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煤礦井下電氣設備應用分布式光纖測溫系統解決方案

分布式光纖測溫系統是近來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的一種用于實(shí)時(shí)測量空間溫度場(chǎng)的新技術(shù),可以連續實(shí)時(shí)監測光纖沿線(xiàn)十幾公里范圍內各點(diǎn)的溫度,溫度采集點(diǎn)達上萬(wàn)個(gè),定位精度達到到1m,測溫精度可達±1℃,測溫范圍:- 20℃到 +150℃,非常適用于煤礦井下供電系統這樣的大范圍、惡劣環(huán)境、溫度監測點(diǎn)多的場(chǎng)合。目前常用的煤礦電氣設備溫度監測方法主要有:人工紅外感應槍巡檢、熱敏電阻式測溫系統和熱電偶式測溫系統。傳統測溫方法存在無(wú)法實(shí)時(shí)監控、穩定性差、絕緣性差、現場(chǎng)環(huán)境危險、受電磁干擾大、采用模擬量傳輸損耗大、測溫精度低等缺點(diǎn)。針對煤礦井下電氣火災事故的主要原因及特點(diǎn), 福州華光天銳自主研發(fā)了分布式光纖測溫技術(shù)對井下供電系統全方位進(jìn)行溫度監測預警,甚至對于部分非一類(lèi)重要負荷可在升溫幅度達到燃點(diǎn)之前給予斷電閉鎖的反饋控制方案。

分布式光纖測溫系統原理

分布式光纖測溫是指:綜合利用光纖的拉曼散射效應(Raman)和光時(shí)域反射測量技術(shù)(OTDR)來(lái)獲得空間溫度分布信息的溫度監測系統。生活中的一些物理量,如溫度、壓力和張力,可以影響玻璃纖維并且局部地改變光纖中的光傳輸特性。由于通過(guò)散射可以使石英玻璃纖維中的光發(fā)生衰減,由此可以確定外部物理效應的位置,使得光纖可用作線(xiàn)性傳感器。熱效應在光纖石英固體中引起晶格振蕩。當光落到這些熱激發(fā)的分子振蕩上時(shí),光粒子和晶體分子的電子之間發(fā)生相互作用時(shí)的光散射,也稱(chēng)為拉曼散射,與入射光不同,這種散射光的光譜位移量相當于晶格振蕩的共振頻率。從光纖散射回的光包含三種不同的光譜:瑞利散射光,斯托克斯光和反斯托克斯光,反斯托克斯光帶有很強的溫度依賴(lài)性,而斯托克斯光幾乎與溫度無(wú)關(guān),光纖受外部溫度影響使光纖中的反斯托克斯光的強度發(fā)生變化,反斯托克斯光強與斯托克斯光強的比值可以用來(lái)標定溫度,利用這一原理可以實(shí)現光纖沿途各點(diǎn)溫度場(chǎng)的分布式測量。

光時(shí)域反射測量技術(shù)即(OTDR),其原理是:向被測光纖發(fā)出光脈沖,產(chǎn)生拉曼散射效應,形成的背向散射光向后傳播至光纖的起始端(也就是光脈沖的注入端),由于每個(gè)背向傳播的散射光都對應光纖上的一個(gè)散射點(diǎn),因此根據其傳播時(shí)間即可判斷出光纖上發(fā)生散射點(diǎn)的位置。

煤礦測溫

近年來(lái),我國煤礦機電設備的使用數量逐步增多,供電系統越來(lái)越復雜,線(xiàn)路長(cháng)、分支多,電壓等級高、設備臺數多、功率大,沿線(xiàn)開(kāi)關(guān)、接線(xiàn)盒等節點(diǎn)多的現實(shí)情況給煤礦供電系統帶來(lái)更大的火災隱患。在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中,很多固定敷設的纜線(xiàn)使用年限久,絕緣老化,電纜接頭接觸不良,加之缺乏有效巡檢和及時(shí)維護,容易引起漏電打火產(chǎn)生火災;另外高壓開(kāi)關(guān)或接線(xiàn)盒腔體內觸頭接觸不良,也容易引起電弧打火,設備內部元件過(guò)熱引起電氣火災。以上這些都是煤礦電氣火災的主要原因。煤礦井下電纜或高低壓開(kāi)關(guān)設備著(zhù)火引發(fā)的重大火災事故嚴重威脅煤礦安全。

分布式光纖測溫系統針對井下幾種不同的測溫對象,進(jìn)行了相應的光纜敷設方案設計。

電纜接頭光纜敷設煤礦井下的電纜接頭屬于纜線(xiàn)連接的薄弱點(diǎn),極易發(fā)生短路或漏電過(guò)熱現象,針對電纜接頭人工制作比較粗大的特點(diǎn),采用測溫光纜雙環(huán)纏繞方式固定在電纜終端及接頭處,可使其充分緊密接觸,對整個(gè)電纜接頭的溫度監測更密集、更靈敏。

電纜接頭的測溫光纖布設方式、電纜橋架中探測光纜的安裝、電纜槽內測溫光纖布設方式都有對應的解決方案。
煤礦井下各類(lèi)纜線(xiàn)在實(shí)際敷設過(guò)程中為了美觀(guān)和達到標準化要求,較多地采用橋架封閉安裝。這給電纜的散熱和人工測溫造成極大的不便,針對此類(lèi)監測對象的特點(diǎn),光纜安裝采用 S 型曲線(xiàn)方式鋪設,橋架中電纜的溫度就可以實(shí)時(shí)掌握。
采用電纜鉤吊掛的電纜的溫度監測方式
煤礦井下現場(chǎng)各類(lèi)電纜往往通過(guò)電纜鉤成排吊掛,此時(shí)采取每根電纜緊密貼合布置一根光纜,煤礦井下成排吊掛的電纜測溫光纖布設方式

高壓開(kāi)關(guān)柜靜觸頭、母排溫度在線(xiàn)監測

煤礦地面各變配電所高壓開(kāi)關(guān)柜、井下防爆高開(kāi)、移動(dòng)變壓器、組合開(kāi)關(guān)、變頻器等箱體式電氣設備都可采用光纖繞盤(pán)固定的安裝方式,對特定危險點(diǎn)重點(diǎn)監測,
煤礦在應用光纖測溫系統后,在其井下15.7km 巷道范圍內,總計約 57260m 長(cháng)的各類(lèi)高低壓電纜沿途,共布置了 6314 個(gè)溫度監測點(diǎn),測點(diǎn)分布之廣、監測信息量之大、傳輸距離之長(cháng)是傳統測溫方式遠遠不能達到的。另外光纖測溫系統的本安性、耐腐蝕、耐高壓、抗電磁干擾性能特別優(yōu)異,并且能夠自動(dòng)檢測光纜斷點(diǎn)精確位置,為系統快速修復提供便利。

高壓開(kāi)關(guān)柜內測溫光纖布設方式
在安全和經(jīng)濟效益方面,光纖測溫系統有效解決了傳統煤礦電工因工作量大、疏忽大意、責任心不足等因素,造成的人工巡查不到位,火災隱患發(fā)現不及時(shí)(往往等到冒煙時(shí)才能發(fā)現)的巨大隱患,給煤礦大大節省了人力成本,提高了煤礦井下供電系統的安全可靠性。

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關(guān)鍵詞:

光纖聯(lián)系