分布式感溫光纖在大功率發射機上的應用探析

金建明（中船重工715研究所，浙江杭州310023）

分布式感溫光纖在大功率發射機上的應用探析

金建明
（中船重工715研究所，浙江杭州310023）

分布式感溫光纖在大功率發射機的應用，可以有效監測發射機核心元器件的溫度情況，進而保證大功率發射機的正常穩定運行。主要對背向拉曼散射光纖的傳感技術進行分析和探討。

分布式感溫光纖；大功率發射機；應用

0　引言

分布式感溫光纖對大功率發射機的溫度檢測和故障診斷上有著非常重要的意義。當前，許多電臺的發射機功率都特別大，并且逐漸向自動化的方向發展。然而，一旦大功率發射機出現故障問題，這會給電臺的工作帶來很大的問題，積極對發射機的溫度進行檢測，是保證發射機正常工作和穩定運行的重要舉措。

1　分布式光纖感溫系統

1.1分布式光纖感溫系統工作原理

隨著社會科學的不斷進步和發展，溫度探測警報系統也取得了很大的進步[1]。分布式光纖感溫系統主要由感溫光纖組成，通過光纖內部散射的特點，把功率特別高的光源，也就是窄帶光脈沖攝入光纖，當這個光源從光纖的另外一頭射進光纖的時候，激光脈沖就會沿著管線進行向前傳播。正是因為光纖內部的分子會和激光脈沖發生彈性以及非彈性的碰撞，這就使得激光脈沖會在傳播過程中每一個點產生反射現象，而在這些激光脈沖反射的時候，會出現反向反射光，這種反向反射光的強度與反射點的溫度有著特定的關系，反射點也就是光纖所處環境的溫度越高，反射光的強度也就越大。反射點溫度越低，反射光的強度也就越低，兩者之間成正比例的關系。分布式光纖感溫系統就是利用這種現象，通過對反射光強度的檢測，了解和掌握光纖所處環境的溫度特點。

1.2分布式感溫光纖應用的優點

大功率發射機的核心部件通常都是在高壓、高頻、高速以及高電流環境下工作的，大功率發射機的溫度與其工作的性能有著非常重要的關系[2]。溫度的變化直接影響著大功率發射機的元器件性能，若溫度過高，則很容易導致大功率發射機元器件損壞。因此，電臺在使用大功率發射機的過程中，需要積極對其溫度進行檢測，保證大功率發射機元器件的安全，不超過其溫度極限值，提高大功率元器件的使用壽命。而采用分布式光纖感溫系統可以在各種條件下進行工作。而且分布式光纖感溫系統的絕緣性能也特別好，沒有靜電火花，可以防雷防爆，特別適合在電磁干擾較強的環境中工作。而且，分布式光纖感溫系統可以對大功率發射機進行分布測量，實時掌握大功率發射機的溫度變化情況，持續掌握探測光纖的傳感信息，實現在線監測的目的。

2　分布式感溫光纖在大功率發射機上的具體應用措施

2.1大功率發射機存在的故障問題

TSW2500型500 kW短波發射機是當前社會上最為先進的一種大功率短波發射機，其主要生產于瑞士THALES公司[3]。這種大功率發射機主要應用了穩定以及設計合理的兩級電子管射頻功率放大器，射頻的末級槽路主要采用3節Ⅱ網絡，即三π調諧線和六個陶瓷真空電容，如圖1所示。這就能夠實現阻抗的變換，使得濾除高頻諧波分量和阻抗能夠有效進行匹配。而選用陶瓷真空電容器，雖然這種真空電容器的價格比較高，而且對維護使用的技術要求也特別高，但是，在實際應用過程中，陶瓷真空電容器能夠很好地承受瞬時的過電流，而且雖然其價格昂貴，但是陶瓷真空電容器的品質因素較高，性能穩定可靠，受環境因素的影響較小，是一種特別好的寬調諧元件，目前已在大功率短波發射機的調諧、濾波以及匹配上廣泛應用。

圖1　射頻管末級槽路示意圖

然而大功率發射機很容易因溫度過高而產生故障[4]。例如，在大功率發射機的陶瓷電容器故障中，通常都會出現真空電容器件漏氣以及擊穿等故障。通過真空電容器的故障問題可以詳細地了解保護真空電容的關鍵措施。若在真空電容器件溫度逐漸上升的過程中，能夠及時發現，并采取相應的處理措施，可以有效保證真空電容器。但是，如何對運行狀態下的大功率發射機溫度的變化趨勢進行監測，這是需要深入思考和解決的重要問題。

2.2分布式感溫光纖在大功率發射機上的應用

在大功率發射機工作狀態下的溫度變化監測，可以采用分布式感溫光纖進行監測[5]。分布式感溫光纖不僅可以實現多點、在線的分布監測，還能對大功率發射機核心部件的溫度進行實時的監測。分布式感溫光纖的安裝也特別簡單，只需要把感溫光纖鋪設在需要監測的變壓器、真空電容磁環上，然后再通過分布式光纖測溫系統對發射機內部的核心元器件的溫度進行監測和記錄，而相關的工作人員則可以根據監測到的數據對大功率發射機的實時工作情況進行詳細地分析和預測，保證大功率發射機的安全與穩定。若顯示大功率發射機元器件存在溫度過高或者溫度不斷升高的情況，可以對溫度異常的地方進行處理。發射機的分布式感溫系統設計如圖2所示。若在電臺的實際工作中，需要對機房的多部發射機進行監測，那么就可以使用本地人工機控系統的多通道分別對相應的發射機進行溫度的監控。當分布式光纖感溫系統監測的數量特別多的時候，可以根據具體的情況選用多個本地系統對其進行統一的管理。

2.3對射頻機箱真空電容的溫度進行在線監控

分布式光纖感溫系統通過多點、在線的分布式測量，可以及時發現射頻機箱真空電容器件的漏氣、擊穿等現象，進而相關的技術人員可以在對發射機狀態調諧的過程中，依據分布式光纖感溫系統不定時了解槽路調諧電容的溫度，有助于發射機的調機工作。測溫光纖不僅僅是信號的載體，而且還是溫度傳感器。在光纖鋪裝的時候，由于其能夠精確定位，并且不會受到電磁干擾的影響，那么就可以直接連接到發射機射頻機箱，固定在每一個真空電容磁環上面。

在對射頻機箱真空電容溫度監測的工作中，主要是將光纖抱箍在真空電容器件陶瓷磁環上，然后對真空電容的溫度進行測量，其測量的溫度在一般情況下都可以準確反映槽路的傳輸效率，也就是發射機的工作狀態。因為真空電容器件部位是處在一個高頻、高溫以及高壓的工作環境中，在安裝的時候，不僅要保證感溫光纖有足夠的機械強度，還需要確保其具備很好的絕緣性。在感溫光纖具體的安裝過程中，需要注意以下幾點：首先，將需要纏繞在真空電容器瓷環上的一段光纖繞成一個直徑較大的線圈，纏繞上去之后，再用扎帶把光纖圈的兩端扎在一起，并且要收緊；其次，由于光纖較為細小，很容易在安裝的時候被設備所割斷或者外力損傷，這時就需要感溫光纖的安裝人員要在安裝的時候充分注意光纖在射頻機箱里面的安裝路線，減少分布式光纖感溫系統在實際應用過程中對射頻機箱內設備維修的影響；最后，光纖是石英制品，在鋪設的時候，其彎曲圓弧直徑必須要超過3 cm，若彎曲弧度過大的話，很容易致使光纖損壞，最終影響光纖感溫測量數據的準確性；除此之外，在處理光纖接頭的時候，還要充分保證光纖熔接面的清潔，這也是影響光纖感溫系統測量數據準確度的重要影響因素[5]。

圖2　發射機的分布式感溫系統設計示意圖

2.4發射機調制變壓器和高壓電纜接頭的溫度的監測

在發射機調制變壓器溫度檢測的工作中，在光纖安裝的時候，可以合理采用盤式貼敷安裝的方法，把光纖深入到變壓器三相繞組線圈的芯柱上。在安裝的工作中，盡量做到靠近變壓器內芯，從而避開散熱風機直接吹到的區域。同時也要保證光纖安裝的強度，以免發射機調制變壓器因震動而引起感溫光纖脫落問題。而把多余的感溫光纖增加到測量的區域，這不僅可以有效提高分布式光纖感溫系統監測數據的準確性，還能在溫度曲線中，及時了解和掌握發射機調制變壓器高溫故障的地點。

此外，在大功率發射機電力系統中，電纜主要是為發射機輸送電能。而高壓開關柜長期處于帶電運行的狀態，電纜的接觸不良、接觸點的電阻增點，很容易產生超負荷電流，進而產生高溫發熱現象，加劇電纜接頭的氧化，進一步增大接觸電阻，形成惡性循環，當發展到一定程度時，這會給大功率發射機電能的輸送帶來很大的安全隱患。因此，在大功率發射機的應用過程中，也需要積極加強對電纜接頭的溫度進行實時的監控。對于高壓電纜接頭的溫度監測，可以將感溫光纖繞成環形纏繞在電纜接頭上，這就能夠準確地測量出高壓電纜的溫度，并進行實時的監控，及時發現高壓電纜接頭存在的問題，并做好防范措施。

3　結語

分布式光纖感溫系統是集光纖傳感、光纖傳輸以及計算機技術為一體的技術，其工作運行的安全性和穩定性特別高，能夠對運行狀態下的大功率發射機進行實時監測，而且監測量的數據也非常準確。本文根據大功率發射機的具體情況，制定了相應的射頻機箱真空電容的溫度在線監控和發射機調制變壓器溫度監測的光纖安裝鋪設方式，已解決電臺無人值班機房的設備監測問題。

［1］李榮偉，李永倩.高壓電纜分布式光纖傳感監測系統［J］.光纖與光纜及其應用技術，2012，05（01）：38-41.

［2］孿強，王艷松，劉學民.光纖溫度傳感器在電力系統中的應用現狀綜述［J］.電力系統保護與控制，2012，38（01）：135-140.

［3］胡曉.分布式感溫光纖在大功率發射機上的應用［J］.廣播電視信息，2014，10（10）：89-91.

［4］張穎，張娟，郭玉靜，等.分布式光纖溫度傳感器的研究現狀及趨勢［J］.儀表技術與傳感器，2012，12（08）：164-166.

［5］潘迅.分布式拉曼光纖溫度傳感器在大功率發射機上的應用［J］.電子世界，2013，21（16）：94-95.

(編輯：向飛)

Application of Distributed Optical Fiber Temperature Sensing in the Power of the Transmitter

JIN Jian-ming
（715th Research InstituteofChina Shipbuilding Industry Corporation，Hangzhou310023，China）

Application of optical fiber distributed temperature sensing in high-power transmitters can effectivelymonitor the temperature conditions of transmitter core components，thereby ensure the normal and stable operation of high-power transmitters.This paper focuses on backward Raman scattering optical fiber sensing technology foranalysisand discussion.

distributed temperature sensing fiber；high-power transmitter；application

TN929.11

A

1009－9492(2015)06－0124－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.034

2015－02－06

金建明，男，1982年生，浙江樂清人，大學本科，助理工程師。研究領域：發射技術。