光纖分布測溫系統主要工作原理是利用光纖的非線性效應，光在光纖中傳播的過程中，光功率超過閾值後會產生明顯的後向布里淵散射，布里淵散射的波長大於前向傳輸光的波長。而布里淵散射波的大小與溫度的關係非常密切且敏感，通過測量布里淵散射波便可以測得散射點的溫度。
基本介紹
- 中文名：旋轉反射式光纖感測測溫系統
- 分類：測溫系統
對高壓接點進行實時線上監測，目前在理論和技術套用層面提出了不同的方案，主要有：光纖光柵式、光纖分散式、紅外成像儀、無線組網式、旋轉反射光纖感測式。
光纖光柵式主要工作原理是光纖光柵的周期改變會引起反射光的波長變化，通過測量被光柵反射回來的光的波長可以反映光柵的周期發生的變化，而光纖光柵所處的溫度和應力均會使光纖光柵的周期產生靈敏變化，從而可以間接測量出溫度和應力的變化情況。光纖光柵的靈敏度較高，測量精度大大高於實際需要。由於溫度和應力都能使光纖光柵的周期產生靈敏變化，因此該系統存在溫度和應力交叉敏感的技術挑戰，即在測量溫度時，極易受應力變化的干擾。實際上電力的高壓接點均存在工頻振動，在實踐使用時要充分考慮系統的抗應力變化干擾問題。再者，該系統採用雷射作測量媒介，採用直徑為上百微米的SiO2光纖作傳輸介質，而SiO2光纖的抗彎曲能力、抗扭曲能力、抗剪下能力及其它抗機械傷害的能力均較差。這一點會給工程安裝帶來難度，若在室外套用，則應在抗風、雨、霜，抗覆冰等方面精心設計，否則會因上述因素造成光纖內芯斷裂使系統失靈。加工光纖光柵的工藝要求嚴格，技術複雜，設備昂貴，致使光纖光柵的製造成本較高，也是在推廣該方案中應考慮的重要因素。
通常一根光纖可以連線多個測溫點，以光脈衝的方式工作，當一個前行的光脈衝遇到不同位置的檢測點時，會在反向接收端接收到受各測點調製從而攜帶各被測點溫度信息的脈衝串，區分並分析這些脈衝便可以區分開各被測點的空間位置和溫度值。該方案避免了分點測量每點都需要一根光纖的組陣複雜性。但實施技術複雜，在測點分布上要保證測點之間的距離滿足各布里淵脈衝能有效區分的要求，這就要求測點之間的距離必須大於接收設備對脈衝有效處理能力所提出的最小距離，增加了光纖布線的難度和抗氣候因素的難度，施工成本也較高。
紅外成像方案採用非接觸式測量方案，對於一個變電站可以在不同角度安裝紅外成像儀攝像頭，攝像頭可以覆蓋變電站的所有接點，攝像頭根據從各接點接收到的紅外線（溫度）信息，經過處理後形成全景圖，從圖中各接頭的對應位置的顏色可以判斷各接點的溫度分布。該方案實施時可以不停電，一次安裝可以監測多個測點，對室外且被測點眾多又能密集分布的場合比較適合。對於象高壓開關櫃和電纜溝中的電纜接頭這種接頭密閉且數量少的場合一是安裝困難，二是成本太高。對於在室外諸如變電站場合使用有兩種干擾應解決，一是太陽直接射入攝像頭的天光干擾，其隨著晝夜時段、氣候情況和太陽的位置等而變化；二是太陽光照射在接點處又被接點處反射入攝像頭的光，這部分光疊加在接點溫度信息上，同樣受時段、氣象和太陽位置的影響。這兩種干擾嚴重時可以使像圖完全失去可信度，而且圖像會經常變化，使用戶無所適從。要套用這種方案似應從硬體跟蹤和軟體補償兩方面做更多深入的研究和探討。
無線組網方式，採用接觸式，用電子測溫器件測量被測點的溫度並用收發信晶片傳送接收組成數據傳輸網路。現場施工方便也避開了多根光纖形成的有線測量網，成本比較低。但是，由於溫度感測和無線收發器件都需要工作電源且處在高壓環境下。其工作電源如何解決成為該方案的技術難題。若採用高壓抽能（用電容分壓或空心線圈感應）則會連結產生電源設備的複雜性，穩定性問題和體積增大、電子器件與被測點除測量部位以外的熱隔離等問題。若採用從低壓側送強雷射再用矽光電池轉換為工作電源的方法，則又會出現供電的有線拓撲網，成本也會增加很多。如果用這種方案監測高壓開關櫃中的接點或電纜接頭一則會遇到由於探測頭（包括電子測溫器件和無線收發器件）安在封閉的金屬外殼內，電磁波會受到禁止，給無線自組網帶來困難，二則無線電波在開關櫃內會發生對壁之間的多次反射，多次接收形成的同頻回波干擾，這對無線網路的傳輸可靠性和準確性提出了嚴峻地挑戰。如果使用化學能電池作為電源，就要考慮化學能電池在強電磁環境下使用的自身安全問題和電池的使用壽命問題，切忌形成被監測對象尚未出現缺陷而電池已經用完，或定期停掉高壓又要人工更換電池的局面。諸如此類應很嚴謹地斟酌。
旋轉反射式光纖感測測溫系統的工作原理是利用旋轉受溫度調製的部件使反射光的強弱在很大的範圍內線性地受溫度影響，通過測量反射光的強弱來測量溫度的高低。感測器本身是無源器件，適合在高壓環境安裝使用。該系統採用近紅光的可見光作為測量媒介，採用大直徑樹脂光纖作為傳輸通道，抗彎曲能力和抗扭曲的能力很強，抗剪下力和抗拉力遠遠優於SiO2光纖，適合大彎曲安裝，也適合在戶外惡劣氣象條件下使用，抗風、抗覆冰、抗風霜雪的能力均很好。安裝成本較低。參數指標符合作為預警監測的要求。但對溫度的回響速度較低，需要幾分鐘的跟進時間。這一點對接點溫度實際為緩變的對象影響不大（電力系統接頭溫度突然上升很快往往是短路故障引發的，保護系統會發生作用），由於該系統為光強調製類型，系統的光路部分應嚴格自身密閉以防止外界光的干擾。在部件製作和施工安裝上應特別注意。
至於電力市場上出現的用電子器件（18B20）測溫，再調製LED發光，用光纖做傳導的派生方案，即為有源測量，又要有光纖成網的系統其原理從略。
總之，上述幾種常用方案，都非常好地解決了電力系統最關心的一、二次隔離問題，安全性均經過了實踐的考驗。在具體選用時則需依據現場的實際情況，綜合當前效益和長遠效果、性能價格比、一次安裝和運行維護成本、電氣性能和機械性能、引進和創新等多種因素，擇優選用。
