專利名稱：超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型水電工程高電壓、大電流電力傳輸設(shè)備，特別是一種超高壓氣體 絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL系統(tǒng)是一種采用氣體絕緣、外殼與導(dǎo)體同軸布置 的高電壓、大電流電力傳輸設(shè)備，氣體絕緣金屬封閉輸電線路簡稱為GIL。對(duì)于大型水電工 程采用地下廠房的布置形式，當(dāng)采用GIL作為高壓連接線路時(shí)，經(jīng)常布置在連通地下廠房 與地面開關(guān)站或出線站的豎井中，落差往往高達(dá)數(shù)百米。出線豎井往往受地理環(huán)境的制約，不會(huì)有太大的空間。而作為連接地下廠房與戶 外的豎井往往又由于煙囪效應(yīng)而具有一定的自然通風(fēng)能力。當(dāng)GIL設(shè)備運(yùn)行時(shí)，大電流流 經(jīng)其導(dǎo)體，導(dǎo)體和外殼成為一個(gè)發(fā)熱體，隨著運(yùn)行 電流增大，導(dǎo)體熱量也相應(yīng)增大。根據(jù)研 究和計(jì)算布置在高落差垂直豎井中的GIL設(shè)備可不裝設(shè)強(qiáng)迫通風(fēng)設(shè)備，采用自然通風(fēng)可滿 足設(shè)備冷卻要求。大電流流經(jīng)狹小空間中布置的GIL設(shè)備，對(duì)GIL設(shè)備長期運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測，觀察 其沿豎井高度的溫度變幅，確定GIL在豎井中的溫度分布曲線，進(jìn)一步研究GIL在高落差豎 井中溫度隨豎井高度的變化，驗(yàn)證高落差垂直豎井中的GIL設(shè)備自然冷卻效果，對(duì)設(shè)備安 全穩(wěn)定運(yùn)行是一種保障。因此，針對(duì)高落差豎井中GIL設(shè)備的溫度監(jiān)測進(jìn)行研究，從而優(yōu)化 設(shè)計(jì)，對(duì)GIL系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。一般對(duì)于長距離的大范圍的溫度檢測較長用的方法是1)纜式線型多級(jí)定溫探測 器，它由兩根彈性鋼絲分別包敷兩種不同熱敏系數(shù)的熱敏材料，絞對(duì)成型，以實(shí)現(xiàn)不同溫度 等級(jí)的多級(jí)報(bào)警和相同溫度等級(jí)的二級(jí)報(bào)警。線纜外繞包帶再加外護(hù)套而制成。2)智能型線型感溫電纜，它是通過將感溫電纜各線芯之間組成互比較的監(jiān)測回 路，根據(jù)阻值變化響應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)感溫探測報(bào)警的目的?？苫謴?fù) 線型感溫探測器根據(jù)線芯數(shù)主要有兩芯、三芯和四芯。感溫電纜各線芯之間的絕緣層為一 種特殊的負(fù)溫度系數(shù)材料，線芯間的NTC負(fù)溫度系數(shù)電阻呈現(xiàn)負(fù)溫度特性，NTC正常情況下 電阻很大，當(dāng)感溫電纜周圍溫度上升，線芯之間的阻值大幅下降，在不同溫度下其阻值變化 不一，因此可以選擇某一具體溫度下進(jìn)行預(yù)警或火警。在正常情況下，其阻值達(dá)千兆歐級(jí)， 線芯中通過微弱電流，據(jù)此監(jiān)視探測器的工作狀態(tài)。當(dāng)溫度上升到60-100°C左右(或報(bào) 警溫度在6(T18(TC之間，其阻值能明顯下降至幾百兆歐至幾十兆歐，呈對(duì)數(shù)函數(shù)的比例關(guān) 系。由于現(xiàn)有的長距離的大范圍的溫度檢測需要在纜線上加裝電路和傳感器件，對(duì)較 復(fù)雜的現(xiàn)場維護(hù)帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種長距離、大范圍、不用維護(hù)的超高壓氣體絕緣金屬封閉 輸電線路溫度監(jiān)測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方 法，它包括在高落差豎井中分布的垂直豎井、氣體管道平洞、排風(fēng)洞及在垂直豎井井壁中排 列的氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備，其特征是在垂直豎井井壁中排列的氣體絕緣 金屬封閉輸電線路GIL上設(shè)置有分布式測溫光纖，測溫光纖與另一端的檢測電路光連接， 檢測電路向垂直豎井井壁中的測溫光纖一端發(fā)送激光和檢測測溫光纖返回的散射光，當(dāng)垂 直豎井井壁中的測溫光纖溫度變化時(shí)，根據(jù)光纖返回的散射光的頻率變化量和返回的時(shí)間 計(jì)算出測溫光纖溫度分布。所述的檢測電路包括激光源、光學(xué)器件、光電接收器、鎖相放大器、微處理單元，激 光源通過光學(xué)器件的輸入端向測溫光纖發(fā)送激光，測溫光纖返回的散射光通過散射光返回 窗口接收散射光，接收的散射光再與激光源提供的參考光進(jìn)行疊加輸入到光電接收器，光 電接收器經(jīng)鎖相放大器后輸出低頻脈沖信號(hào)給微處理單元，由微處理單元根據(jù)低頻脈沖信 號(hào)和光纖返回的時(shí)間計(jì)算出測溫光纖溫度分布。
所述的測溫光纖由攙雜的石英玻璃制成，石英玻璃由Si02分子組成，測溫區(qū)的溫 度熱使分子晶格產(chǎn)生振動(dòng)，如果光照射在受熱激發(fā)而振動(dòng)的分子上，光量子和這些振動(dòng)的 分子發(fā)生相互作用，光纖中會(huì)發(fā)生喇曼散射，散射光的光頻率發(fā)生頻率變化，反斯托克斯光 的強(qiáng)度和溫度有關(guān)，光頻率發(fā)生頻率變化和溫度有關(guān)，檢測測溫光纖的生頻率變化量得到 散射光區(qū)域的溫度。所述的散射光返回窗口包括三個(gè)通道，兩個(gè)測量通道和一個(gè)參考通道，兩個(gè)測量 通道中一個(gè)是反斯托克斯，另一個(gè)是斯托克斯，反斯托克斯光的強(qiáng)度和溫度有關(guān)，斯托克斯 線和溫度無關(guān)，參考通道的光和反斯托克斯光經(jīng)過濾光進(jìn)入光器件，然后經(jīng)光器件轉(zhuǎn)化為 電信號(hào)。所述的測溫光纖端部套有吸光套。所述的分布式測溫光纖設(shè)置在垂直豎井中三相平行布置的氣體絕緣金屬封閉輸 電線路GIL設(shè)備中的GIL B相上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于分布式測溫光纖4屬本安型測溫傳感器，有完全電絕緣的 特性使得其在高電壓、強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場干擾等環(huán)境穩(wěn)定工作；同時(shí)利用光纖Raman背向散射 的溫度效應(yīng)，探測沿光纖布置不同位置的溫度變化。光纖既是傳輸介質(zhì)也是傳感器，其探測 距離長，本質(zhì)安全。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1是實(shí)施例垂直豎井分布式測溫光纖布置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的側(cè)視圖3是實(shí)施例原理圖； 圖4是測溫光纖原理圖。圖中=UGILAffi ；2、GILB相；3、GILC相；4、測溫光纖；5、GIL管道支架；6、GIL管道安裝導(dǎo)軌；7、中隔墻；8、檢修平臺(tái)；9、防護(hù)欄；10、排風(fēng)洞；11、垂直豎井；12、邊墻；13、激光 源；14、光學(xué)器件；15、散射光返回窗口 ；16、光電接收器；17、鎖相放大器；18、微處理單元； 19、吸收套。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖1所示，在豎井邊墻12上設(shè)有中隔墻7，將垂直豎井11井段GIL布置 結(jié)構(gòu)分為垂直豎井11、氣體管道平洞和排風(fēng)洞10，在垂直豎井11井壁中通過GIL管道安裝 導(dǎo)軌6排列有氣體絕緣金屬封閉輸電線GIL設(shè)備，在垂直豎井11井壁上、氣體絕緣金屬封 閉輸電線路GIL設(shè)備上套接有GIL管道支架5，將氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備固定 在垂直豎井11井壁上(見圖2所示)。在垂直豎井井壁中排列的氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL上設(shè)置有分布式測溫 光纖4，測溫光纖4與另一端的檢測電路光連接，檢測電路向垂直豎井井壁中的測溫光纖4 一端發(fā)送激光和檢測測溫光纖返回的散射光，當(dāng)垂直豎井井壁中的測溫光纖溫度變化時(shí)， 根據(jù)光纖返回的散射光的頻率變化量和返回的時(shí)間計(jì)算出測溫光纖溫度分布。對(duì)高落差豎 井中氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測。超高壓系統(tǒng)GIL均為分相式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，正常運(yùn)行時(shí)三相電流對(duì)稱相等，等 間距分布在垂直豎井11井壁上，GILA相1、GILB相2和GILC相3。三相的溫度也應(yīng)基本相 同，因此測量一相溫度即可代表整個(gè)GIL設(shè)備三相的溫度，并可節(jié)省測量設(shè)備的投資。GIL 設(shè)備在豎井中三相平行布置，選擇GILB相2作為測溫相具有相對(duì)代表性，采用GIL外殼外 敷光纖形式，安裝方便、運(yùn)行安全。本實(shí)施例由沿氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備的 GILB相2外殼布設(shè)有分布式測溫光纖4，該分布式測溫光纖4是可用于兼作火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警 系統(tǒng)在垂直豎井11的溫度探測的光纖傳感器。通過光纖感溫，得到高落差垂直豎井中GIL 溫度分布曲線。如圖3所示，檢測電路包括激光源13、光學(xué)器件14、光電接收器16、鎖相放大器 17、微處理單元18，激光源13通過光學(xué)器件14的輸入端向測溫光纖4發(fā)送激光，測溫光纖 4返回的散射光通過散射光返回窗口 15接收散射光，接收的散射光再與激光源提供的參考 光進(jìn)行疊加輸入到光電接收器16，光電接收器16經(jīng)鎖相放大器17后輸出低頻脈沖信號(hào)給 微處理單元18，由微處理單元18根據(jù)低頻脈沖信號(hào)和光纖返回的的時(shí)間計(jì)算出測溫光纖 溫度分布。為了防止測溫光纖4端部反射形成較大的背景噪聲，在測溫光纖4端部套有吸光 套19。散射光返回窗口 15包括三個(gè)通道，兩個(gè)測量通道和一個(gè)參考通道，兩個(gè)測量通道 中一個(gè)是反斯托克斯，另一個(gè)是斯托克斯，反斯托克斯光的強(qiáng)度和溫度有關(guān)，斯托克斯線和 溫度無關(guān)，參考通道的光和反斯托克斯光經(jīng)過濾光進(jìn)入光器件，然后經(jīng)光器件轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。如圖4所示，測溫光纖4由攙雜的石英玻璃制成，石英玻璃由Si02分子組成，測溫區(qū)的溫度熱使分子晶格產(chǎn)生振動(dòng)，如果光照射在受熱激發(fā)而振動(dòng)的分子上，光量子和這些 振動(dòng)的分子發(fā)生相互作用，光纖中會(huì)發(fā)生喇曼散射，喇曼散射光的光頻率發(fā)生頻率變化(多 普勒頻移)，反斯托克斯光的強(qiáng)度和溫度有關(guān)，同時(shí)也存在斯托克斯光，斯托克斯光與溫度無關(guān)，通過檢測測溫光纖的產(chǎn)生頻率變化量得到散射光區(qū)域的溫度。依據(jù)光纖Raman散射的溫度效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)長距離敷設(shè)光纖上各點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。利用光纖中光波的傳播速度和背向光回波的時(shí)間間隔，對(duì)所測溫度點(diǎn)進(jìn)行定位。沿氣體絕 緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備敷設(shè)的光纖按GIL布置的不同位置分為不同的區(qū)域，可以任 意設(shè)置不同的報(bào)警溫度，溫度分辨率達(dá)到0. !！，溫度精度士丨！，定位精度達(dá)士加。監(jiān)測高 落差垂直豎井11中氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備的溫度，分析其沿垂直豎井11高 度溫度的分布情況，驗(yàn)證氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備自然冷卻的計(jì)算結(jié)論。同時(shí)，兼用本套系統(tǒng)作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在豎井中的探測器，當(dāng)監(jiān)測到溫度異 常超高時(shí)，向火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備 的測溫還要考慮其設(shè)備布置距離長、穿越強(qiáng)磁場強(qiáng)電場的特點(diǎn)。針對(duì)上述特點(diǎn)，氣體絕緣金 屬封閉輸電線路GIL設(shè)備測溫采用分布式測溫光纖4。分布式測溫光纖4屬本安型測溫傳 感器，由于其完全電絕緣的特性使得其在高電壓、強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場干擾等環(huán)境穩(wěn)定工作；同 時(shí)利用光纖Raman背向散射的溫度效應(yīng)，探測沿光纖布置不同位置的溫度變化。光纖既是 傳輸介質(zhì)也是傳感器，其探測距離長，本質(zhì)安全。上述的分布式測溫光纖4的安裝及維修可 通過檢修平臺(tái)8進(jìn)行，檢修平臺(tái)8上設(shè)置有防護(hù)欄9。實(shí)施例如圖1所示，在豎井邊墻12上設(shè)有中隔墻7，將垂直豎井11井段GIL布置 結(jié)構(gòu)分為垂直豎井11、氣體管道平洞和排風(fēng)洞10，在垂直豎井11井壁中通過GIL管道安裝 導(dǎo)軌6，GIL管道安裝導(dǎo)軌6排列有氣體絕緣金屬封閉輸電線GIL設(shè)備，在垂直豎井11井壁 上、氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備上套接有GIL管道支架5，將氣體絕緣金屬封閉輸 電線路GIL設(shè)備固定在垂直豎井11井壁上(見圖2所示)。氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備在高落差豎井中布置時(shí)，要重點(diǎn)考慮大電流 流經(jīng)狹小空間中布置的GIL設(shè)備，對(duì)GIL設(shè)備長期運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測問題。本實(shí)施例在垂 直豎井井壁中排列的氣體絕緣金屬封閉輸電線GIL上設(shè)置有分布式測溫光纖4。用以確定 高落差垂直豎井中氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL溫度分布曲線，對(duì)高落差豎井中氣體絕 緣金屬封閉輸電線路GIL設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測。
權(quán)利要求
超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，它包括在高落差豎井中分布的垂直豎井、氣體管道平洞、排風(fēng)洞及在垂直豎井井壁中排列的氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL 設(shè)備，其特征是在垂直豎井井壁中排列的氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL 上設(shè)置有分布式測溫光纖，測溫光纖與另一端的檢測電路光連接，檢測電路向垂直豎井井壁中的測溫光纖一端發(fā)送激光和檢測測溫光纖返回的散射光，當(dāng)垂直豎井井壁中的測溫光纖溫度變化時(shí)，根據(jù)光纖返回的散射光的頻率變化量和返回的時(shí)間計(jì)算出測溫光纖溫度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，其特征 是所述的檢測電路包括激光源(13)、光學(xué)器件(14)、光電接收器(16)、鎖相放大器(17)、 微處理單元(18)，激光源(13)通過光學(xué)器件(14)的輸入端向測溫光纖(4)發(fā)送激光，測溫 光纖(4)返回的散射光通過散射光返回窗口(15)接收散射光，接收的散射光再與激光源提 供的參考光進(jìn)行疊加輸入到光電接收器(16)，光電接收器(16)經(jīng)鎖相放大器(17)后輸出 低頻脈沖信號(hào)給微處理單元(18)，由微處理單元(18)根據(jù)低頻脈沖信號(hào)和光纖返回的的 時(shí)間計(jì)算出測溫光纖溫度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，其特征 是所述的測溫光纖由攙雜的石英玻璃制成，石英玻璃由Si02分子組成，測溫區(qū)的溫度熱 使分子晶格產(chǎn)生振動(dòng)，如果光照射在受熱激發(fā)而振動(dòng)的分子上，光量子和這些振動(dòng)的分子 發(fā)生相互作用，光纖中會(huì)發(fā)生喇曼散射，散射光的光 頻率發(fā)生頻率變化，反斯托克斯光的強(qiáng) 度和溫度有關(guān)，光頻率發(fā)生頻率變化和溫度有關(guān)，檢測測溫光纖的生頻率變化量得到散射 光區(qū)域的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，其特征 是所述的散射光返回窗口( 15)包括三個(gè)通道，兩個(gè)測量通道和一個(gè)參考通道，兩個(gè)測量 通道中一個(gè)是反斯托克斯，另一個(gè)是斯托克斯，反斯托克斯光的強(qiáng)度和溫度有關(guān)，斯托克斯 線和溫度無關(guān)，參考通道的光和反斯托克斯光經(jīng)過濾光進(jìn)入光器件，然后經(jīng)光器件轉(zhuǎn)化為 電信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，其特征 是所述的測溫光纖(4)端部套有吸光套(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，其特征 是所述的分布式測溫光纖設(shè)置在垂直豎井中三相平行布置的氣體絕緣金屬封閉輸電線路 GIL設(shè)備中的GILB相上。
全文摘要
本發(fā)明涉及大型水電工程高電壓、大電流電力傳輸設(shè)備，特別是一種超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法，其特征是在垂直豎井井壁中排列的氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL上設(shè)置有分布式測溫光纖，測溫光纖與另一端的檢測電路光連接，檢測電路向垂直豎井井壁中的測溫光纖一端發(fā)送激光和檢測測溫光纖返回的散射光，當(dāng)垂直豎井井壁中的測溫光纖溫度變化時(shí)，根據(jù)光纖返回的散射光的頻率變化量和返回的時(shí)間計(jì)算出測溫光纖溫度分布。它提出了一種長距離、大范圍、不用維護(hù)的超高壓氣體絕緣金屬封閉輸電線路溫度監(jiān)測方法。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101819072SQ20101016871
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者何建輝, 馮漢夫, 奚瑜, 張群剛, 徐嘉瑞, 田方, 阮全榮 申請(qǐng)人:中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院