地鐵軌道系統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供電制式為DC750V 和DC1500V，分別對應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(guò) 1KV，但是傳統以 Pt100作為測溫傳感器的《變壓器用電子溫控器》(JB/T7631-2005)規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(xiàn)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(xiàn)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。

光纖測溫設計原則

(1)安全性原則

為了防止該測溫系統對已有設備造成干擾，從供電電源、信號輸入端、信號輸出端和溫控箱外殼，實(shí)現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的7×24小時(shí)不間斷、可靠運行，因此必須配備完善的可靠性措施設計，保證系統運行的高度可靠，充分考慮系統關(guān)鍵應用的可靠性要求。

(3)可移植性原則

現場(chǎng)設備的發(fā)熱點(diǎn)不同，有可能根據實(shí)際情況增加或者更改測溫點(diǎn)，因此在實(shí)際應用過(guò)程中需要將此測溫點(diǎn)移動(dòng)到其他地方，并不影響系統性能。

(4)開(kāi)發(fā)性原則

測溫系統采用標準的通訊協(xié)議與通訊接口，遵從國際標準及工業(yè)標準，使網(wǎng)絡(luò )具有開(kāi)放性和兼容性，以便將來(lái)接入客戶(hù)自身系統。

(5)可管理性原則

測溫系統應具備良好的可管理性，是的客戶(hù)在使用過(guò)程中能迅速定位發(fā)熱故障點(diǎn)，測溫點(diǎn)需編號，具有可視化的現場(chǎng)結構圖，設備維護簡(jiǎn)單。3、系統圖拓撲圖熒光光纖在線(xiàn)監測系統主要由熒光光纖溫度探測器、光纖溫度解調儀、顯示儀表、監控主機和系統軟件組成。

變電所系統含2臺光纖測溫系統，每臺光纖溫度解調儀裝置帶6路測溫通道，每個(gè)通道可接1路光纖，光纖探頭安裝在用戶(hù)所需的測溫點(diǎn)上，例如變電所內整流變壓器、配電變壓器的三相繞組及鐵芯，整流器進(jìn)線(xiàn)電纜頭。變送裝置通過(guò)RS485通訊將數據傳輸到顯示儀表中，顯示儀表具有溫度顯示、報警設置、聲光報警和故障診斷等功能?？梢詫?shí)現就地顯示功能。部分區間跟隨所、場(chǎng)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(kāi)門(mén)等信息能通過(guò)遠程通信口(對于區間、場(chǎng)段跟隨所須采用光口傳輸)上送到變電所綜合自動(dòng)化系統及遠方電力調度系統。

監控主機應能實(shí)時(shí)接受、處理來(lái)自光纖溫度解調儀發(fā)來(lái)的正常信息、故障信息、災害信息，并對其進(jìn)行快速處理和管理，監控主機具有故障監控、顯示、報警、信息交換等功能，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現遠程監控。每座變電所設置1臺監控主機。

系統軟件的主要功能包含實(shí)時(shí)溫度的本地監控、實(shí)時(shí)數據的遠程監控、高/低溫報警、高/低溫預警、歷史數據回放、報警前后曲線(xiàn)、溫度導出至 Excel 等功能。

現場(chǎng)控制單元將數據存儲在本地存儲時(shí)間為1個(gè)月，可實(shí)現歷史數據回放，實(shí)時(shí)的溫度數據以及歷史溫度數據可以導出 EXCEL 文檔，供用戶(hù)查看。

現場(chǎng)控制單元實(shí)時(shí)將溫度數據通過(guò)光纖通信通道將溫度數據上傳到控制室的主機，控制室主機可以就地查看現場(chǎng)各個(gè)熱點(diǎn)溫度信息，當相對溫度超溫，或者發(fā)生溫度突變的情況下，根據設置的報警閾值。提示超溫報警，提醒用戶(hù)查看現場(chǎng)情況，報警信息可生成報表導出。

光纖測溫系統組成部分

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(cháng)光線(xiàn)照射后激發(fā)熒光。激勵停止后，熒光余輝的衰變時(shí)間常數和溫度的關(guān)系是類(lèi)指數函數。通過(guò)測量余輝的時(shí)間常數即可求得溫度。光纖整體耐 200℃高溫，外表直徑為 3mm。長(cháng)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(diǎn)就是溫度測量與光強無(wú)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(chǎng)干擾、耐受高壓，非常適用于高電壓、強磁場(chǎng)、易燃易爆的測溫場(chǎng)合。

熒光式光纖解調儀

光纖溫度解調儀實(shí)時(shí)接收熒光光纖溫度探測器送來(lái)的攜帶有溫度信息的光信號，并把其解調為溫度數值，實(shí)現對被監測部位的溫度測量。該產(chǎn)品在高電壓、強電磁干擾等特殊環(huán)境下測溫有著(zhù)獨特的技術(shù)優(yōu)勢。其中光纖溫度解調儀使用的熒光式光纖溫度傳感器的溫度熱點(diǎn)與測量信號接收部分沒(méi)有使用電氣連接，能長(cháng)期高精度和高穩定度工作，這大大提高了其應用范圍。與此同時(shí)，光纖溫度解調儀有效地解除了變電所內整流變壓器、配電變壓器的三相繞組及鐵芯，整流器進(jìn)線(xiàn)電纜頭因長(cháng)期處于過(guò)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、可遠程監測、壽命長(cháng)，體積小、使得儀表維護簡(jiǎn)易方便，運輸安全，其內部模塊化集成設計，美觀(guān)合理。該裝置含有 6 路光纖測溫通道，采樣溫度時(shí)間間隔為 500ms,采樣的數據通過(guò)光纖通訊，將溫度信息遠傳到現場(chǎng)控制單元。變送裝置內部含電源濾波電路，內部采用高性能CPU，保證數據處理與數據傳輸的可靠性。

軌道交通光纖遠方顯示儀表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)顯示儀表)是我公司專(zhuān)為軌道交通、電站、機場(chǎng)等工作環(huán)境惡劣、對顯示儀表有特殊要求的用戶(hù)而開(kāi)發(fā)的高性能產(chǎn)品，內部結構采用板載接觸器設計，該產(chǎn)品在行業(yè)上均為首創(chuàng )。功能上，是現有國內外產(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(xiàn)、南京地鐵、福州地鐵等處得到廣泛應用。

光纖測溫系統主要設計特點(diǎn)：

顯示儀表的防護等級為 IP54，可有效防止水滴、灰塵進(jìn)入溫控器。

超溫報警、超溫跳閘等輸出觸點(diǎn)為交直流大容量大功率觸點(diǎn)。

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(shí)鐘，內部帶鋰電池，斷電后無(wú)需重新設置時(shí)鐘。

采用標準的 RS485 通訊接口，有對時(shí)功能，時(shí)標精確到毫秒級。

顯示儀表主要器件采用進(jìn)口產(chǎn)品，保證硬件的可靠性。

綜合應用單片機技術(shù)，能有效地判別傳感器開(kāi)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(huì )誤發(fā)超溫報警或超溫跳閘等信號。