地鐵軌道系統(tǒng)為什么要使用光纖溫度傳感器

我國城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)供電制式為DC750V 和DC1500V，分別對應(yīng)于第三軌和架空接觸網(wǎng)受流方式。這種供電制式的變壓器次級繞組最高電壓已經(jīng)超過 1KV，但是傳統(tǒng)以 Pt100作為測溫傳感器的《變壓器用電子溫控器》(JB/T7631-2005)規(guī)定的測量范圍只能局限在1KV以下，因此軌道交通對溫度傳感器探頭及引線有更高的耐壓要求。

軌道交通光纖溫控器使用我公司自主研發(fā)的熒光光纖溫度探測器作為測溫傳感元件。此測溫傳感元件對電磁干擾免疫、耐高壓(100KV/光纖對地引出線距離0.4m)。熒光式光纖測溫從測溫源頭上徹底切斷測溫元件傳輸至遠方顯示儀表的干擾，提升了軌道交通的安全等級。

光纖測溫設(shè)計原則

(1)安全性原則

為了防止該測溫系統(tǒng)對已有設(shè)備造成干擾，從供電電源、信號輸入端、信號輸出端和溫控箱外殼，實現(xiàn)與外界電氣干擾信號的隔離與屏蔽。

(2)可靠性原則

軟硬件資源需要保障光纖測溫系統(tǒng)的7×24小時不間斷、可靠運行，因此必須配備完善的可靠性措施設(shè)計，保證系統(tǒng)運行的高度可靠，充分考慮系統(tǒng)關(guān)鍵應(yīng)用的可靠性要求。

(3)可移植性原則

現(xiàn)場設(shè)備的發(fā)熱點不同，有可能根據(jù)實際情況增加或者更改測溫點，因此在實際應(yīng)用過程中需要將此測溫點移動到其他地方，并不影響系統(tǒng)性能。

(4)開發(fā)性原則

測溫系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議與通訊接口，遵從國際標(biāo)準(zhǔn)及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使網(wǎng)絡(luò)具有開放性和兼容性，以便將來接入客戶自身系統(tǒng)。

(5)可管理性原則

測溫系統(tǒng)應(yīng)具備良好的可管理性，是的客戶在使用過程中能迅速定位發(fā)熱故障點，測溫點需編號，具有可視化的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)圖，設(shè)備維護簡單。3、系統(tǒng)圖拓撲圖熒光光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由熒光光纖溫度探測器、光纖溫度解調(diào)儀、顯示儀表、監(jiān)控主機和系統(tǒng)軟件組成。

變電所系統(tǒng)含2臺光纖測溫系統(tǒng)，每臺光纖溫度解調(diào)儀裝置帶6路測溫通道，每個通道可接1路光纖，光纖探頭安裝在用戶所需的測溫點上，例如變電所內(nèi)整流變壓器、配電變壓器的三相繞組及鐵芯，整流器進線電纜頭。變送裝置通過RS485通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示儀表中，顯示儀表具有溫度顯示、報警設(shè)置、聲光報警和故障診斷等功能。可以實現(xiàn)就地顯示功能。部分區(qū)間跟隨所、場段跟隨所距離控制室較遠，采用光纖收發(fā)器傳輸方案。顯示儀表具有將溫度模擬量信號、超溫報警、超高溫跳閘及風(fēng)機運行/故障、外殼開門等信息能通過遠程通信口(對于區(qū)間、場段跟隨所須采用光口傳輸)上送到變電所綜合自動化系統(tǒng)及遠方電力調(diào)度系統(tǒng)。

監(jiān)控主機應(yīng)能實時接受、處理來自光纖溫度解調(diào)儀發(fā)來的正常信息、故障信息、災(zāi)害信息，并對其進行快速處理和管理，監(jiān)控主機具有故障監(jiān)控、顯示、報警、信息交換等功能，同時通過網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。每座變電所設(shè)置1臺監(jiān)控主機。

系統(tǒng)軟件的主要功能包含實時溫度的本地監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控、高/低溫報警、高/低溫預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)回放、報警前后曲線、溫度導(dǎo)出至 Excel 等功能。

現(xiàn)場控制單元將數(shù)據(jù)存儲在本地存儲時間為1個月，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)回放，實時的溫度數(shù)據(jù)以及歷史溫度數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出 EXCEL 文檔，供用戶查看。

現(xiàn)場控制單元實時將溫度數(shù)據(jù)通過光纖通信通道將溫度數(shù)據(jù)上傳到控制室的主機，控制室主機可以就地查看現(xiàn)場各個熱點溫度信息，當(dāng)相對溫度超溫，或者發(fā)生溫度突變的情況下，根據(jù)設(shè)置的報警閾值。提示超溫報警，提醒用戶查看現(xiàn)場情況，報警信息可生成報表導(dǎo)出。

光纖測溫系統(tǒng)組成部分

熒光光纖溫度探測器光纖傳感器包含三部分：①光纖接頭②光纖③光纖探頭

光纖探頭由 ST 接頭、光纖光纜、末端感溫端三部分組成。熒光光纖溫度探測器除 ST 接頭外不含任何金屬材質(zhì)，ST 接頭是與電子模塊的連接部分。

光纖光纜為傳光部分，內(nèi)部為石英光纖，石英光纖外部有涂覆層和包層，最外部為特氟龍保護套，末端感溫端含有感溫稀土材料，受固定波長光線照射后激發(fā)熒光。激勵停止后，熒光余輝的衰變時間常數(shù)和溫度的關(guān)系是類指數(shù)函數(shù)。通過測量余輝的時間常數(shù)即可求得溫度。光纖整體耐 200℃高溫，外表直徑為 3mm。長期彎曲③①②半徑 13.2cm。短期彎曲半徑 4.4cm。

傳感器探頭材質(zhì)稀土熒光物質(zhì)，相比其他光纖溫度測量原理，其最大優(yōu)點就是溫度測量與光強無關(guān)。在硬件上對熒光強弱、光路衰減以及電路漂移的不一致性具有較強兼容性。也因此不受電磁場干擾、耐受高壓，非常適用于高電壓、強磁場、易燃易爆的測溫場合。

熒光式光纖解調(diào)儀

光纖溫度解調(diào)儀實時接收熒光光纖溫度探測器送來的攜帶有溫度信息的光信號，并把其解調(diào)為溫度數(shù)值，實現(xiàn)對被監(jiān)測部位的溫度測量。該產(chǎn)品在高電壓、強電磁干擾等特殊環(huán)境下測溫有著獨特的技術(shù)優(yōu)勢。其中光纖溫度解調(diào)儀使用的熒光式光纖溫度傳感器的溫度熱點與測量信號接收部分沒有使用電氣連接，能長期高精度和高穩(wěn)定度工作，這大大提高了其應(yīng)用范圍。與此同時，光纖溫度解調(diào)儀有效地解除了變電所內(nèi)整流變壓器、配電變壓器的三相繞組及鐵芯，整流器進線電纜頭因長期處于過高溫環(huán)境下使用而縮短壽命，甚至燒毀繞組、電纜，不利于變壓器的安全運行等這些方面的隱患。變送器的精度及靈敏度高且耐高壓防腐蝕、可遠程監(jiān)測、壽命長，體積小、使得儀表維護簡易方便，運輸安全，其內(nèi)部模塊化集成設(shè)計，美觀合理。該裝置含有 6 路光纖測溫通道，采樣溫度時間間隔為 500ms,采樣的數(shù)據(jù)通過光纖通訊，將溫度信息遠傳到現(xiàn)場控制單元。變送裝置內(nèi)部含電源濾波電路，內(nèi)部采用高性能CPU，保證數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

軌道交通光纖遠方顯示儀表(以下簡稱顯示儀表)是我公司專為軌道交通、電站、機場等工作環(huán)境惡劣、對顯示儀表有特殊要求的用戶而開發(fā)的高性能產(chǎn)品，內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用板載接觸器設(shè)計，該產(chǎn)品在行業(yè)上均為首創(chuàng)。功能上，是現(xiàn)有國內(nèi)外產(chǎn)品最全面的溫控器;性能上，具有良好的 EMC 電磁抗干擾。目前該系列溫控器已在烏魯木齊地鐵一號線、南京地鐵、福州地鐵等處得到廣泛應(yīng)用。

光纖測溫系統(tǒng)主要設(shè)計特點：

顯示儀表的防護等級為 IP54，可有效防止水滴、灰塵進入溫控器。

超溫報警、超溫跳閘等輸出觸點為交直流大容量大功率觸點。

采用 LCD 液晶顯示器和 LED 顯示燈，中英文顯示界面。

采用日歷時鐘，內(nèi)部帶鋰電池，斷電后無需重新設(shè)置時鐘。

采用標(biāo)準(zhǔn)的 RS485 通訊接口，有對時功能，時標(biāo)精確到毫秒級。

顯示儀表主要器件采用進口產(chǎn)品，保證硬件的可靠性。

綜合應(yīng)用單片機技術(shù)，能有效地判別傳感器開路等故障信號，保證了變壓器在停、送電情況下，顯示儀表不會誤發(fā)超溫報警或超溫跳閘等信號。