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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(jìn)程的不斷加快，電力電纜規(guī)模速度不斷擴(kuò)大、電壓等級(jí)也不斷提高，加之電纜因長期運(yùn)行而容易發(fā)生絕緣體老化，因而在內(nèi)部高負(fù)荷電流下易引起局部高溫甚至火災(zāi)。電力運(yùn)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(yùn)行的一個(gè)重要因素，因?yàn)闇囟仁菣z測電力電纜運(yùn)行是否出現(xiàn)故障的一個(gè)重要因素。當(dāng)電力電纜發(fā)生故障負(fù)荷過重時(shí)，故障點(diǎn)附近的溫度會(huì)上升，當(dāng)電纜負(fù)荷減少或故障排除，電纜整體問題也會(huì)隨著相應(yīng)降低。因而在電力電纜運(yùn)行中，運(yùn)用分布式光纖測溫系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)控，可以及時(shí)通過監(jiān)測電力電纜的溫度值掌握其運(yùn)行狀況，避免發(fā)生電纜故障。本文即擬通過對(duì)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(shù)原理

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

  分布式光纖DTS測溫系統(tǒng)是依據(jù)后向拉曼（Raman）散射效應(yīng)：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(dòng)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比光源波長長的斯托克斯光（Stokes）和一個(gè)比光源波長短的反斯托克斯光（Anti-Stokes），反斯托克斯光信號(hào)的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，斯托克斯光信號(hào)與溫度無關(guān)。從光波導(dǎo)內(nèi)任何一點(diǎn)的反斯托克斯光信號(hào)和斯托克斯光信號(hào)強(qiáng)度的比例中，可以得到該點(diǎn)的溫度。利用光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）技術(shù)通過光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間對(duì)這些熱點(diǎn)進(jìn)行定位。利用這一原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)

  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(dǎo)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(shù)操作上，傳統(tǒng)的電溫度傳感器主要是點(diǎn)式測量，易產(chǎn)生測量盲區(qū)，而且由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在實(shí)際工作中也不便于安裝、布線，日常維護(hù)工作量大，安裝和維護(hù)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(diǎn)，與傳統(tǒng)電纜感溫系統(tǒng)相比，它有以下優(yōu)點(diǎn)：

（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(bào)和漏報(bào)率大大降低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（2）抗電磁干擾，實(shí)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(shí)光纖傳感器的信號(hào)是以光信號(hào)為載體的，本征安全，不受任何外界電磁環(huán)境的干擾。可以不帶電進(jìn)場，因而消除了在含可燃混合氣體的區(qū)域可能造成的產(chǎn)生電火花的危險(xiǎn)性，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無電檢測，本質(zhì)安全。

（3）防雷

雷電經(jīng)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(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控

光纖的兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)幾十公里的遠(yuǎn)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(shí)際已成熟的產(chǎn)品也證明了這一點(diǎn)。

（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(hù)費(fèi)用，使用光纖傳感器可以大大降低整個(gè)工程的最終經(jīng)營成本，該監(jiān)測系統(tǒng)屬于熱力管道檢漏較理想的技術(shù)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(shí)時(shí)監(jiān)控

  光纖既是傳輸信息的導(dǎo)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(shí)時(shí)顯示線路上各點(diǎn)的溫度及整條線路的溫度變化曲線。在電纜中，各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線以及常規(guī)監(jiān)控指標(biāo)，在正常情況下顯示為監(jiān)控域全局狀態(tài)視圖，當(dāng)電纜溫度變化曲線出現(xiàn)異常時(shí)，分布式光纖測溫系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，將狀態(tài)視圖切入到報(bào)警畫面或故障信號(hào)所在區(qū)域分布圖，同時(shí)還會(huì)顯示故障區(qū)域的最高溫度或者其他相關(guān)的報(bào)警指標(biāo)。由于分布式測溫系統(tǒng)的測溫介質(zhì)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(diǎn)，因而可以精確的定位事故發(fā)生點(diǎn)，其實(shí)時(shí)監(jiān)測的時(shí)間一般不超過10s，溫度分辨率精度可達(dá)0.1℃，空間分辨率可達(dá)到2米，精度和準(zhǔn)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(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大，所以其測量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，方便調(diào)用不同時(shí)段數(shù)據(jù)在測量過程中同步瀏覽。

2.2 分級(jí)報(bào)警、安全保障

  分布式光纖測溫系統(tǒng)運(yùn)用于電力電纜在線監(jiān)測中是為了杜絕電纜溝內(nèi)各電纜接頭處由于溫度過高而引起火災(zāi)事故，它可以將各電纜接頭處的溫度及時(shí)準(zhǔn)確傳送到主控室內(nèi)，當(dāng)被測點(diǎn)的溫度值超過了預(yù)定的報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)便能夠及時(shí)報(bào)警。在實(shí)際工作中，光纖測溫系統(tǒng)可以對(duì)被測區(qū)域進(jìn)行劃分和編程，對(duì)其設(shè)置不同的報(bào)警值（如60℃、70℃、80℃）進(jìn)行分級(jí)報(bào)警，并且可以對(duì)不同的報(bào)警區(qū)域設(shè)置不同的報(bào)警類型，如定溫報(bào)警、差定溫報(bào)警、溫升速率報(bào)警、平均溫度報(bào)警、系統(tǒng)故障報(bào)警、光纖斷裂報(bào)警等，具有廣泛的適用性和實(shí)用性。在電力電纜運(yùn)行中通過分布式光纖測溫系統(tǒng)的在線監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)掌握整條線路的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電纜溝內(nèi)的火情進(jìn)行檢測和警報(bào)，防止事故的發(fā)生，提高電力電纜運(yùn)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(yùn)用于電力電纜的在線監(jiān)測還處于初級(jí)階段，技術(shù)尚不十分成熟。電力電纜運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測包括電纜測溫、載流量監(jiān)測、護(hù)層電流監(jiān)測、局放監(jiān)測等，應(yīng)根據(jù)電纜的電壓等級(jí)和各線路的不同側(cè)重點(diǎn)選擇設(shè)置其監(jiān)測功能，而按其重要性、經(jīng)濟(jì)性和消防等相關(guān)要求，電纜測溫功能應(yīng)首先被選擇。隨著我國電力電纜規(guī)模速度的不斷擴(kuò)大，電纜狀態(tài)的檢測也會(huì)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(jìn)行故障判斷和定位技術(shù)最有效的手段，將會(huì)被逐漸大規(guī)模地應(yīng)用于電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)中，給電力線路的正常運(yùn)行、檢修和監(jiān)測帶來很大方便。

四、結(jié)語

   綜上所述，分布式光纖測溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的多點(diǎn)、實(shí)時(shí)和在線監(jiān)測，能夠有效、實(shí)時(shí)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(yù)警功能，準(zhǔn)確及時(shí)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(yùn)行的安全和穩(wěn)定，避免電纜故障的發(fā)生，同時(shí)它也方便了電力部門及時(shí)對(duì)電纜老化和線路超負(fù)荷的日常維護(hù)，減少了由于停電對(duì)用戶造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前，分布式光纖測溫系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)電力系統(tǒng)中得到的廣泛的認(rèn)可和使用，隨著該系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的不斷增強(qiáng)，將使其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景更加廣闊。

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