地鐵軌道系統(tǒng)為什么要使用光纖溫度傳感器

我國(guó)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)供電制式為DC750V 和DC1500V，分別對(duì)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(jí)繞組最高電壓已經(jīng)超過 1KV，但是傳統(tǒng)以 Pt100作為測(cè)溫傳感器的《變壓器用電子溫控器》(JB/T7631-2005)規(guī)定的測(cè)量范圍只能局限在1KV以下，因此軌道交通對(duì)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(cè)器作為測(cè)溫傳感元件。此測(cè)溫傳感元件對(duì)電磁干擾免疫、耐高壓(100KV/光纖對(duì)地引出線距離0.4m)。熒光式光纖測(cè)溫從測(cè)溫源頭上徹底切斷測(cè)溫元件傳輸至遠(yuǎn)方顯示儀表的干擾，提升了軌道交通的安全等級(jí)。

光纖測(cè)溫設(shè)計(jì)原則

(1)安全性原則

為了防止該測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)已有設(shè)備造成干擾，從供電電源、信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端和溫控箱外殼，實(shí)現(xiàn)與外界電氣干擾信號(hào)的隔離與屏蔽。

(2)可靠性原則

軟硬件資源需要保障光纖測(cè)溫系統(tǒng)的7×24小時(shí)不間斷、可靠運(yùn)行，因此必須配備完善的可靠性措施設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)運(yùn)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(chǎng)設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)不同，有可能根據(jù)實(shí)際情況增加或者更改測(cè)溫點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中需要將此測(cè)溫點(diǎn)移動(dòng)到其他地方，并不影響系統(tǒng)性能。

(4)開發(fā)性原則

測(cè)溫系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議與通訊接口，遵從國(guó)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(cè)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(diǎn)，測(cè)溫點(diǎn)需編號(hào)，具有可視化的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單。3、系統(tǒng)圖拓?fù)鋱D熒光光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由熒光光纖溫度探測(cè)器、光纖溫度解調(diào)儀、顯示儀表、監(jiān)控主機(jī)和系統(tǒng)軟件組成。

變電所系統(tǒng)含2臺(tái)光纖測(cè)溫系統(tǒng)，每臺(tái)光纖溫度解調(diào)儀裝置帶6路測(cè)溫通道，每個(gè)通道可接1路光纖，光纖探頭安裝在用戶所需的測(cè)溫點(diǎn)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(jìn)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(bào)警設(shè)置、聲光報(bào)警和故障診斷等功能?？梢詫?shí)現(xiàn)就地顯示功能。部分區(qū)間跟隨所、場(chǎng)段跟隨所距離控制室較遠(yuǎn)，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(hào)、超溫報(bào)警、超高溫跳閘及風(fēng)機(jī)運(yùn)行/故障、外殼開門等信息能通過遠(yuǎn)程通信口(對(duì)于區(qū)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(tǒng)及遠(yuǎn)方電力調(diào)度系統(tǒng)。

監(jiān)控主機(jī)應(yīng)能實(shí)時(shí)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(duì)其進(jìn)行快速處理和管理，監(jiān)控主機(jī)具有故障監(jiān)控、顯示、報(bào)警、信息交換等功能，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。每座變電所設(shè)置1臺(tái)監(jiān)控主機(jī)。

系統(tǒng)軟件的主要功能包含實(shí)時(shí)溫度的本地監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、高/低溫報(bào)警、高/低溫預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)回放、報(bào)警前后曲線、溫度導(dǎo)出至 Excel 等功能。

現(xiàn)場(chǎng)控制單元將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)時(shí)間為1個(gè)月，可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)回放，實(shí)時(shí)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(chǎng)控制單元實(shí)時(shí)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(jī)，控制室主機(jī)可以就地查看現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)熱點(diǎn)溫度信息，當(dāng)相對(duì)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(bào)警閾值。提示超溫報(bào)警，提醒用戶查看現(xiàn)場(chǎng)情況，報(bào)警信息可生成報(bào)表導(dǎo)出。

光纖測(cè)溫系統(tǒng)組成部分

熒光光纖溫度探測(cè)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(cè)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(hù)套，末端感溫端含有感溫稀土材料，受固定波長(zhǎng)光線照射后激發(fā)熒光。激勵(lì)停止后，熒光余輝的衰變時(shí)間常數(shù)和溫度的關(guān)系是類指數(shù)函數(shù)。通過測(cè)量余輝的時(shí)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(zhǎng)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(cè)量原理，其最大優(yōu)點(diǎn)就是溫度測(cè)量與光強(qiáng)無關(guān)。在硬件上對(duì)熒光強(qiáng)弱、光路衰減以及電路漂移的不一致性具有較強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)、易燃易爆的測(cè)溫場(chǎng)合。

熒光式光纖解調(diào)儀

光纖溫度解調(diào)儀實(shí)時(shí)接收熒光光纖溫度探測(cè)器送來的攜帶有溫度信息的光信號(hào)，并把其解調(diào)為溫度數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)部位的溫度測(cè)量。該產(chǎn)品在高電壓、強(qiáng)電磁干擾等特殊環(huán)境下測(cè)溫有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)與測(cè)量信號(hào)接收部分沒有使用電氣連接，能長(zhǎng)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(shí)，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(jìn)線電纜頭因長(zhǎng)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(yùn)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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、壽命長(zhǎng)，體積小、使得儀表維護(hù)簡(jiǎn)易方便，運(yùn)輸安全，其內(nèi)部模塊化集成設(shè)計(jì)，美觀合理。該裝置含有 6 路光纖測(cè)溫通道，采樣溫度時(shí)間間隔為 500ms,采樣的數(shù)據(jù)通過光纖通訊，將溫度信息遠(yuǎn)傳到現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)方顯示儀表(以下簡(jiǎn)稱顯示儀表)是我公司專為軌道交通、電站、機(jī)場(chǎng)等工作環(huán)境惡劣、對(duì)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(jì)，該產(chǎn)品在行業(yè)上均為首創(chuàng)。功能上，是現(xiàn)有國(guó)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(hào)線、南京地鐵、福州地鐵等處得到廣泛應(yīng)用。

光纖測(cè)溫系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

顯示儀表的防護(hù)等級(jí)為 IP54，可有效防止水滴、灰塵進(jìn)入溫控器。

超溫報(bào)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(nèi)部帶鋰電池，斷電后無需重新設(shè)置時(shí)鐘。

采用標(biāo)準(zhǔn)的 RS485 通訊接口，有對(duì)時(shí)功能，時(shí)標(biāo)精確到毫秒級(jí)。

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(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，能有效地判別傳感器開路等故障信號(hào)，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(bào)警或超溫跳閘等信號(hào)。