電力工業(yè)中高壓開關(guān)柜隔離觸頭溫度監(jiān)測研究

　　3.2 光路復(fù)用方案

　　六個光纖光柵溫度傳感器的同時測量就涉及到光路的復(fù)用問題，光纖光柵傳感器的復(fù)用可以采用波分復(fù)用（WDM）、空分復(fù)用（SDM）或時分復(fù)用（TDM）方式，本系統(tǒng)是采用空分復(fù)用和波分復(fù)用方法。如圖2 所示，用1′8 耦合器實現(xiàn)對傳感器的空分復(fù)用，這樣可以避免采用單一波分復(fù)用的弊端，即多個傳感器串連在一根光纖上，在其中一個傳感器損壞時會影響其它傳感器信號的傳輸；同時在傳感器工作波長的選擇上又采用了波分復(fù)用方式，用來提高系統(tǒng)的測量速度，即在波長解調(diào)時采用一個掃描周期可以實現(xiàn)六個傳感器的同時測量。

　　在圖2 中，A、B、C三相的六個光纖光柵溫度傳感器處于高電壓側(cè)，分別安裝在靜觸頭孔徑內(nèi)，而耦合器、波長解調(diào)器、控制器以及數(shù)據(jù)處理電路都處于地電位側(cè)，安裝在控制室內(nèi)，采用長距離的光纖傳輸來實現(xiàn)高電壓側(cè)絕緣隔離。圖中的A1、B1、C1，A2、B2、C2是本文設(shè)計的光纖光柵溫度傳感器，分別分布在隔離觸頭的上側(cè)和下側(cè)A、B、C 三相上，在常溫下傳感器的波長分別為1548.5nm、1550.1nm、1551.6nm、1553.5nm、1555.5nm、1557.1nm，靈敏度為0.011nm/℃、0.013nm/℃、0.011nm/℃、0.010nm/℃、0.011nm/℃、0.012nm/℃，測量范圍為0~110℃；耦合器為

　　由7 個3dB耦合器組合而成的1′8耦合器；波長解調(diào)器為采用壓電陶瓷驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)具實現(xiàn)波長掃描，其工作波長范圍為1548~1558nm，覆蓋6 個傳感器在0~110℃溫度變化時的所有波長帶；控制器在數(shù)據(jù)處理器的控制下實現(xiàn)波長解調(diào)器的掃描。

　　3.3 觸頭溫度模型

　　高壓開關(guān)柜在運行時，觸頭、母線、電流互感器、柜體等構(gòu)成了多個熱源，高壓開關(guān)柜及內(nèi)部各部件又構(gòu)成了復(fù)雜的熱阻網(wǎng)絡(luò)[14]。在此系統(tǒng)中，要通過理論推導(dǎo)出觸頭溫升與光纖光柵傳感器溫升間的數(shù)學(xué)關(guān)系是比較困難的，因此本文通過試驗方法建立了它們之間的數(shù)學(xué)模型。

　　溫升實驗是在10kV 高壓開關(guān)柜上進(jìn)行的，實驗時三相觸頭接觸正常，工作額定電流為1kA，室溫為25℃。圖3 是上隔離觸頭B 相的溫升過程曲線，可以看出光纖光柵傳感器測量的溫升變化要比觸頭的實際溫升變化慢，但它們的變化趨勢是相同的，大約在3h 以后溫度場變化趨于穩(wěn)定。測量溫度與實際溫度間的差值是由于傳感器采用非接觸方式測量溫度，它依靠靜觸頭的輻射來傳遞熱量。表1 是其溫升測量數(shù)據(jù)。