分布式光纖測溫系統在煤礦提升設備上的應用研究

李 洋

（開灤林南倉礦業分公司，河北 唐山064106）

0 引言

絞車是煤礦生產的重要設備，在絞車房內安裝一套分布式光纖測溫系統，將感溫光纖直接安裝在電控系統的IGBT模塊溫度敏感點上，可實時、準確、連續地監測各點運行溫度，實現對絞車變頻器IGBT模塊溫度的在線監測、預警，為設備檢修提供依據，把事故消滅在萌芽中。

林南倉礦主井絞車共有2套變頻控制系統，分別為轉子變頻和定子變頻，一套使用一套備用。其中，轉子變頻包含72個IGBT模塊，定子變頻包含18個IGBT單元和18個電抗器單元，2套變頻電控系統均由8臺高壓開關柜和換相柜供電。過去經常發生IGBT模塊因過熱燒毀而導致提升系統無法運轉的現象，造成重大經濟損失。為了改變這種狀態，利用光纖測溫技術監測絞車電控系統的運行狀態，以便及時發現異常并加以處理，從而防止事故擴大。

1 光纖測溫系統技術特點

分布式光纖測溫系統采用光纖感溫，測溫儀處理數據并上傳至計算機集中監測。感溫光纖的測溫范圍是－30～＋120℃（使用高溫光纖，可擴展至700℃），對于濕度、污染、腐蝕、絕緣、電磁干擾等無特殊要求。分布式光纖測溫系統可對IGBT模塊和環境溫度進行實時監測，并根據設定閾值自動超限報警，系統的運行對其他設備不造成電磁及通訊干擾等影響。

分布式光纖測溫系統技術參數如表1所示。

表1 分布式光纖測溫系統技術參數

2 系統構成

在主井操作室內安裝一套分布式光纖測溫系統，包括測溫主機、工業控制計算機和17′液晶顯示器、報警設備等，感溫光纖做成光纖繞盤安裝在IGBT模塊溫度敏感點上。

感溫光纖選用特殊定制的0.9mm直徑耐高壓絕緣光纖，使用特制光纖繞盤監測IGBT模塊；接續光纜選用特殊定制的3mm直徑鋼絲鎧裝絕緣護套傳感光纜，用于測溫主機至變頻器柜的間隔接續。

3 系統安裝

利用感溫光纖對主井變頻器72個IGBT模塊、18個IGBT單元和18個電抗器單元進行實時在線監測；另外，在每個IGBT柜內安裝一個環境溫度監測點，共6個；共計114個監測點，加上8面開關柜的48個監測點（6點／柜），監測點總數為162個。根據實際設定報警閾值，溫度超限報警，可隨時查詢歷史數據并形成報告。該系統具有局域網絡接口，可聯入企業局域網系統或其他網絡系統，實現信息共享。

IGBT模塊感溫光纖安裝位置如圖1所示。

圖1 IGBT模塊感溫光纖安裝位置示意圖

4 工作原理

連續分布光纖測溫儀采用分布式光纖感溫方式，其原理是利用激光在光纖中傳輸時產生的自發喇曼（Raman）散射和光時域反射（OTDR）原理來獲取空間溫度分布信息。當在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖時，它在光纖中向前傳輸的同時會不斷產生后向喇曼散射光，這些后向喇曼散射光的強度受所在光纖散射點溫度影響而有所改變，散射回來的后向喇曼光經過光學濾波、光電轉換、放大、模—數轉換后，送入信號處理器，便可將溫度信息實時計算出來，同時根據光纖中光的傳輸速度和后向光回波的時間定位溫度信息。測溫儀具有非常高的處理增益、非常低的噪聲電平，可使所測量的溫度信號精度和靈敏度滿足使用要求。同時為了實現足夠高的空間定位精度，測溫還儀具有足夠高的時間分辨率，即帶寬和采樣頻率。

連續分布光纖測溫儀測溫原理如圖2所示。

5 應用效果

絞車變頻電控系統實施光纖測溫后，能實時在線監測設備關鍵部位的溫升情況，做到早期預警，防患于未然。發生過熱故障前，系統可對各被監測點的故障趨勢進行智能分析，并準確定位，指導檢修工作。系統可通過顯示器直觀顯示各被監測點或區域的具體位置及名稱，從而進行實時連續的溫度監測。該系統還可保存及隨時查詢歷史數據，有利于經驗的積累，從而為事故趨勢分析提供依據。絞車司機發現超溫后能立即停止設備運行，消除了事故隱患，大大提高了提升系統運行的安全可靠性。該系統自投用以來運行良好，未再發生絞車變頻器IGBT燒毀事故。

圖2 連續分布光纖測溫儀原理框圖

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