引言

       溫度是電力設備的重要運行參數，通過監測電力設備溫度信息獲取電力設備的運行狀況是電力系統故障預報與診斷的研究點，研究內容包括各種新型的溫度傳感器的應用、電力設備的故障預報與診斷方法等。其中光纖溫度傳感器在電力系統中的應用是近年來研究的熱點，已廣泛應用于發電廠、變電站等。光纖傳感器具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓、耐化學腐蝕，安全等特點。本文對電力系統溫度監測的基本內容進行了概述，研究了當前光纖溫度傳感器在電力系統中的應用，并對其發展趨勢進行了展望。

1 光纖溫度傳感器

       光纖溫度傳感器是上世紀70 年代發展起來的一門新型的測溫技術。它基于光信號傳送信息，具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓等優勢特征。在國外，光纖溫度傳感器發展很快，形成了多種型號的產品，并已應用到多個領域，取得了很好的效果。國內在這方面的研究也如火如荼，多個大學、研究所與公司展開合作，研發了多種光纖測溫系統投入到了現場應用。

       按工作原理分，光纖溫度傳感器可分為功能性和傳輸型兩種。功能型溫度傳感器中光纖作為傳感器的同時也是光信號的載體，而傳輸型溫度傳感器中光纖則只傳輸光信號。目前主要的光纖溫度傳感器包括分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器等。

2 光纖溫度傳感器在電力系統中的應用

       電力系統中大量設備需要檢測溫度信息，從而確定電力設備的運行情況，以便運行調度人員及時采取措施，消除異常，避免設備的損壞和事故的發生。早期通過示溫蠟片、數字溫度傳感器、紅外溫度儀等獲取電力設備溫度信息。但是示溫蠟片與紅外測溫儀需要人工巡查，不能滿足現代數字化電力系統的要求。數字溫度傳感器大多基于電量傳送，受電磁場影響較大，只能測量關鍵點，有一定的局限性。光纖溫度傳感器則克服了以上缺點與不足，具有通信迅速、報警設置靈活、適應惡劣環境等優點。在國內外，主要有以下幾個應用領域。

       2.1 電纜隧道火災監控

       發電廠和變電站內大量的高壓電氣設備都是通過電纜連接的，這些電纜都敷設在廠房或變電站下的電纜隧道。由于電纜隧道環境比較惡劣，且電纜數量較多，容易由于一根電纜的絕緣損壞、局部放電而引起大面積的火災事故，造成嚴重的經濟損失。針對電纜隧道易發生火災的情況，傳統的預防措施有：

       1）使用阻燃電纜或者電纜加涂阻燃層；

       2）隔層之間填充阻燃泥；

       3）在電纜隧道中通過感溫電纜實現溫度報警；

       4）電纜隧道中定距安裝懸掛定溫式的自動滅火器等。

       以上措施并不能及時發現火災隱患和防止火災事故的發生。光纖溫度監控系統是近年來應用于電纜隧道監測的一種新技術，它通過在電纜隧道中敷設一條光纖即可實現多條電纜的溫度檢測與整個電纜隧道的火災報警。總的來說，光纖測溫系統應用到電纜隧道火災監控的優點有：

       1）實時檢測光纖沿線溫度，測溫準確，分辨率較高。按測溫距離與測溫精度的不同，一般全線溫度更新速度最短10s 左右。

       2）存儲歷史溫度數據用于作進一步分析。

       3）報警等各項指標設置靈活，可實現多條件報警設置。目前已有不少成功應用的案例，如在韶關電廠、寧夏石嘴山發電廠、南京揚子石化熱電廠、濟南鋼鐵等。

       2.2 高壓電力電纜負荷安全監測

       溫度作為高壓電力電纜的一個重要的運行參數越來越受到人們的重視。通過數字傳感器的方式只能實現對電纜接頭等重要部分的溫度監測。因此，近年來人們對一些重要的高壓動力電纜應用光纖溫度監測系統實現電纜溫度監控。電纜溫度監測可以在電纜全長度范圍內發現過熱點和異常行為點，包括快速升溫點和慢性升溫點等，能發現限制電纜載流量的瓶頸點的溫度與位置信息，預防電纜故障的同時為電力調度提供科學依據。

       2.3 變壓器繞組溫度監測

        電力變壓器的內部故障主要是過熱性故障，研究變壓器的過熱故障具有很大實用價值。變壓器的壽命與電力變壓器繞組溫度有一定關系。變壓器繞組溫度測量方法主要有三種：

       1）基于電信號的數字傳感器測溫；

       2）紅外溫度傳感器測量；

       3）光纖溫度傳感器測量。

       利用光纖溫度傳感器測量又分為熒光光纖測溫儀和光纖光柵溫度傳感器。光纖光柵傳感器測溫是將光纖光柵粘貼在變壓器繞組上測量繞組溫度。通過對變壓器繞組的連續監測，能掌握變壓器工作狀態以及了解設備的缺陷和退化情況。

       2.4 高壓開關柜溫度監測

       高壓開關柜用來開閉電力線，是實現輸送、倒換電力負荷，退出故障設備和線路的關鍵設備。在長期的運行過程中，開關柜觸點和母線連接處容易老化、松動和接觸電阻過大而引起局部發熱嚴重。開關柜過熱如若發現不及時往往容易導致火災事故，造成大面積停電等。對全封閉的高壓開關柜實現在線實時溫度監測，提前發現和排除隱患，對保證安全可靠供電具有重要的意義。應用光纖溫度傳感器對高壓開關柜的溫度監測是當前的一種新的溫度監測方法，能避免強電磁場的干擾，且耐高壓、耐輻射，能有效提高高壓開關柜的可靠性。光纖溫度傳感器在變電站開關柜中的應用越來越廣泛，如在天津天辰變電站、上辛口變電站等。

3 光纖溫度傳感器在電力系統中應用現狀分析

       光纖溫度傳感器作為一種新型的測溫技術發展十分迅速，應用也越來越廣泛。在電力系統中應用也得到了較好的發展，但存在以下幾個方面的問題：

       （1）光纖溫度傳感器在電力系統中的一些應用尚處于初步嘗試階段，尚需要開發溫度與設備運行狀態等的關系模型，從而更好地利用溫度信息。目前在電纜監測上有纜芯溫度計算模型、動態載流量模型。

       （2）光纖溫度傳感器在價格上的劣勢制約了其在電力系統中的推廣應用，價格太高使得在某些應用場合監測的實際意義不大。

       （3）光纖在某些電氣設備上的敷設較為困難，最好能在敷設方式和敷設工藝等方面形成業內認可的施工指導與標準規范。

       （4）目前生產光纖溫度傳感器的廠家基本都只具備專業研發與生產光纖溫度傳感器的能力，而在電力系統領域涉足較少，缺乏開發基于光纖溫度傳感器的電力系統故障診斷方面軟件的理論支持與經驗，難以將系統功能擴展。

4 展望

       隨著電力系統的發展，對電力設備的溫度監測將會越來越受到重視。光纖測溫系統成本的降低以及測溫精度等指標的提高，必將促使其在電力系統中的應用更加廣泛與深入。

       （1）點式光纖監測系統構造廠站溫度監控系統實現發電廠和變電站重要設備的溫度監控，提供全廠（站）重要區域溫度信息，及時發現安全隱患，保證電力安全生產、穩定可靠運行。

       （2）光纖測溫系統與電纜故障診斷技術相結合構造基于光纖溫度傳感器的電纜在線故障診斷系統，不僅能實現電纜線芯溫度實時監測和動態載流量分析，而且能將電量信號和溫度信號結合實現電纜電氣故障識別和定位。

       （3）隨著光纖測溫系統監測技術的成熟，結合應力監測功能將其應用到海底電纜與架空線路的安全監測中也是將來發展的一個方向。

       （4）光纖測溫系統用于其它電力設備的溫度監測，如變壓器、絕緣子、熔斷器、絕緣套管、電容器和高壓電動機等等，并可結合電氣設備特征開發出相應的狀態監測、性能評估和故障診斷系統。