Хранилище данных может использовать систему баз данных для хранения различных типов данных мониторинга в соответствии с определенными правилами для последующих запросов и анализа.. Анализ данных может использовать различные алгоритмы, например, фильтрация данных, анализ тенденций, и т. д., извлекать полезную информацию из массивных данных. Например, путем анализа долгосрочной тенденции данных о температуре трансформатора, состояние работоспособности трансформатора можно предсказать, а работы по техническому обслуживанию и ремонту могут быть организованы заранее.. Методы интеллектуального анализа данных также могут обнаружить корреляцию между различными данными мониторинга., например, взаимосвязь между температурой и рабочей мощностью оборудования., обеспечение основы для оптимизации работы подстанций.
2、 Принцип флуоресцентного оптоволоконного мониторинга температуры трансформатора
Мониторинг температуры флуоресцентного волокна трансформатора — это передовая технология мониторинга температуры, основанная на характеристиках флуоресценции..
（1） Характеристики флуоресцентных веществ и связь между послесвечением флуоресценции и температурой.
Флуоресцентные оптические волокна содержат особые флуоресцентные вещества, которые излучают флуоресцентные сигналы под воздействием возбуждающего света.. Его важной характеристикой является специфическая связь между послесвечением флуоресценции. (то есть. время затухания флуоресценции) и температура. При более низких температурах, послесвечение флуоресценции более продолжительное; As the temperature increases, the molecular motion of fluorescent substances intensifies, energy transfer and conversion accelerate, resulting in a shortened fluorescence afterglow. Например, some rare earth doped fluorescent materials experience a gradual decrease in fluorescence afterglow from a few milliseconds to several hundred microseconds as the temperature increases from 20 °С до 100 °С. The quantifiable relationship between fluorescence afterglow and temperature is the basis for fluorescence fiber optic temperature monitoring.
（2） The role of optical fiber in temperature monitoring
Оптическая передача сигнала
Fiber optic cables play an important role in transmitting optical signals in this monitoring system. Fiber optics have excellent optical performance, which can efficiently transmit excitation light to the location of fluorescent substances, а также передавать сигнал флуоресценции, излучаемый флуоресцентными веществами, на детекторное оборудование.. Потери при передаче оптического волокна низкие, и даже на большие расстояния (например, внутри больших трансформаторов, там, где по оптическому волокну может потребоваться передача сигналов с обмотки на внешнее оборудование обнаружения.), он может обеспечить эффективную передачу сигнала. Например, in some large substations, оптические волокна могут простираться от глубины обмоток до узла мониторинга за пределами трансформатора, с дальностью передачи до десятков метров, и затухание сигнала относительно небольшое.
Электрическая изоляция и защита от помех
Внутри трансформатора имеется сильное электромагнитное поле., и оптические волокна изготовлены из изоляционных материалов, таких как стекло или пластик., которые имеют отличные электроизоляционные характеристики. This enables optical fibers to operate normally in harsh electromagnetic environments inside transformers without being affected by electromagnetic interference. Compared with traditional electrical signal transmission methods, such as using thermocouples or resistance thermometers, optical fibers are not affected by noise interference caused by electromagnetic induction, thus providing more accurate temperature measurements. Например, in the vicinity of transformer windings, the electromagnetic field strength may reach thousands of Gauss, and traditional electrical sensors may produce significant measurement errors, while fluorescent fiber optic sensors can accurately measure temperature.
（3） Overall monitoring principle
Conversion of temperature and fluorescence signals
In the transformer temperature fluorescent fiber monitoring system, флуоресцентные волоконно-оптические датчики расположены в ключевых частях трансформатора, такие как обмотки. Когда внешний источник света возбуждает флуоресцентное вещество во флуоресцентном волокне., флуоресцентное вещество излучает флуоресцентный сигнал, а система обнаружения измеряет время послесвечения флуоресцентного сигнала.. На основе предварительно калиброванной кривой зависимости между временем послесвечения флуоресценции и температурой. (который был получен в результате обширных экспериментов и калибровочных работ., например, точное измерение времени послесвечения флуоресцентных веществ при разных температурах и создание математических моделей.), преобразовать измеренное время послесвечения флуоресценции в соответствующие значения температуры. Это обеспечивает преобразование сигнала флуоресценции в температуру., позволяющий в режиме реального времени отслеживать изменения температуры в трансформаторах.
Состав системы и совместная работа
Вся система мониторинга в основном состоит из источника света, флуоресцентные оптоволоконные датчики, система обнаружения, и система обработки данных. Источник света обеспечивает возбуждающий свет., а волоконный датчик флуоресценции измеряет температуру и генерирует соответствующие сигналы флуоресценции.. Система обнаружения измеряет соответствующие параметры сигнала флуоресценции. (например, время послесвечения), и система обработки данных обрабатывает, анализы, и сохраняет обнаруженные данные. Например, система обработки данных может отображать собранные данные о температуре в режиме реального времени, определить порог тревоги (если температура превышает установленный порог безопасности, система подаст сигнал тревоги), и выполнить долгосрочный анализ тенденций температурных данных, чтобы оценить состояние работоспособности трансформатора..
3、 Действия по контролю температуры трансформатора с помощью флуоресцентного оптоволокна
（1） Расположение датчика
Определить место мониторинга
Перед проведением флуоресцентного оптоволоконного контроля температуры трансформатора, Первым шагом является определение места размещения датчиков. Распределение температуры различных частей внутри трансформатора неравномерно., например, температура горячей точки обмотки часто является наиболее важной проблемой.. Горячая точка — это область, где тепло накапливается в определенных локальных положениях обмотки во время работы трансформатора из-за тепла, выделяемого током, проходящим через обмотку., что приводит к относительно высокой температуре. По конструкции и тепловым характеристикам трансформаторов, флуоресцентные оптоволоконные датчики обычно располагаются в ключевых частях обмотки., например, верхний или нижний слой рядом с обмоткой, а также среднюю часть обмотки. Кроме того, датчики могут потребоваться установить в таких местах, как железный сердечник и масляные каналы, чтобы всесторонне контролировать температуру внутри трансформатора.. Это требует глубокого понимания механизмов теплопередачи, таких как проводимость., конвекция, и радиация в трансформаторах, чтобы датчики могли точно отслеживать изменения температуры внутри трансформатора..
Например, для масляных трансформаторов, поток масла оказывает определенное влияние на распределение температуры. В районах с более медленными темпами потока нефти, тепло может накапливаться легче, поэтому размещение датчиков в этих областях может лучше отслеживать потенциальные температурные аномалии.. В то же время, также необходимо учитывать способ установки датчика, чтобы обеспечить тесный контакт датчика с внутренними компонентами трансформатора., чтобы точно чувствовать изменения температуры. Для обмоток, Датчики могут быть установлены путем намотки или встраивания, а для поверхности железного сердечника, датчики можно установить путем наклеивания или фиксации креплений.
Установка датчика
После определения места размещения датчика, приступаем к установке датчика. Для флуоресцентных оптоволоконных датчиков, процесс установки должен следовать строгим эксплуатационным процедурам. Во-первых, необходимо убедиться, что оптоволоконная часть датчика не повреждена, поскольку целостность оптоволокна имеет решающее значение для передачи оптических сигналов. During the installation process, могут потребоваться специальные инструменты и оборудование, такие как сварочные аппараты для сварки волокон (если сегменты волокна необходимо соединить). Для датчиков, встроенных в обмотки, важно избегать влияния на изоляционные характеристики обмоток.. Например, изоляционная бумага или слой изоляционной краски обмотки не могут быть повреждены во время установки. В то же время, датчик следует зафиксировать после установки, чтобы предотвратить смещение или повреждение датчика из-за вибрации или по другим причинам во время работы трансформатора.. Для случая соединения внутренних и внешних оптических волокон через фланцы, необходимо обеспечить хорошую герметизацию фланцев, чтобы предотвратить утечку масла на оптоволоконное соединение и повлиять на передачу оптических сигналов..
（2） Возбуждение и сбор сигнала
Выбор и настройка источника возбуждающего света
Выбор подходящего источника возбуждающего света является важным шагом при мониторинге флуоресцентного волокна.. Длина волны источника возбуждающего света должна соответствовать длине волны возбуждения флуоресцентного вещества во флуоресцентном волокне.. Вообще говоря, Обычно используемые источники возбуждающего света включают лазерные диоды., и т. д.. Например, для некоторых флуоресцентных волокон, легированных редкоземельными элементами, длина волны возбуждения может составлять 400-500 нм, и в качестве источника возбуждающего света необходимо выбрать лазерный диод соответствующей длины волны.. При настройке источника возбуждающего света, следует учитывать такие факторы, как мощность и стабильность источника света.. Мощность источника света не должна быть слишком высокой, чтобы избежать светового повреждения флуоресцентного вещества., влияя на срок службы и характеристики флуоресценции; Тем временем, the stability of the light source should be good to ensure the reproducibility of the fluorescence signal generated by each excitation. Например, if the power fluctuation of the light source is large, it may cause the measured fluorescence afterglow time to be unstable, тем самым влияя на точность измерения температуры.
Collection of fluorescence signals
When the excitation light source is irradiated onto the fluorescent fiber sensor, the fluorescent substance emits fluorescent signals, which need to be collected by a detection system. The detection system usually includes components such as photodetectors. Photodetectors can convert received fluorescent light signals into electrical signals for subsequent processing. When collecting fluorescence signals, следует обратить внимание на такие факторы, как угол и расстояние сбора. Поскольку интенсивность сигналов флуоресценции варьируется под разными углами и расстояниями., для обеспечения точного сбора сигналов флуоресценции, необходимо определить оптимальный угол сбора и расстояние, исходя из характеристик датчика и системы обнаружения. Например, для некоторых оптоволоконных датчиков, собирая сигналы флуоресценции 45 градусный угол к фотодетектору может дать лучшие результаты. В то же время, для уменьшения помех внешнего рассеянного света, система обнаружения может быть оснащена такими устройствами, как световые экраны.
（3） Расчет температуры и обработка данных
Рассчитать температуру на основе послесвечения флуоресценции
После сбора сигнала флуоресценции, система обнаружения будет измерять время послесвечения сигнала флуоресценции. Рассчитайте соответствующее значение температуры на основе заранее установленной модели связи между временем послесвечения флуоресценции и температурой.. Эта модель отношений была получена в результате обширных экспериментов и калибровок.. Например, в лаборатории, флуоресцентные волоконно-оптические датчики помещаются в среду с постоянной температурой при разных температурах для измерения времени послесвечения их флуоресценции.. Затем, математические выражения для времени и температуры послесвечения флуоресценции получены путем подбора данных и других методов., такие как квадратичные или показательные функции. В практических приложениях, подставив измеренное время послесвечения флуоресценции в это математическое выражение, можно рассчитать значение температуры внутри трансформатора.
Обработка и анализ данных
Рассчитанные данные о температуре требуют дальнейшей обработки и анализа.. Обработка данных включает в себя такие операции, как фильтрация и сглаживание данных для удаления шума и ошибок в процессе измерения.. Например, алгоритмы цифровой фильтрации, такие как фильтрация по среднему значению, медианная фильтрация, и т. д.. может использоваться для обработки данных о температуре, сделать данные более плавными и точными. С точки зрения анализа, данные о температуре могут отображаться в режиме реального времени, чтобы персонал мог интуитивно понимать температурный режим трансформатора.. В то же время, можно установить порог срабатывания сигнализации, и система подаст сигнал тревоги, когда температура превысит установленный порог безопасности.. Кроме того, посредством долгосрочного анализа тенденций температурных данных, можно оценить состояние работоспособности трансформаторов. Например, если обнаружено постепенное повышение температуры, это может указывать на потенциальную неисправность трансформатора., например, старение изоляции обмоток, которые требуют дальнейшего осмотра и обслуживания.
4、 Пример Fluorescence Fiber Optic Monitoring for Transformer Temperature
1. Монтаж и настройка масляной трансформаторной системы.
В проекте мониторинга температуры масляных трансформаторов на большой подстанции, установка флуоресцентная оптоволоконная система мониторинга впервые было проведено. По конструктивным характеристикам трансформатора, флуоресцентные оптоволоконные датчики расположены в нескольких ключевых положениях обмотки., включая верхнюю часть, середина, и нижняя часть обмотки, а также возле железного сердечника. Датчик устанавливается на обмотку через специальное фиксирующее устройство, обеспечивающее плотный контакт с обмоткой без ущерба для изоляционных характеристик обмотки.. The internal optical fiber is connected to the external optical fiber through a flange, and the external optical fiber transmits the optical signal to the temperature measurement host located near the transformer. The temperature measurement host is equipped with a stable excitation light source, high-precision photoelectric detector, and powerful data processing system. The excitation light source selected a laser diode with a wavelength of 450nm, and its power was precisely adjusted to meet the excitation requirements of the fluorescent substance without causing damage to it.
In terms of data processing system, an appropriate data collection frequency has been set, such as collecting temperature data every 5 минуты. В то же время, alarm thresholds were set based on the operating parameters and historical data of the transformer. Для этого масляного трансформатора, когда температура обмотки превышает 120 °С, система выдаст сигнал тревоги о высокой температуре. Чтобы обеспечить надежность системы, после установки было проведено комплексное тестирование всей системы, включая тестирование характеристик оптической передачи оптических волокон, тестирование температурного отклика датчиков, и т. д..
Мониторинг работы и предупреждение о неисправностях
При ежедневной эксплуатации трансформатора, флуоресцентная оптоволоконная система мониторинга продолжает работать. Путем сбора и анализа данных о температуре в режиме реального времени., персонал может в любой момент понять распределение температуры внутри трансформатора. Например, в период высоких температур летом, из-за большой нагрузки на трансформатор, температура обмотки немного повышается. Система мониторинга точно фиксировала изменения температуры и оперативно выдавала предупреждающую информацию, когда температура приближалась к порогу срабатывания сигнализации.. Это позволяет персоналу заранее принять меры., например, регулировка нагрузки трансформатора, усиление вентиляции и отвода тепла, и т. д., во избежание неисправностей, которые могут быть вызваны дальнейшим повышением температуры. В течение одной операции, система мониторинга обнаружила аномальное повышение температуры в определенном месте обмотки. При дальнейшем осмотре, было обнаружено, что закупорка масляного канала в этом месте вызывала плохое рассеивание тепла.. Своевременной очисткой масляного канала, проблема с аномальной температурой решена, избежание потенциальных отказов трансформатора и обеспечение нормальной работы подстанции.
2. Example of temperature monitoring for dry-type transformers
Sensor layout and installation characteristics
For the dry-type transformer in the distribution room of a certain factory, the layout of sensors is different when using fluorescent optical fiber to monitor температура. Due to the fact that the heat dissipation method of dry-type transformers is mainly air convection, the heat distribution is relatively uniform, but the end of the winding is still an area where the temperature is prone to rise. Поэтому, in terms of sensor layout, fluorescent fiber optic sensors are mainly arranged at the ends and middle parts of the winding. When installing sensors, considering the compact structure of dry-type transformers, miniaturized sensors were used and fixed on the winding surface using special fixtures. Такой способ установки не только обеспечивает хороший контакт между датчиком и обмоткой., но также облегчает установку и обслуживание.
Оптоволоконный датчик температуры, Интеллектуальная система мониторинга, Распределенный производитель оптоволокна в Китае
 |
 |
 |