變電站、電爐車間、軌道交通、大電流母線等場(chǎng)所存在強(qiáng)烈的交變電磁場(chǎng)和暫態(tài)電磁脈沖，普通溫度傳感器在這類環(huán)境中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變、信號(hào)丟失甚至誤報(bào)。如何選擇抗干擾能力強(qiáng)的溫度傳感器，是電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)方案能否穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件。

一、哪些場(chǎng)景存在強(qiáng)電磁干擾

1.1 變電站開關(guān)場(chǎng)

高壓開關(guān)分合閘操作、隔離開關(guān)切合空載母線、雷擊過電流等都會(huì)產(chǎn)生高頻電磁暫態(tài)。這些脈沖通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合的方式影響附近電子設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致傳感器和采集器損壞。

1.2 開關(guān)柜內(nèi)部

開關(guān)柜在斷路器分合閘和局部放電過程中，柜內(nèi)空間產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)振蕩。安裝在觸頭附近的測(cè)溫傳感器如果抗干擾能力不足，數(shù)據(jù)可靠性明顯下降。

1.3 電爐和感應(yīng)加熱設(shè)備

電弧爐、中頻爐、感應(yīng)淬火設(shè)備運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)電磁場(chǎng)沿設(shè)備外殼、電纜和管道向外輻射，測(cè)溫元件直接暴露在干擾環(huán)境中。

1.4 電氣化鐵路

牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生大量諧波和電磁輻射，沿線變電所、分區(qū)所設(shè)備間的溫度監(jiān)測(cè)容易受到干擾。

干擾來源	典型場(chǎng)景	干擾特征
開關(guān)操作	變電站、開關(guān)柜	高頻暫態(tài)、寬頻帶
局部放電	GIS、高壓電纜	窄脈沖、重復(fù)率高
諧波電流	電爐、變頻器	低頻多次諧波
電弧放電	電弧爐、接觸網(wǎng)	連續(xù)寬帶干擾

二、各類測(cè)溫傳感器的抗干擾能力

2.1 熱電偶

熱電偶的金屬補(bǔ)償導(dǎo)線相當(dāng)于一根天線，在強(qiáng)電磁場(chǎng)中感應(yīng)出附加電勢(shì)和噪聲，使毫伏級(jí)別信號(hào)的測(cè)量產(chǎn)生偏差。即使采用屏蔽和濾波處理，在極端電磁環(huán)境下數(shù)據(jù)依然不可靠。

2.2 熱電阻

Pt100等熱電阻需要激勵(lì)電源驅(qū)動(dòng)，引線越長(zhǎng)越容易耦合電磁噪聲。在變電站開關(guān)場(chǎng)和電爐車間等場(chǎng)景中，信號(hào)變送器輸入端的共模和差模干擾往往超過處理電路的耐受范圍。

2.3 無線測(cè)溫傳感器

無線傳感器的信號(hào)在電磁干擾環(huán)境中存在衰減和失真問題。在開關(guān)柜內(nèi)部，金屬柜體的電磁屏蔽效應(yīng)使得無線信號(hào)傳輸距離進(jìn)一步縮短，數(shù)據(jù)丟包率升高。

三、光纖測(cè)溫在電磁干擾環(huán)境中的表現(xiàn)

3.1 光纖的本質(zhì)安全特性

石英光纖是絕緣材料，不導(dǎo)電、不產(chǎn)生感應(yīng)磁電流、不發(fā)射電磁波。光纖中傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)而非電信號(hào)，電磁場(chǎng)對(duì)其無任何作用。這一物理特性使得光纖測(cè)溫從原理上免疫電磁干擾。

3.2 安裝位置不受限

光纖溫度傳感器的探頭可以安裝在開關(guān)柜觸頭、變壓器繞組、電爐變壓器等電磁環(huán)境最密集的區(qū)域，信號(hào)通過光纖傳至幾十米外的解調(diào)主機(jī)。主機(jī)布置在控制室或相對(duì)潔凈的低干擾區(qū)域，不受現(xiàn)場(chǎng)電磁條件影響。

3.3 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和系統(tǒng)可靠性

熒光光纖傳感器測(cè)量的是熒光余暉衰減時(shí)間而非電信號(hào)強(qiáng)度，電磁干擾無法改變熒光衰減的物理過程。在已運(yùn)行的變電站改造項(xiàng)目中，熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)與原有電學(xué)測(cè)溫系統(tǒng)在同一測(cè)點(diǎn)對(duì)比，電磁操作時(shí)電學(xué)傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯波動(dòng)而光纖數(shù)據(jù)平穩(wěn)。

四、常見問題

光纖測(cè)溫在電磁干擾環(huán)境中的精度會(huì)不會(huì)受影響？

發(fā)光電轉(zhuǎn)換和解調(diào)計(jì)時(shí)模塊在器件設(shè)計(jì)上已做電磁防護(hù)處理。光纖鏈路本身的信號(hào)傳輸過程不受電場(chǎng)磁場(chǎng)的耦合作用影響，測(cè)溫精度在電磁干擾環(huán)境下的穩(wěn)定性和在無干擾環(huán)境下相比沒有差別。

光纖測(cè)溫裝置安裝需要做屏蔽處理嗎？

不需要。光纖鏈路不產(chǎn)生電磁發(fā)射也不易感電磁信號(hào)，在強(qiáng)電磁環(huán)境中敷設(shè)不需要考慮屏蔽設(shè)計(jì)。但如果測(cè)溫主機(jī)安裝在開關(guān)場(chǎng)內(nèi)，主機(jī)外殼接地和進(jìn)出線纜端口按照電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)做防護(hù)處理。

強(qiáng)電磁環(huán)境下光纖測(cè)溫系統(tǒng)的使用壽命如何？

光纖探頭是全絕緣結(jié)構(gòu)不含金屬件和電子元器件，不受電磁脈沖沖擊影響，也不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期處于強(qiáng)電磁環(huán)境中而加速老化退化。其使用壽命主要由光纖材料的機(jī)械耐久性決定，設(shè)計(jì)和安裝合理的系統(tǒng)可以在10年以上壽命期內(nèi)維持穩(wěn)定工作。

五、產(chǎn)品與廠家信息

福州華光天銳光電科技有限公司和福州英諾電子科技有限公司的熒光光纖測(cè)溫產(chǎn)品已在變電站、開關(guān)柜、電爐等多個(gè)強(qiáng)電磁場(chǎng)景中得到應(yīng)用。兩家的光纖傳感器和測(cè)溫裝置均不依賴電信號(hào)傳輸，從原理上解決了電磁干擾環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)可靠性不足的工程難題。選型時(shí)建議結(jié)合干擾等級(jí)和安裝條件綜合評(píng)估，以廠家最新技術(shù)方案為準(zhǔn)。