分布式光纤测温系统在煤矿提升设备上的应用研究

李 洋

（开滦林南仓矿业分公司，河北 唐山064106）

0 引言

绞车是煤矿生产的重要设备，在绞车房内安装一套分布式光纤测温系统，将感温光纤直接安装在电控系统的IGBT模块温度敏感点上，可实时、准确、连续地监测各点运行温度，实现对绞车变频器IGBT模块温度的在线监测、预警，为设备检修提供依据，把事故消灭在萌芽中。

林南仓矿主井绞车共有2套变频控制系统，分别为转子变频和定子变频，一套使用一套备用。其中，转子变频包含72个IGBT模块，定子变频包含18个IGBT单元和18个电抗器单元，2套变频电控系统均由8台高压开关柜和换相柜供电。过去经常发生IGBT模块因过热烧毁而导致提升系统无法运转的现象，造成重大经济损失。为了改变这种状态，利用光纤测温技术监测绞车电控系统的运行状态，以便及时发现异常并加以处理，从而防止事故扩大。

1 光纤测温系统技术特点

分布式光纤测温系统采用光纤感温，测温仪处理数据并上传至计算机集中监测。感温光纤的测温范围是－30～＋120℃（使用高温光纤，可扩展至700℃），对于湿度、污染、腐蚀、绝缘、电磁干扰等无特殊要求。分布式光纤测温系统可对IGBT模块和环境温度进行实时监测，并根据设定阈值自动超限报警，系统的运行对其他设备不造成电磁及通讯干扰等影响。

分布式光纤测温系统技术参数如表1所示。

表1 分布式光纤测温系统技术参数

2 系统构成

在主井操作室内安装一套分布式光纤测温系统，包括测温主机、工业控制计算机和17′液晶显示器、报警设备等，感温光纤做成光纤绕盘安装在IGBT模块温度敏感点上。

感温光纤选用特殊定制的0.9mm直径耐高压绝缘光纤，使用特制光纤绕盘监测IGBT模块；接续光缆选用特殊定制的3mm直径钢丝铠装绝缘护套传感光缆，用于测温主机至变频器柜的间隔接续。

3 系统安装

利用感温光纤对主井变频器72个IGBT模块、18个IGBT单元和18个电抗器单元进行实时在线监测；另外，在每个IGBT柜内安装一个环境温度监测点，共6个；共计114个监测点，加上8面开关柜的48个监测点（6点／柜），监测点总数为162个。根据实际设定报警阈值，温度超限报警，可随时查询历史数据并形成报告。该系统具有局域网络接口，可联入企业局域网系统或其他网络系统，实现信息共享。

IGBT模块感温光纤安装位置如图1所示。

图1 IGBT模块感温光纤安装位置示意图

4 工作原理

连续分布光纤测温仪采用分布式光纤感温方式，其原理是利用激光在光纤中传输时产生的自发喇曼（Raman）散射和光时域反射（OTDR）原理来获取空间温度分布信息。当在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，它在光纤中向前传输的同时会不断产生后向喇曼散射光，这些后向喇曼散射光的强度受所在光纤散射点温度影响而有所改变，散射回来的后向喇曼光经过光学滤波、光电转换、放大、模—数转换后，送入信号处理器，便可将温度信息实时计算出来，同时根据光纤中光的传输速度和后向光回波的时间定位温度信息。测温仪具有非常高的处理增益、非常低的噪声电平，可使所测量的温度信号精度和灵敏度满足使用要求。同时为了实现足够高的空间定位精度，测温还仪具有足够高的时间分辨率，即带宽和采样频率。

连续分布光纤测温仪测温原理如图2所示。

5 应用效果

绞车变频电控系统实施光纤测温后，能实时在线监测设备关键部位的温升情况，做到早期预警，防患于未然。发生过热故障前，系统可对各被监测点的故障趋势进行智能分析，并准确定位，指导检修工作。系统可通过显示器直观显示各被监测点或区域的具体位置及名称，从而进行实时连续的温度监测。该系统还可保存及随时查询历史数据，有利于经验的积累，从而为事故趋势分析提供依据。绞车司机发现超温后能立即停止设备运行，消除了事故隐患，大大提高了提升系统运行的安全可靠性。该系统自投用以来运行良好，未再发生绞车变频器IGBT烧毁事故。

图2 连续分布光纤测温仪原理框图

［1］陈敏，蒋云.基于分布式光纤的煤矿电力电缆测温系统的设计［J］.煤矿机械，2014，35（10）：159～160

［2］杨耿杰，苏爱国，郭谋发，等.应用GPRS及光纤测温技术的电力电缆监测系统［J］.电力系统及其自动化学报，2009（4）：100～105

［3］戚风云，赵乐军，周又玲.基于DSP的分布式光纤测温系统及高速数据采集与处理［J］.今日电子，2005，24（7）：64～70

［4］袁志金.分布式光纤测温过热预警技术在煤矿供电中的应用［J］.煤矿机械，2012，33（5）：216～218

［5］肖少非.光纤测温系统在高压电缆测温中的应用［J］.江苏电机工程，2009，28（4）：51～52，56