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光纖溫度傳感器在高壓避雷器熱點溫度監控的應用方案
（歐普申光電科技有限公司）
摘要：光纖溫度傳感器由于光纖本身的特性使得其具有傳統溫度傳感器所無法比擬的應用優勢，并且由于光纖具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、耐腐蝕、本質安全等優點，目前廣泛應用于電力行業高壓避雷在線溫度監控。本文主要介紹加拿大OPSENS光纖傳感器在高壓避雷器（MOA）的在線溫度監控。
1. 引言
我國自80 年代以來已有大量的高壓MOA (主要指110 kV 及以上電壓等級) 投入電網運行 , 特別交流特高壓避雷器(MOA)作為1000kV交流特高壓系統的重要過電壓保護裝置,其安全運行對電力設備乃至整個特高壓系統的安全運行具有非常重要的意義。避雷器在運行電壓作用下長期工作會使MOA的電阻片老化，同時由于環境條件的影響,MOA的電阻片會受潮及劣化,一旦系統中出現過電壓,MOA可能熱崩潰, 甚至爆炸。溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程都與溫度有關，許多設備的故障是由異常溫升而造成。高壓斷路器中正常的導電回路，在正常運行時.長期通過工作電流，產生的能量，轉變為熱能，使電器材料溫度升高不會超出規定范圍，但導電回路不正常時，會使電器材料溫度升高超出規定范圍，而使電器材料的機械強度、物理性能等下降，因此在國家標準中規定了不同電器材料允許長期工作溫度。采用光纖溫度傳感器進行實時監測避雷器為了及時發現避雷器的受潮、老化和其他隱患，避免因事故造成巨大經濟損失，以提高避雷器產品可靠性，同時光纖溫度傳感器是高壓避雷器進行在線監測是非常有效的手段。目前溫度是導致高壓避雷器老化的重要因素，必須對避雷器溫度參數進行在線監測。高壓避雷器（MOA ）能量吸收能力和老化或受潮導致的能量損耗主要來自溫度的影響。當避雷器正常運行條件下, 能量吸收大于 能量損耗, 溫度變化很小, 出現過電壓時, 溫度可能暫時會有所上升, 但會慢慢恢復。但在老化或受潮時, 溫度會逐步上升。因此溫度是判定高壓避雷器MOA 運行狀態重要參數結果, 在持續運行電壓下高壓避雷器（MOA ）的過熱直接與能量損失相關, 而與運行電壓的質量及外界干擾等無直接關系。將光纖溫度傳感器放在避雷器內部, 實時監測避雷器溫升變化的有效手段。
2. 原理和實施方案
原理：加拿大Opsens光纖溫度傳感系統采用半導體能帶間隙吸收技術（也稱GaAs技術），微小的GaAs感應晶體固定在光纖頂端，適合頂部測量應用。OTG-A有光纖溫度傳感器的固有優勢，與Opsens SCBG 信號解調器兼容，提供史無前例的可重復性和可靠性。 適用于高電磁,射頻，磁共振和微波等大多數不利條件。OTG-A光纖溫度傳感器的測溫范圍-40°C-250°C，高達350°C的更高溫度范圍可依客戶要求而定。OTG-A光纖溫度傳感器符合工業標準，緊壓和堅固的光纖溫度傳感器可依據客戶特殊應用或OEM類型應用而選擇不同光纜和封裝形式。并且該系統可以實現對高壓避雷器（MOA）的熱點溫度監控，由于該系統給用戶提供方便使用界面，加拿大OPSENS光纖傳感器在出廠之前已經進行了NIST標定，因此不需要輸入任何傳感器標定數據，實現溫度測量的即時顯示。
半導體吸收原理圖
半導體吸收原理：SCBG技術的溫度傳感器測量原理是利用了砷鎵介質對光的吸收/反射的特性。砷鎵半導體晶體在不同的溫度下均可產生可測的光信號，隨溫度的增加，砷鎵晶體的反射光譜（未被吸收的光）向高波長轉移。對于任何溫度，反射光將在一定光波長內發生可從0%到100%的跳躍，如上圖所示。而這種溫度與吸收躍變波長之間的關系遵從一種穩定的模式，它是可測量的。
高壓避雷器熱點溫度監控實施方案：
國網電力研究院武漢研究院避雷器實驗室采用了加拿大Opsens 的OTG-A光纖溫度傳感器:
右圖為典型避雷器試品，垂直于地面安裝，避雷器內部為串聯的氧化鋅電阻片。頂端均壓環部位施加高壓，底部地電位，電壓接通后，電阻片流過電流，溫度會緩慢升高。實際產品中電阻片之間會有鋁制墊塊，試驗時我們會將鋁制墊塊開槽，然后將探頭放入鋁墊塊中，探頭的光纖線從避雷器底部牽出，試品總高度約2.5米，考慮高壓安全距離，光纖長度需大于10米，探頭耐溫高與150度。
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高壓避雷器
1. 以4個點測試為例；采用4個OTG-A光纖溫度傳感器 一個四通道TempSens信號解調器。
OTG-A光纖溫度傳感器
技術數據：溫度范圍：-40°C-250°C（其它范圍可以按要求定制）
精 度：±0.8℃
響應時間：0.5s
標 定：NIST標準溯源
TempSens四通道信號解調器
技術數據：通道數：4、8（通道數可以按用戶要求定制）
兼容性：所有Opsens GaAs光纖傳感器
分辨率：0.1℃
采樣頻率：標準5OHZ
通道掃描速率：最大6.25Hz （每個通道間的掃描周期=160ms）
輸出接口：±5和標準RS232
實施過程：1.在進行溫度測量之前，對避雷器需要監測溫度的位置進行鉆孔預處理，然后將光纖探頭埋入孔內如下圖所示
2.將OTG-A光纖溫度傳感器外部光纖延長線端的接口接入Tempsens終端信號解調器
6.Tempsens信號解調器還可以輸出接口、繼電器與PLC外圍設備相連，以實現自動報警控制。
3.安裝完后，完成軟件調試。
軟件優勢:
• 大數量數據保存；
• 系統診斷分析；
• 可追溯性；
• 自校正。
總結：1.OPSens光纖溫度傳感器溫度監測系統是國際上公認的最新避雷器熱點溫度監測工具！O是高壓避雷器的溫度上升，高溫循環測試的理想選擇。光纖溫度傳感器耐高溫，對電磁/射頻，高電壓和電子干擾完全免疫。通過光纖測試系統獲取數據，補充熱平衡，以優化產品設計。
2.對Opsens光纖溫度傳感器性能可靠穩定、安裝方便,只需將探頭直接接觸物體表面就可以進行實時溫度測量。及時準確發現高壓避雷器溫升變化， 建立溫度檔案，實現事前管理 實時監測、實時報警、安裝方便 直接、快速、準確監測溫度
OPSENS光纖在線監測溫度系統的優點：
• 實時的熱點溫度監測，無需模擬和計算；
• 驗證和優化避雷器可靠性；
• 提高變壓器制造質量；
• 突發情況下，在保證安全的情況下輸送更大負荷；
• 改進避雷器內部材料發熱和散熱的基礎知識；
• 可以更加直觀的監測和評估避雷器的運行情況。
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