分布式光纖測溫系統(tǒng)在電纜隧道中的作用分析

  隨著我國城市化進程的不斷加快，電力電纜規(guī)模速度不斷擴大、電壓等級也不斷提高，加之電纜因長期運行而容易發(fā)生絕緣體老化，因而在內部高負荷電流下易引起局部高溫甚至火災。電力運行的安全性、穩(wěn)定性問題日益突出。研究表明，溫度是影響電力電纜安全運行的一個重要因素，因為溫度是檢測電力電纜運行是否出現(xiàn)故障的一個重要因素。當電力電纜發(fā)生故障負荷過重時，故障點附近的溫度會上升，當電纜負荷減少或故障排除，電纜整體問題也會隨著相應降低。因而在電力電纜運行中，運用分布式光纖測溫系統(tǒng)進行在線監(jiān)控，可以及時通過監(jiān)測電力電纜的溫度值掌握其運行狀況，避免發(fā)生電纜故障。本文即擬通過對分布式光纖測溫系統(tǒng)的工作原理和特征的揭示，分析其在電力電纜在線監(jiān)測中的作用。

一、分布式光纖測溫系統(tǒng)概述

1.1 分布式光纖測溫系統(tǒng)的技術原理

  DTS系統(tǒng)采用的是一種先進的拉曼光時域分析光纖測溫技術，其具有定位精確，測量精度高，測溫精度不受光纜應力變形影響等特點。

  分布式光纖DTS測溫系統(tǒng)是依據(jù)后向拉曼（Raman）散射效應：激光脈沖與光纖分子相互作用, 發(fā)生散射，散射有多種，其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動，它會產生一個比光源波長長的斯托克斯光（Stokes）和一個比光源波長短的反斯托克斯光（Anti-Stokes），反斯托克斯光信號的強度與溫度有關，斯托克斯光信號與溫度無關。從光波導內任何一點的反斯托克斯光信號和斯托克斯光信號強度的比例中，可以得到該點的溫度。利用光時域反射技術（OTDR）技術通過光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時間對這些熱點進行定位。利用這一原理可以實現(xiàn)對沿光纖溫度場的分布式測量。

1.2 分布式光纖測溫系統(tǒng)的優(yōu)點

  傳統(tǒng)的溫度傳感器的主要包括熱力傳感器、熱電阻傳感器以及一些特殊的半導體傳感器等，這些傳感器安全性和穩(wěn)定性并不高，容易受電磁干擾，而且還易燃、易爆，抗腐蝕性能力較差。在技術操作上，傳統(tǒng)的電溫度傳感器主要是點式測量，易產生測量盲區(qū)，而且由于結構較復雜，在實際工作中也不便于安裝、布線，日常維護工作量大，安裝和維護的成本高。分布式光釬測溫系統(tǒng)則很好地克服了上述弱點，與傳統(tǒng)電纜感溫系統(tǒng)相比，它有以下優(yōu)點：

（1）連續(xù)分布式測量

分布式光纖傳感器是真正的分布式測量，可以連續(xù)的得到沿著探測光纜幾十公里的測量信息，誤報和漏報率大大降低，同時實現(xiàn)實時監(jiān)測。

（2）抗電磁干擾，實現(xiàn)現(xiàn)場無電檢測

光纖本身是石英材料組成的，完全的電絕緣；同時光纖傳感器的信號是以光信號為載體的，本征安全，不受任何外界電磁環(huán)境的干擾?？梢圆粠щ娺M場，因而消除了在含可燃混合氣體的區(qū)域可能造成的產生電火花的危險性，可實現(xiàn)現(xiàn)場無電檢測，本質安全。

（3）防雷

雷電經常破壞大量電測傳感器。光纖傳感器由于完全的電絕緣，可以抵抗高電壓和高電流的沖擊

（4）測量距離遠，適于遠程監(jiān)控

光纖的兩個突出優(yōu)點就是傳輸數(shù)據(jù)量大和損耗小，在無需中繼的情況下，可以實現(xiàn)幾十公里的遠程監(jiān)測。

（5）靈敏度高，測量精度高

理論上大多數(shù)光纖傳感器的靈敏度和測量精度都優(yōu)于一般的傳感器，實際已成熟的產品也證明了這一點。

（6）壽命長、成本低、系統(tǒng)簡單

光纖的材料一般皆為石英玻璃，其具有不腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，通常可以服役30年。綜合考慮傳感器的自身成本以及以后的維護費用，使用光纖傳感器可以大大降低整個工程的最終經營成本，該監(jiān)測系統(tǒng)屬于熱力管道檢漏較理想的技術裝備。

二、布式光纖測溫系統(tǒng)在電力電纜在線監(jiān)測中的作用

2.1 連續(xù)測溫、實時監(jiān)控

  光纖既是傳輸信息的導體，又是分布測量的傳感器。分布式光纖測溫系統(tǒng)能夠連續(xù)測溫，實時顯示線路上各點的溫度及整條線路的溫度變化曲線。在電纜中，各點溫度隨時間變化曲線以及常規(guī)監(jiān)控指標，在正常情況下顯示為監(jiān)控域全局狀態(tài)視圖，當電纜溫度變化曲線出現(xiàn)異常時，分布式光纖測溫系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，將狀態(tài)視圖切入到報警畫面或故障信號所在區(qū)域分布圖，同時還會顯示故障區(qū)域的最高溫度或者其他相關的報警指標。由于分布式測溫系統(tǒng)的測溫介質采用光纖，這種材料本身就具有測量精度高、測量速度快的特點，因而可以精確的定位事故發(fā)生點，其實時監(jiān)測的時間一般不超過10s，溫度分辨率精度可達0.1℃，空間分辨率可達到2米，精度和準確度極高。此外，分布式光纖測溫系統(tǒng)由于所帶數(shù)據(jù)庫基于CPU技術存儲數(shù)據(jù)量大，所以其測量數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)中，方便調用不同時段數(shù)據(jù)在測量過程中同步瀏覽。

2.2 分級報警、安全保障

  分布式光纖測溫系統(tǒng)運用于電力電纜在線監(jiān)測中是為了杜絕電纜溝內各電纜接頭處由于溫度過高而引起火災事故，它可以將各電纜接頭處的溫度及時準確傳送到主控室內，當被測點的溫度值超過了預定的報警值時，系統(tǒng)便能夠及時報警。在實際工作中，光纖測溫系統(tǒng)可以對被測區(qū)域進行劃分和編程，對其設置不同的報警值（如60℃、70℃、80℃）進行分級報警，并且可以對不同的報警區(qū)域設置不同的報警類型，如定溫報警、差定溫報警、溫升速率報警、平均溫度報警、系統(tǒng)故障報警、光纖斷裂報警等，具有廣泛的適用性和實用性。在電力電纜運行中通過分布式光纖測溫系統(tǒng)的在線監(jiān)測，可以實時掌握整條線路的運行狀態(tài)，對電纜溝內的火情進行檢測和警報，防止事故的發(fā)生，提高電力電纜運行的安全性。

三、分布式光纖測溫系統(tǒng)前景展望

  目前，分布式光纖測溫系統(tǒng)運用于電力電纜的在線監(jiān)測還處于初級階段，技術尚不十分成熟。電力電纜運行狀態(tài)的在線監(jiān)測包括電纜測溫、載流量監(jiān)測、護層電流監(jiān)測、局放監(jiān)測等，應根據(jù)電纜的電壓等級和各線路的不同側重點選擇設置其監(jiān)測功能，而按其重要性、經濟性和消防等相關要求，電纜測溫功能應首先被選擇。隨著我國電力電纜規(guī)模速度的不斷擴大，電纜狀態(tài)的檢測也會不斷完善，分布式光纖測溫系統(tǒng)作為目前電力電纜在線監(jiān)測進行故障判斷和定位技術最有效的手段，將會被逐漸大規(guī)模地應用于電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)中，給電力線路的正常運行、檢修和監(jiān)測帶來很大方便。

四、結語

   綜上所述，分布式光纖測溫系統(tǒng)實現(xiàn)了電力系統(tǒng)運行設備的多點、實時和在線監(jiān)測，能夠有效、實時地提供電力電纜的分布式溫度信息，為電纜故障提供溫度預警功能，準確及時地排除電纜故障，是目前電力電纜在線監(jiān)測最有效的手段之一。它不僅能夠有效提高電力電纜運行的安全和穩(wěn)定，避免電纜故障的發(fā)生，同時它也方便了電力部門及時對電纜老化和線路超負荷的日常維護，減少了由于停電對用戶造成的經濟損失。當前，分布式光纖測溫系統(tǒng)已經在國內電力系統(tǒng)中得到的廣泛的認可和使用，隨著該系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的不斷增強，將使其在電力系統(tǒng)中的應用前景更加廣闊。

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