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煤矿井下电气设备应用分布式光纤测温系统解决方案

分布式(shi)光纤测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)系统(tong)(tong)是近来逐步发展起来的(de)(de)一种用于(yu)实时测(ce)(ce)(ce)量(liang)空间温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)场(chang)的(de)(de)新技(ji)术,可以连续实时监测(ce)(ce)(ce)光纤沿线十几(ji)公里范(fan)围内各点的(de)(de)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du),温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)采集点达(da)(da)(da)上万(wan)个,定位精度(du)达(da)(da)(da)到(dao)到(dao)1m,测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)精度(du)可达(da)(da)(da)±1℃,测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)范(fan)围:- 20℃到(dao) +150℃,非常适用于(yu)煤矿(kuang)井(jing)下供(gong)电系统(tong)(tong)这样的(de)(de)大(da)范(fan)围、恶(e)劣环境、温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)监测(ce)(ce)(ce)点多的(de)(de)场(chang)合。目前(qian)常用的(de)(de)煤矿(kuang)电气设备温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)监测(ce)(ce)(ce)方(fang)法(fa)主要有:人工红外感应枪(qiang)巡检、热敏电阻(zu)式(shi)测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)系统(tong)(tong)和热电偶式(shi)测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)系统(tong)(tong)。传(chuan)统(tong)(tong)测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)方(fang)法(fa)存在(zai)无法(fa)实时监控、稳定性(xing)差(cha)、绝缘性(xing)差(cha)、现场(chang)环境危险、受电磁干扰大(da)、采用模拟量(liang)传(chuan)输(shu)损耗大(da)、测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)精度(du)低(di)等缺点。针对煤矿(kuang)井(jing)下电气火灾(zai)事故的(de)(de)主要原因及(ji)特点, 福(fu)州怎么买球自主研发了(le)分布式(shi)光纤测(ce)(ce)(ce)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)技(ji)术对井(jing)下供(gong)电系统(tong)(tong)全(quan)方(fang)位进行温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)监测(ce)(ce)(ce)预警(jing),甚至(zhi)对于(yu)部分非一类重要负荷可在(zai)升(sheng)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)幅度(du)达(da)(da)(da)到(dao)燃点之前(qian)给(ji)予断电闭锁的(de)(de)反馈(kui)控制方(fang)案。

分布式光纤测温系统原理

分(fen)(fen)布(bu)式光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)测温是(shi)指:综合利(li)(li)用(yong)光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)的(de)(de)拉曼(man)散(san)(san)射(she)效(xiao)应(Raman)和(he)光(guang)时域反(fan)射(she)测量(liang)技术(shu)(OTDR)来获得空间温度(du)分(fen)(fen)布(bu)信(xin)息的(de)(de)温度(du)监测系(xi)统(tong)。生(sheng)(sheng)活中(zhong)的(de)(de)一些物理(li)(li)量(liang),如温度(du)、压力和(he)张力,可(ke)(ke)(ke)以(yi)影响玻(bo)璃(li)纤(xian)(xian)(xian)(xian)维(wei)并且局部(bu)地(di)改变光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)中(zhong)的(de)(de)光(guang)传输特(te)性。由(you)于通过散(san)(san)射(she)可(ke)(ke)(ke)以(yi)使(shi)(shi)石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)纤(xian)(xian)(xian)(xian)维(wei)中(zhong)的(de)(de)光(guang)发生(sheng)(sheng)衰减,由(you)此(ci)可(ke)(ke)(ke)以(yi)确(que)定外部(bu)物理(li)(li)效(xiao)应的(de)(de)位(wei)置(zhi),使(shi)(shi)得光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)可(ke)(ke)(ke)用(yong)作(zuo)线性传感器。热效(xiao)应在(zai)光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)石(shi)英(ying)固(gu)体(ti)中(zhong)引起晶格(ge)(ge)振(zhen)荡(dang)。当(dang)光(guang)落到这些热激发的(de)(de)分(fen)(fen)子振(zhen)荡(dang)上(shang)时,光(guang)粒子和(he)晶体(ti)分(fen)(fen)子的(de)(de)电子之间发生(sheng)(sheng)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)时的(de)(de)光(guang)散(san)(san)射(she),也(ye)称为拉曼(man)散(san)(san)射(she),与(yu)入(ru)射(she)光(guang)不同,这种散(san)(san)射(she)光(guang)的(de)(de)光(guang)谱位(wei)移量(liang)相(xiang)当(dang)于晶格(ge)(ge)振(zhen)荡(dang)的(de)(de)共振(zhen)频率。从光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)散(san)(san)射(she)回的(de)(de)光(guang)包含三(san)种不同的(de)(de)光(guang)谱:瑞利(li)(li)散(san)(san)射(she)光(guang),斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang)和(he)反(fan)斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang),反(fan)斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang)带有(you)很强的(de)(de)温度(du)依赖性,而斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang)几乎(hu)与(yu)温度(du)无关,光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)受(shou)外部(bu)温度(du)影响使(shi)(shi)光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)中(zhong)的(de)(de)反(fan)斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang)的(de)(de)强度(du)发生(sheng)(sheng)变化,反(fan)斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang)强与(yu)斯(si)托(tuo)(tuo)(tuo)克(ke)(ke)斯(si)光(guang)强的(de)(de)比值可(ke)(ke)(ke)以(yi)用(yong)来标定温度(du),利(li)(li)用(yong)这一原(yuan)理(li)(li)可(ke)(ke)(ke)以(yi)实现光(guang)纤(xian)(xian)(xian)(xian)沿途各点(dian)温度(du)场的(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)式测量(liang)。

光(guang)(guang)(guang)时域反射测量(liang)技术即(ji)(OTDR),其原理是:向(xiang)(xiang)被测光(guang)(guang)(guang)纤(xian)发出光(guang)(guang)(guang)脉(mai)冲(chong),产生拉曼(man)散(san)射效应,形成的背(bei)向(xiang)(xiang)散(san)射光(guang)(guang)(guang)向(xiang)(xiang)后传播(bo)至光(guang)(guang)(guang)纤(xian)的起始(shi)端(duan)(也就是光(guang)(guang)(guang)脉(mai)冲(chong)的注(zhu)入端(duan)),由(you)于每(mei)个(ge)背(bei)向(xiang)(xiang)传播(bo)的散(san)射光(guang)(guang)(guang)都对(dui)应光(guang)(guang)(guang)纤(xian)上的一个(ge)散(san)射点,因此根据(ju)其传播(bo)时间即(ji)可判(pan)断出光(guang)(guang)(guang)纤(xian)上发生散(san)射点的位置。

煤矿测温

近年来,我国煤(mei)矿(kuang)(kuang)(kuang)机(ji)电(dian)(dian)设备(bei)(bei)的使用(yong)数(shu)量逐步增(zeng)多,供电(dian)(dian)系(xi)统越来越复杂,线(xian)路长、分支多,电(dian)(dian)压等(deng)(deng)级(ji)高、设备(bei)(bei)台数(shu)多、功率大(da),沿线(xian)开关(guan)、接(jie)线(xian)盒等(deng)(deng)节点(dian)多的现实(shi)情况给煤(mei)矿(kuang)(kuang)(kuang)供电(dian)(dian)系(xi)统带来更大(da)的火灾(zai)(zai)隐患(huan)。在煤(mei)矿(kuang)(kuang)(kuang)生(sheng)产(chan)实(shi)践中,很多固(gu)定敷(fu)设的缆(lan)(lan)线(xian)使用(yong)年限久(jiu),绝缘老化,电(dian)(dian)缆(lan)(lan)接(jie)头(tou)接(jie)触不良,加之(zhi)缺(que)乏有效(xiao)巡检和及时维(wei)护,容易(yi)引起漏电(dian)(dian)打(da)火产(chan)生(sheng)火灾(zai)(zai);另外高压开关(guan)或(huo)接(jie)线(xian)盒腔体内(nei)触头(tou)接(jie)触不良,也(ye)容易(yi)引起电(dian)(dian)弧打(da)火,设备(bei)(bei)内(nei)部(bu)元件过热引起电(dian)(dian)气火灾(zai)(zai)。以上这些都是煤(mei)矿(kuang)(kuang)(kuang)电(dian)(dian)气火灾(zai)(zai)的主要原因。煤(mei)矿(kuang)(kuang)(kuang)井下电(dian)(dian)缆(lan)(lan)或(huo)高低压开关(guan)设备(bei)(bei)着火引发的重大(da)火灾(zai)(zai)事(shi)故严重威胁煤(mei)矿(kuang)(kuang)(kuang)安(an)全。

分(fen)布式光纤测(ce)温系(xi)统针对井下几种不同的测(ce)温对象,进行了相应的光缆(lan)敷设方案(an)设计。

电缆(lan)接(jie)头(tou)(tou)光(guang)缆(lan)敷(fu)设煤矿(kuang)井下(xia)的(de)(de)电缆(lan)接(jie)头(tou)(tou)属(shu)于缆(lan)线连接(jie)的(de)(de)薄(bo)弱点,极易发(fa)生短路或(huo)漏电过热现象,针对电缆(lan)接(jie)头(tou)(tou)人(ren)工制作比(bi)较(jiao)粗(cu)大的(de)(de)特点,采(cai)用(yong)测温光(guang)缆(lan)双环缠绕方式(shi)固(gu)定在(zai)电缆(lan)终端及接(jie)头(tou)(tou)处,可使其充分紧密接(jie)触(chu),对整个电缆(lan)接(jie)头(tou)(tou)的(de)(de)温度监(jian)测更(geng)(geng)密集(ji)、更(geng)(geng)灵(ling)敏。

电缆接头的测温光纤布设方式、电缆桥架中探测光缆的安装、电缆槽内测温光纤布设方式都有对应的解决方案。
煤矿井下各类缆线在实际敷设过程中为了美观和达到标准化要求,较多地采用桥架封闭安装。这给电缆的散热和人工测温造成极大的不便,针对此类监测对象的特点,光缆安装采用 S 型曲线方式铺设,桥架中电缆的温度就可以实时掌握。
采用电缆钩吊挂的电缆的温度监测方式
煤矿井下现场各类电缆往往通过电缆钩成排吊挂,此时采取每根电缆紧密贴合布置一根光缆,煤矿井下成排吊挂的电缆测温光纤布设方式

高压开关柜静(jing)触头、母排温度在(zai)线(xian)监测

煤矿地面各变配电所高压开关柜、井下防爆高开、移动变压器、组合开关、变频器等箱体式电气设备都可采用光纤绕盘固定的安装方式,对特定危险点重点监测,
煤矿在应用光纤测温系统后,在其井下15.7km 巷道范围内,总计约 57260m 长的各类高低压电缆沿途,共布置了 6314 个温度监测点,测点分布之广、监测信息量之大、传输距离之长是传统测温方式远远不能达到的。另外光纤测温系统的本安性、耐腐蚀、耐高压、抗电磁干扰性能特别优异,并且能够自动检测光缆断点精确位置,为系统快速修复提供便利。

高压开关柜内测温光纤布设方式
在安全和经济效益方面,光纤测温系统有效解决了传统煤矿电工因工作量大、疏忽大意、责任心不足等因素,造成的人工巡查不到位,火灾隐患发现不及时(往往等到冒烟时才能发现)的巨大隐患,给煤矿大大节省了人力成本,提高了煤矿井下供电系统的安全可靠性。

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光纤联系

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