光纤光栅温度监测系统设计及其在高低压开关柜中的应用

论文摘要

开关柜作为变电站的重要电气设备,担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用,对变电站的安全、可靠运行起着举足轻重的作用。开关柜的触头常因接触不良、材料老化等原因导致温度过高,引发事故,因此对触头温度进行监测是保证开关柜安全运行的必要手段。由于开关柜多采取封闭式结构,对开关柜内触头温度的测量很难实现。因此,迫切需要研究一种新方法实现对开关柜内触头温度的在线监测。论文首先介绍了当前开关柜测温的几种方法及光纤光栅测温法的优势,基于光纤光栅温度传感技术提出了一种利用光纤光栅测量开关柜触头温度的方案。该方案采用光纤光栅作为传感元件,利用波分复用技术实现对开关柜触头温度的在线监测。经过长时间的技术方案可行性调研和基础研究、设计工作,根据高压开关柜和低压开关柜内触头不同的测温要求,分别设计了相应的硬件系统,主要包括：光纤光栅传感器封装、传感器的布线和系统光路。对两种不同封装的传感器,分别设计了两套传感器标定系统,得出标定结果并进行了分析。介绍了开关柜内的布线技术以及整个光路的构成,并分析了系统的可行性。本系统的软件分为Lab VIEW数据采集系统和监测系统终端软件,主要论述了开关柜温度监测系统终端监测软件的实现,重点介绍了温度的实时监测以及历史数据查询功能的实现。针对高压开关柜和低压开关柜现场环境的不同,设计了不同的终端监测界面。该系统现场进行了长期运行,结果表明系统运行稳定可靠,效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 开关柜测温现状与发展
• 1.2.1 红外式测温法
• 1.2.2 无线式测温法
• 1.2.3 光纤光栅测温法
• 1.3 本论文所做的主要工作
• 第二章 光纤光栅测温原理及波长解调技术
• 2.1 光纤光栅的分类
• 2.1.1 按光纤光栅的周期分类
• 2.1.2 按光纤光栅的波导结构分类
• 2.1.3 按光纤光栅的形成机理分类
• 2.1.4 按光纤光栅的材料分类
• 2.2 光纤布拉格光栅的应用概况
• 2.2.1 光纤布拉格光栅在通信领域中的应用
• 2.2.2 光纤布拉格光栅在传感领域中的应用
• 2.2.2.1 光纤光栅传感器在航空航天领域的应用
• 2.2.2.2 光纤光栅传感器在土木工程领域的应用
• 2.2.2.3 光纤光栅传感器在医学中的应用
• 2.3 光纤布拉格光栅的测温原理
• 2.3.1 光纤布拉格光栅的波导结构
• 2.3.2 光纤布拉格光栅的反射率
• 2.3.3 光纤布拉格光栅的应变与温度灵敏性
• 2.4 光纤布拉格光栅波长解调技术
• 2.4.1 边缘滤波器法
• 2.4.2 匹配光栅解调法
• 2.4.3 可调谐波长的光纤Fabry-Perot滤波器解调法
• 2.4.4 波长可调谐光源解调法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于光纤光栅的温度传感器设计
• 3.1 开关柜简介及测温要求
• 3.1.1 高压开关柜简介及其测温要求
• 3.1.2 低压开关柜简介及其测温要求
• 3.1.3 开关柜温度监测系统技术目标
• 3.2 光纤布拉格光栅温度传感器的设计与封装
• 3.3 光纤光栅温度传感器的标定
• 3.3.1 高压开关柜内光纤光栅传感器标定结果分析
• 3.3.2 低压开关柜内光纤光栅传感器标定结果分析
• 3.3.3 标定中出现的问题及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于光纤光栅的开关柜温度监测硬件系统设计
• 4.1 开关柜温度监测系统整体方案设计
• 4.1.1 高压开关柜内传感器布局设计
• 4.1.2 低压开关柜内传感器布局设计
• 4.2 光路可行性分析
• 4.3 传感器的现场安装
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于光纤光栅的温度监测软件系统设计
• 5.1 数据采集系统
• 5.2 温度监测系统终端软件
• 5.2.1 实时数据显示模块
• 5.2.2 历史查询模块
• 5.2.3 报警模块
• 5.3 现场数据分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表