1 导言
高压开关柜阻隔触头的温度监测一直是电力工业安全运转的严重课题之一，可是因为触头处在强电磁场、高电压环境中，所以现在的监测办法都是环绕何完成体系的抗强电磁场搅扰和高电压的阻隔问题，首要办法有感温纸测温、红外温度丈量、F-P 光学式丈量、感应窃电办法丈量、光纤传输办法和红外无线传输等。而光纤光栅传感器集丈量和传输于一体，选用光波的办法进行丈量和传输，具有体积小、重量轻、传输损耗小、不受电磁场搅扰和杰出的绝缘功能等长处，因而十分合适高压开关柜的触头温度丈量环境。根据以上长处，本文提出了一种选用光纤光栅温度传感器的触头温度丈量计划，一起选用合理的装置技能处理了应变穿插灵敏的影响。
2 光纤光栅传感器原理
光纤光栅传感器既能完成温度的丈量，又能完成应变的丈量，这两个物理量都能引起光纤光栅布拉格波长的改动。
光纤光栅的温度传感特性是由光纤光栅的热光效应和热膨胀效应引起的，热光效应引起光纤光栅的有用折射率的改动，而热膨胀效应引起光栅的栅格周期改动。当光纤光栅传感器所在的温度场改动时，可推导出温度对布拉格波长改动的影响为
式中 a 为光纤的热膨胀系数，首要引起栅格周期的改动，取5.5′10-7;x 为光纤的热光系数，首要引起光纤的折射率改动，取5.5′10-6。光纤光栅传感器的应变特性是弹光效应和弹性效应一起效果的成果，弹性效应会改动光栅的栅格周期，弹光效应会改动光纤的有用折射率，其传感特性可以表明为[13]。
式中 Pe为光纤的有用弹性系数，Pe =0.22。正因为光纤光栅传感器既能丈量温度又能丈量应变，所以在对高压开关柜阻隔触头实施温度丈量时，就要想办法屏蔽因为开关柜振荡引起的应变对温度丈量精度的影响，这便是光纤光栅传感器的应变穿插灵敏。
3 触头温度丈量体系计划
3.1 光纤光栅传感器的装置
高压开关柜的断路器分为移动小车和开关柜两部分，高压开关柜的触头共有六个，别离散布在上侧和下侧的A、B、C 三相上，那么为了确保体系的牢靠性，有必要对六个触头的温度一起进行监测。如式(1)、(2)所示，因为光纤光栅传感器对温度、应变一起灵敏，为了确保温度丈量精度，有必要屏蔽应变的穿插灵敏影响，即断路器的分、合进程中产生的任何应变都不该传递给光纤光栅传感器。本体系是经过把光纤光栅温度传感器单端固定在静触头上，来屏蔽触头在磕碰进程中产生的应变。别的，为了确保光纤光栅温度传感器对触头各点温度丈量的均匀性，体系充分使用静触头的中心空位，把温度传感器固定在静触头的中心方位，图1是传感器在单个静触头的装置示意图。当动触头与静触头在分、合时，在静触头的圆周方位产生应变，而在其中心不存在应变，那么应变也就传递不到光纤光栅传感器了。这种装置计划既确保了温度的丈量精度又屏蔽了因为振荡引起的应变穿插灵敏影响。
3.2 光路复用计划
六个光纤光栅温度传感器的一起丈量就涉及到光路的复用问题，光纤光栅传感器的复用可以选用波分复用(WDM)、空分复用(SDM)或时分复用(TDM)办法，本体系是选用空分复用和波分复用办法。如图2 所示，用1′8 耦合器完成对传感器的空分复用，这样可以防止选用单一波分复用的坏处，即多个传感器串连在一根光纤上，在其中一个传感器损坏时会影响其它传感器信号的传输;一起在传感器作业波长的挑选上又选用了波分复用办法，用来进步体系的丈量速度，即在波长解调时选用一个扫描周期可以完成六个传感器的一起丈量。
在图2 中，A、B、C三相的六个光纤光栅温度传感器处于高电压侧，别离装置在静触头孔径内，而耦合器、波长解调器、操控器以及数据处理电路都处于地电位侧，装置在操控室内，选用长距离的光纤传输来完成高电压侧绝缘阻隔。图中的A1、B1、C1，A2、B2、C2是本文规划的光纤光栅温度传感器，别离散布在阻隔触头的上侧和下侧A、B、C 三相上，在常温下传感器的波长别离为1548.5nm、1550.1nm、1551.6nm、1553.5nm、1555.5nm、1557.1nm，灵敏度为0.011nm/℃、0.013nm/℃、0.011nm/℃、0.010nm/℃、0.011nm/℃、0.012nm/℃，丈量规模为0110℃;耦合器为由7 个3dB耦合器组合而成的1′8耦合器;波长解调器为选用压电陶瓷驱动规范具完成波长扫描，其作业波长规模为15481558nm，掩盖6 个传感器在0110℃温度改动时的一切波长带;操控器在数据处理器的操控下完成波长解调器的扫描。
3.3 触头温度模型
高压开关柜在运转时，触头、母线、电流互感器、柜体等构成了多个热源，高压开关柜及内部各部件又构成了杂乱的热阻网络[14]。在此体系中，要经过理论推导出触头温升与光纤光栅传感器温升间的数学联系是比较困难的，因而本文经过试验办法树立了它们之间的数学模型。
温升试验是在10kV 高压开关柜上进行的，试验时三相触头触摸正常，作业额外电流为1kA，室温为25℃。图3 是上阻隔触头B 相的温升进程曲线，可以看出光纤光栅传感器丈量的温升改动要比触头的实践温升改动慢，但它们的改动趋势是相同的，大约在3h 今后温度场改动趋于安稳。丈量温度与实践温度间的差值是因为传感器选用非触摸办法丈量温度，它依托静触头的辐射来传递热量。表1 是其温升丈量数据。
可以看出在开关柜触头触摸正常、温度改动安稳后各个触头的实践温增值DTC 与对应的传感器温增值DTS之间的比例联系都在1.43 邻近，取其平均值作为试验成果，可树立触头的实践温度与传感器的丈量温度间的数学联系式为
TC=K(TS-T)+T (3)
式中 K=1.43;TS为光纤光栅温度传感器丈量的温度值;T为高压开关柜环境温度。
3.4 体系的抗电磁搅扰性剖析
为了查验光纤光栅传感体系的抗电磁搅扰才能，在高压开关柜满负荷作业，而且传感器丈量趋于安稳的情况下，经过对开关柜选用忽然掉电的办法来检测温度丈量成果与电磁场的联系[15-16]，完成抗电磁搅扰才能的试验。图4 是在触头温升趋于安稳后，在试验进程中组织了两次停电并在一次侧的B 相触头上丈量的温度数据，图4(a)是电流的改动进程图，图4(b)是电流改动引起的触头温度改动曲线。可见在母线失掉电流的情况下，引起了触头温度的下降，但在康复送电后又很快开端上升。从曲线可以看出丈量的触头温度对忽然的停电与送电做出了反响，但这种温度的升降是骤变的而不是骤变的，阐明电磁场的存在对传输光纤以及光纤光栅温度传感器没有影响。假如电磁场的存在使测温体系显现的温度较实践温度偏高或偏低，那么当开关柜母线中一旦失掉电流，电磁场消失时，温度显现会当即跳变到“实践值”，但这种跳变现象在实践试验中并未产生。因而阐明光纤光栅触头测温体系具有很强的抗电磁搅扰才能。
4 试验成果
本光纤光栅触头温度丈量体系在变电站10kV高压开关柜上进行了成功试用，图5 是在高压开关柜作业在70%的额外负荷规模时对一次侧B相触头在24 小时的温度监测记载，它反响了全天触头温度的改动进程。从图中可以看出，从午夜0点到早晨6 点之间触头的温度最低，这一方面是因为用电负荷较小，另一方面与气温较低有关;从早晨6 点开端跟着用电负荷的增大，触头的温度也开端升高，到9点用电负荷趋于安稳，但因为气温的逐步升高触头温度也开端上升，到14 点时温度到达最高;从14点到18点之间因为气温的下降，触头的温度也逐骤变小;一起从18 点后，因为用电负荷的增大，触头温度又开端上升，到22 点时到达最高;尔后跟着用电负荷的减小，触头温度也逐步下降。经过对24小时触头温度的记载剖析可以看出，光纤光栅触头温度丈量体系可以正常作业，其记载数据正确反响了触头温度与开关柜的作业负荷和周围空气温度之间的改动联系，阐明晰光纤光栅触头温度丈量体系的计划是可行的。
5 定论
本文使用光纤光栅传感器的体积小、抗电磁搅扰才能强、绝缘性好等长处，替代电子类传感器完成了对高压开关柜阻隔触头的温度监测，此计划不需要杂乱的绝缘规划，因而具有简略、牢靠的长处。此计划中，处理了光纤光栅温度传感器的应变穿插灵敏影响，在光路的复用上选用了空分复用加波分复用的计划，进步了体系的牢靠性和实时性。此体系在10kV 高压开关柜上进行了测验，体系可以正常运转，阐明本计划是可行的。
