专利名称：超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法
技术领域：
本发明涉及大型水电工程高电压、大电流电力传输设备，特别是一种超高压气体 绝缘金属封闭输电线路温度监测方法。
背景技术：
气体绝缘金属封闭输电线路GIL系统是一种采用气体绝缘、外壳与导体同轴布置 的高电压、大电流电力传输设备，气体绝缘金属封闭输电线路简称为GIL。对于大型水电工 程采用地下厂房的布置形式，当采用GIL作为高压连接线路时，经常布置在连通地下厂房 与地面开关站或出线站的竖井中，落差往往高达数百米。出线竖井往往受地理环境的制约，不会有太大的空间。而作为连接地下厂房与户 外的竖井往往又由于烟囱效应而具有一定的自然通风能力。当GIL设备运行时，大电流流 经其导体，导体和外壳成为一个发热体，随着运行 电流增大，导体热量也相应增大。根据研 究和计算布置在高落差垂直竖井中的GIL设备可不装设强迫通风设备，采用自然通风可满 足设备冷却要求。大电流流经狭小空间中布置的GIL设备，对GIL设备长期运行温度进行监测，观察 其沿竖井高度的温度变幅，确定GIL在竖井中的温度分布曲线，进一步研究GIL在高落差竖 井中温度随竖井高度的变化，验证高落差垂直竖井中的GIL设备自然冷却效果，对设备安 全稳定运行是一种保障。因此，针对高落差竖井中GIL设备的温度监测进行研究，从而优化 设计，对GIL系统的安全运行具有十分重要的意义。一般对于长距离的大范围的温度检测较长用的方法是1)缆式线型多级定温探测 器，它由两根弹性钢丝分别包敷两种不同热敏系数的热敏材料，绞对成型，以实现不同温度 等级的多级报警和相同温度等级的二级报警。线缆外绕包带再加外护套而制成。2)智能型线型感温电缆，它是通过将感温电缆各线芯之间组成互比较的监测回 路，根据阻值变化响应现场设备或环境温度的变化，从而实现感温探测报警的目的。可恢复 线型感温探测器根据线芯数主要有两芯、三芯和四芯。感温电缆各线芯之间的绝缘层为一 种特殊的负温度系数材料，线芯间的NTC负温度系数电阻呈现负温度特性，NTC正常情况下 电阻很大，当感温电缆周围温度上升，线芯之间的阻值大幅下降，在不同温度下其阻值变化 不一，因此可以选择某一具体温度下进行预警或火警。在正常情况下，其阻值达千兆欧级， 线芯中通过微弱电流，据此监视探测器的工作状态。当温度上升到60-100°C左右(或报 警温度在6(T18(TC之间，其阻值能明显下降至几百兆欧至几十兆欧，呈对数函数的比例关 系。由于现有的长距离的大范围的温度检测需要在缆线上加装电路和传感器件，对较 复杂的现场维护带来不便。

发明内容
本发明的目的是提出一种长距离、大范围、不用维护的超高压气体绝缘金属封闭 输电线路温度监测方法。本发明的技术方案是设计一种超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方 法，它包括在高落差竖井中分布的垂直竖井、气体管道平洞、排风洞及在垂直竖井井壁中排 列的气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备，其特征是在垂直竖井井壁中排列的气体绝缘 金属封闭输电线路GIL上设置有分布式测温光纤，测温光纤与另一端的检测电路光连接， 检测电路向垂直竖井井壁中的测温光纤一端发送激光和检测测温光纤返回的散射光，当垂 直竖井井壁中的测温光纤温度变化时，根据光纤返回的散射光的频率变化量和返回的时间 计算出测温光纤温度分布。所述的检测电路包括激光源、光学器件、光电接收器、锁相放大器、微处理单元，激 光源通过光学器件的输入端向测温光纤发送激光，测温光纤返回的散射光通过散射光返回 窗口接收散射光，接收的散射光再与激光源提供的参考光进行叠加输入到光电接收器，光 电接收器经锁相放大器后输出低频脉冲信号给微处理单元，由微处理单元根据低频脉冲信 号和光纤返回的时间计算出测温光纤温度分布。
所述的测温光纤由搀杂的石英玻璃制成，石英玻璃由Si02分子组成，测温区的温 度热使分子晶格产生振动，如果光照射在受热激发而振动的分子上，光量子和这些振动的 分子发生相互作用，光纤中会发生喇曼散射，散射光的光频率发生频率变化，反斯托克斯光 的强度和温度有关，光频率发生频率变化和温度有关，检测测温光纤的生频率变化量得到 散射光区域的温度。所述的散射光返回窗口包括三个通道，两个测量通道和一个参考通道，两个测量 通道中一个是反斯托克斯，另一个是斯托克斯，反斯托克斯光的强度和温度有关，斯托克斯 线和温度无关，参考通道的光和反斯托克斯光经过滤光进入光器件，然后经光器件转化为 电信号。所述的测温光纤端部套有吸光套。所述的分布式测温光纤设置在垂直竖井中三相平行布置的气体绝缘金属封闭输 电线路GIL设备中的GIL B相上。本发明的优点是由于分布式测温光纤4属本安型测温传感器，有完全电绝缘的 特性使得其在高电压、强磁场、强电场干扰等环境稳定工作；同时利用光纤Raman背向散射 的温度效应，探测沿光纤布置不同位置的温度变化。光纤既是传输介质也是传感器，其探测 距离长，本质安全。


下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。图1是实施例垂直竖井分布式测温光纤布置结构示意图； 图2是图1的侧视图3是实施例原理图； 图4是测温光纤原理图。图中=UGILAffi ；2、GILB相；3、GILC相；4、测温光纤；5、GIL管道支架；6、GIL管道安装导轨；7、中隔墙；8、检修平台；9、防护栏；10、排风洞；11、垂直竖井；12、边墙；13、激光 源；14、光学器件；15、散射光返回窗口 ；16、光电接收器；17、锁相放大器；18、微处理单元； 19、吸收套。
具体实施例方式实施例如图1所示，在竖井边墙12上设有中隔墙7，将垂直竖井11井段GIL布置 结构分为垂直竖井11、气体管道平洞和排风洞10，在垂直竖井11井壁中通过GIL管道安装 导轨6排列有气体绝缘金属封闭输电线GIL设备，在垂直竖井11井壁上、气体绝缘金属封 闭输电线路GIL设备上套接有GIL管道支架5，将气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备固定 在垂直竖井11井壁上(见图2所示)。在垂直竖井井壁中排列的气体绝缘金属封闭输电线路GIL上设置有分布式测温 光纤4，测温光纤4与另一端的检测电路光连接，检测电路向垂直竖井井壁中的测温光纤4 一端发送激光和检测测温光纤返回的散射光，当垂直竖井井壁中的测温光纤温度变化时， 根据光纤返回的散射光的频率变化量和返回的时间计算出测温光纤温度分布。对高落差竖 井中气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备的温度进行监测。超高压系统GIL均为分相式结构，如图1所示，正常运行时三相电流对称相等，等 间距分布在垂直竖井11井壁上，GILA相1、GILB相2和GILC相3。三相的温度也应基本相 同，因此测量一相温度即可代表整个GIL设备三相的温度，并可节省测量设备的投资。GIL 设备在竖井中三相平行布置，选择GILB相2作为测温相具有相对代表性，采用GIL外壳外 敷光纤形式，安装方便、运行安全。本实施例由沿气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备的 GILB相2外壳布设有分布式测温光纤4，该分布式测温光纤4是可用于兼作火灾自动报警 系统在垂直竖井11的温度探测的光纤传感器。通过光纤感温，得到高落差垂直竖井中GIL 温度分布曲线。如图3所示，检测电路包括激光源13、光学器件14、光电接收器16、锁相放大器 17、微处理单元18，激光源13通过光学器件14的输入端向测温光纤4发送激光，测温光纤 4返回的散射光通过散射光返回窗口 15接收散射光，接收的散射光再与激光源提供的参考 光进行叠加输入到光电接收器16，光电接收器16经锁相放大器17后输出低频脉冲信号给 微处理单元18，由微处理单元18根据低频脉冲信号和光纤返回的的时间计算出测温光纤 温度分布。为了防止测温光纤4端部反射形成较大的背景噪声，在测温光纤4端部套有吸光 套19。散射光返回窗口 15包括三个通道，两个测量通道和一个参考通道，两个测量通道 中一个是反斯托克斯，另一个是斯托克斯，反斯托克斯光的强度和温度有关，斯托克斯线和 温度无关，参考通道的光和反斯托克斯光经过滤光进入光器件，然后经光器件转化为电信号。如图4所示，测温光纤4由搀杂的石英玻璃制成，石英玻璃由Si02分子组成，测温区的温度热使分子晶格产生振动，如果光照射在受热激发而振动的分子上，光量子和这些 振动的分子发生相互作用，光纤中会发生喇曼散射，喇曼散射光的光频率发生频率变化(多 普勒频移)，反斯托克斯光的强度和温度有关，同时也存在斯托克斯光，斯托克斯光与温度无关，通过检测测温光纤的产生频率变化量得到散射光区域的温度。依据光纤Raman散射的温度效应，实现长距离敷设光纤上各点温度的实时监测。利用光纤中光波的传播速度和背向光回波的时间间隔，对所测温度点进行定位。沿气体绝 缘金属封闭输电线路GIL设备敷设的光纤按GIL布置的不同位置分为不同的区域，可以任 意设置不同的报警温度，温度分辨率达到0. !！，温度精度士丨！，定位精度达士加。监测高 落差垂直竖井11中气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备的温度，分析其沿垂直竖井11高 度温度的分布情况，验证气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备自然冷却的计算结论。同时，兼用本套系统作为火灾自动报警系统在竖井中的探测器，当监测到温度异 常超高时，向火灾自动报警系统主机发送报警信号。气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备 的测温还要考虑其设备布置距离长、穿越强磁场强电场的特点。针对上述特点，气体绝缘金 属封闭输电线路GIL设备测温采用分布式测温光纤4。分布式测温光纤4属本安型测温传 感器，由于其完全电绝缘的特性使得其在高电压、强磁场、强电场干扰等环境稳定工作；同 时利用光纤Raman背向散射的温度效应，探测沿光纤布置不同位置的温度变化。光纤既是 传输介质也是传感器，其探测距离长，本质安全。上述的分布式测温光纤4的安装及维修可 通过检修平台8进行，检修平台8上设置有防护栏9。实施例如图1所示，在竖井边墙12上设有中隔墙7，将垂直竖井11井段GIL布置 结构分为垂直竖井11、气体管道平洞和排风洞10，在垂直竖井11井壁中通过GIL管道安装 导轨6，GIL管道安装导轨6排列有气体绝缘金属封闭输电线GIL设备，在垂直竖井11井壁 上、气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备上套接有GIL管道支架5，将气体绝缘金属封闭输 电线路GIL设备固定在垂直竖井11井壁上(见图2所示)。气体绝缘金属封闭输电线路GIL设备在高落差竖井中布置时，要重点考虑大电流 流经狭小空间中布置的GIL设备，对GIL设备长期运行温度进行监测问题。本实施例在垂 直竖井井壁中排列的气体绝缘金属封闭输电线GIL上设置有分布式测温光纤4。用以确定 高落差垂直竖井中气体绝缘金属封闭输电线路GIL温度分布曲线，对高落差竖井中气体绝 缘金属封闭输电线路GIL设备的温度进行监测。
权利要求
超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，它包括在高落差竖井中分布的垂直竖井、气体管道平洞、排风洞及在垂直竖井井壁中排列的气体绝缘金属封闭输电线路GIL 设备，其特征是在垂直竖井井壁中排列的气体绝缘金属封闭输电线路GIL 上设置有分布式测温光纤，测温光纤与另一端的检测电路光连接，检测电路向垂直竖井井壁中的测温光纤一端发送激光和检测测温光纤返回的散射光，当垂直竖井井壁中的测温光纤温度变化时，根据光纤返回的散射光的频率变化量和返回的时间计算出测温光纤温度分布。
2.根据权利要求1所述的超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，其特征 是所述的检测电路包括激光源(13)、光学器件(14)、光电接收器(16)、锁相放大器(17)、 微处理单元(18)，激光源(13)通过光学器件(14)的输入端向测温光纤(4)发送激光，测温 光纤(4)返回的散射光通过散射光返回窗口(15)接收散射光，接收的散射光再与激光源提 供的参考光进行叠加输入到光电接收器(16)，光电接收器(16)经锁相放大器(17)后输出 低频脉冲信号给微处理单元(18)，由微处理单元(18)根据低频脉冲信号和光纤返回的的 时间计算出测温光纤温度分布。
3.根据权利要求1所述的超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，其特征 是所述的测温光纤由搀杂的石英玻璃制成，石英玻璃由Si02分子组成，测温区的温度热 使分子晶格产生振动，如果光照射在受热激发而振动的分子上，光量子和这些振动的分子 发生相互作用，光纤中会发生喇曼散射，散射光的光 频率发生频率变化，反斯托克斯光的强 度和温度有关，光频率发生频率变化和温度有关，检测测温光纤的生频率变化量得到散射 光区域的温度。
4.根据权利要求2所述的超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，其特征 是所述的散射光返回窗口( 15)包括三个通道，两个测量通道和一个参考通道，两个测量 通道中一个是反斯托克斯，另一个是斯托克斯，反斯托克斯光的强度和温度有关，斯托克斯 线和温度无关，参考通道的光和反斯托克斯光经过滤光进入光器件，然后经光器件转化为 电信号。
5.根据权利要求1所述的超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，其特征 是所述的测温光纤(4)端部套有吸光套(19)。
6.根据权利要求1所述的超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，其特征 是所述的分布式测温光纤设置在垂直竖井中三相平行布置的气体绝缘金属封闭输电线路 GIL设备中的GILB相上。
全文摘要
本发明涉及大型水电工程高电压、大电流电力传输设备，特别是一种超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法，其特征是在垂直竖井井壁中排列的气体绝缘金属封闭输电线路GIL上设置有分布式测温光纤，测温光纤与另一端的检测电路光连接，检测电路向垂直竖井井壁中的测温光纤一端发送激光和检测测温光纤返回的散射光，当垂直竖井井壁中的测温光纤温度变化时，根据光纤返回的散射光的频率变化量和返回的时间计算出测温光纤温度分布。它提出了一种长距离、大范围、不用维护的超高压气体绝缘金属封闭输电线路温度监测方法。
文档编号G01K11/32GK101819072SQ20101016871
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者何建辉, 冯汉夫, 奚瑜, 张群刚, 徐嘉瑞, 田方, 阮全荣 申请人:中国水电顾问集团西北勘测设计研究院