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摘要：本文通过对近年来研发出的分布式光纤温度传感技术，分析其利用光脉冲测定温度的原理，对陡河发电厂输煤区域电缆分布式光纤测温系统进行分析。
关键词：分布式光纤测温，电缆，在线监测
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：
1分布式光纤传感器的测温原理
分布式光纤传感器工作依据主要是光纤的光时域反射原理及后向拉曼散射温度效应。即该传感器用OTDR技术空间定位，用拉曼散射效应测温。主处理机中的激光光源向光纤注入脉冲后，有一小部分拉曼散射光包含（Stokes Light和Anti-stokes Light两种光波）。两种光波会沿光纤反射回来，Anti-stokes Light与Stokes Light光子强度的比值与温度关系可用式
（1）
表示，得到被测点温度信息，根据式L=vt/2计算拉曼散射光的返程时间可得被测点的空间距离，进而得到整条光纤分布的温度信息。
主处理机和控制电脑对拉曼散射光进行分析和处理，计算出被测物每一点的温度和位置。最后输出的是整条光纤（最长30km）上的温度分布图。
在实际测量时，与光子数比值相应的信号电平的比值在实验中可测到，起始温度为已知，则从（1）式可确定光纤上各点的温度。有人使用长波段的LD(laser diode)做光源，用该系统（测试光纤长2 km）实际测温精度达到±1 K，空间分辨率达到1 m 。
2陡河发电厂输煤区域电缆运行状况分析
陡河发电厂输煤区域是电缆运行环境最恶劣的区域，也是极容易引起火灾隐患的区域，存在的主要隐患及原因有以下几个方面
2.1 电缆桥架积粉严重，电缆散热困难。
造成输煤区域电缆桥架积分严重的原因主要有输煤系统自投产以来没有进行彻底清理、输煤系统粉尘污染大、大面积开展积粉清理工作难度大，任务重。主要是母线停电困难，带电水喷淋对电气设备有较大隐患，特别是大负荷期间更是如此。
2.2 电缆距离热源管道及输煤皮带距离近。
根据二十五项反措的要求架空电缆与热体管路应保持足够的距离，控制电缆不小于0.5m，动力电缆不小于1m，与热力管道交叉时，控制电缆不小于0.25m，动力电缆不小于0.5m。输煤区域内的电缆桥架部分距离供热管道较近，皮带线上的动力电缆距离皮带传输机构较近，这就造成电缆肯能由于热蒸汽及皮带线机构发热打火造成损坏。
3 对输煤区域安装电缆在线监测系统的基本要求
基于对输煤系统电缆运行状况的分析及我厂原有电缆热故障预防系统的分析，输煤区域安装的电缆在线测温系统需满足以下要求。
3.1测量、报警、定位及时准确。
输煤区域在电厂分布很广，在我厂从输煤动力盘至最远的30米皮带线，距离超过1km，因此需要该系统对电缆温度的测量准确，报警及时，定位精准，减少误报警的几率，否则运行或检修人员的工作量将加大，定位不准将使故障点很难在第一时间发现。
3.2测温系统可靠，防尘、防粉、防水蒸汽。
输煤区域电缆桥架周边环境恶劣，煤粉、灰尘、水蒸气等均有，因此必须保证该在线测温系统具备，防尘、防粉、防水蒸汽的能力。且现场不具备安装采集器等其它元器件的环境。
4 分布式测温检测系统的选择及特点
通过比较分析，确定在输煤区域使用分布式光纤测温系统对电缆运行状况进行实时监测。
4.1 系统组成
分布式光纤测温系统结构简单直观，该系统主要由温度传感光纤（或光缆）、测温主机（连续分布全光纤测温仪）、监控子系统（工业计算机）、报警控制盘和系统软件五大部分组成。
每套系统配置为：
前端温度采集部分——感温光缆
信号传输部分——光纤跳线
信号处理及分析——DTS测温主机
报警控制盘——工控机、声光报警器、短信报警器、机柜
系统软件——DTS测温软件、综合报警软件
4.2 感温光缆
所选则敢问光缆特点：光缆防水、防震、外径小，结构简单，热渗透快，测温响应快、采用不锈钢无缝管保护，很好的机械性能、低烟无卤阻燃外护套，良好的电气绝缘性能。用途：高速公司隧道、电缆沟槽、电缆表面、电力机房等光纤分布式测温，其主要参数见表4-2
表4-2
4.3 DTS测温主机
1）高性能、低功耗、高可靠
产品都为低功耗设计可保证系统平均无故障工作时间为200000h以上,其它产品装了风扇（风扇寿命一般只有30000-50000h）
2）丰富的接口功能（双显示支持）
在板集成丰富的各种功能接口，其它家产品一般只有常用的接口，我司产品在板集成DVI、TV-OUT、LVDS、VGA等多种显示接口，并可做高可靠的双显示系统（显示不同内容），其它产品要做双显示系统需要在增加一块显示卡（成本高、系统可靠度、稳定性均不佳）
3）抗震动性强主机上所有器件具有极强的抗震性；且公司的产品具有超过5年行业应用的成功应用经验,充分验证了其稳定可靠性。
4）工作温度宽 工作温度为：-25～70°C 储存温度为：-40~85°C
5）平均无故障工作时间长 此板为科技标准化的高可靠免维护产品, 板极产品平均無故障工作时间为10年以上。
6）可持续供货时间长 确保8-10年稳定且持续供货。
7）嵌入式产品,防震、防尘、防潮,及电磁兼容性,MTBF,MTTR的实现
4.4 系统主机性能指标
测量距离：2、4、8、10公里可选通道数 :
1，2，4，6，8，16可选(光开关)
取样间隔:1米
定位精度 :1 米
测量时间 :<20
秒温度分辨率 :
0.1℃报警分区 :
200 个/每路继电器输出：
64路(可扩展)通讯接口：
2 个 RS232 接口支持MODBUS，1个以太网接口
4.5光纤测温预警系统软件特点
强大的数据处理、显示和管理功能；
友好的图形直观显示和中文操作界面；
分级权限管理功能；
方便设置、调整多极过热、过冷、温升、温降报警阀值。
可以进行大量分区，对各被监测区的温度变化趋势进行智能分析，并准确定位。
保存并可随时查询历史数据，打印报表。
联入局域网系统或其他网络系统，实现远程监控与信息共享。
可与报警、消防、视频监控等设备联动。
具有自诊断功能，可瞬时判定光纤或光缆故障并准确定位。
优异的功能扩展特性
4.6硬件安装实地设计
4.6.1 感温光纤的敷设
输煤区域电缆数量多，环境复杂，且电缆走向上经常有人工作，因此对不同形式电缆要采用不同形式的感温光缆敷设方式，保证其测量全面准确并且不易备破坏坏。
（1）电缆桥架感温光纤的安装
感温光缆安装在电缆桥架上时，宜以正弦波方式铺设于所有被保护的动力电缆或控制电缆的外护套上面，尽可能采用接触安装。具体安装方法参照见图4-3
，固定卡具选用阻燃塑料卡具。
图4-3 桥架感温光缆安装方式
此时，铺设感温光缆的总长度按下列公式确定：
感温光缆的长度 = 托架长×倍率系数
倍率系数按下表4-4选定：
表4-4倍率系数表
感温光缆以正弦波方式铺设在动力电缆上时，其固定卡具的数目计算方法如下：固定卡具数目 = 正弦波半波个数×2+1。如图4-4
图4-4 动力电缆感温光纤敷设图
（2）主干电缆探测光缆安装
电缆表面探测光缆的敷设，用绝缘扎带将光缆固定于电缆表面，使光缆与电缆的外表面紧密结合，每隔0.5m通过扎线将光缆固定在电缆表面，同时确保光缆不能承受比较大的应力。敷设示意如下图4-5所示。
图4-5主干电缆测温布置图
（3）电缆接头探测光缆安装：
为保证测量精度，电缆接头探测光缆的安装采用跳线方式，电缆接头处预留3倍接头长度的光缆，将光缆双股缠绕在电缆接头上，光缆与电缆接头紧密接触。示意图见4-6
图4-6电缆接头探测光缆安装
4.6.2 感温光缆敷设路径设计
输煤区域电缆路径较长，穿过的区域面积大，设备多，皮带线多，如果盲目敷设未经设计不仅会造成感温光缆的浪费，而且显示画面会复杂凌乱，不利于运行、检修人员找到报警位置，因此在敷设前要设计出敷设路径和画面。
4.7 系统安装后达到的效果及主要功能
经过制定合理全员的技术要求，系统安装后具备了分布式光纤测温系统的优越功能并符合陡河发电厂的实际情况，系统主要功能有：登录及用户权限管理、站管理、用户管理、设备曲线、实时曲线、数据分析、报警设置、报警信息、统计报表、基础管理、系统管理等。
关键词：分布式光纤测温，电缆，在线监测
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：
1分布式光纤传感器的测温原理
分布式光纤传感器工作依据主要是光纤的光时域反射原理及后向拉曼散射温度效应。即该传感器用OTDR技术空间定位，用拉曼散射效应测温。主处理机中的激光光源向光纤注入脉冲后，有一小部分拉曼散射光包含（Stokes Light和Anti-stokes Light两种光波）。两种光波会沿光纤反射回来，Anti-stokes Light与Stokes Light光子强度的比值与温度关系可用式
（1）
表示，得到被测点温度信息，根据式L=vt/2计算拉曼散射光的返程时间可得被测点的空间距离，进而得到整条光纤分布的温度信息。
主处理机和控制电脑对拉曼散射光进行分析和处理，计算出被测物每一点的温度和位置。最后输出的是整条光纤（最长30km）上的温度分布图。
在实际测量时，与光子数比值相应的信号电平的比值在实验中可测到，起始温度为已知，则从（1）式可确定光纤上各点的温度。有人使用长波段的LD(laser diode)做光源，用该系统（测试光纤长2 km）实际测温精度达到±1 K，空间分辨率达到1 m 。
2陡河发电厂输煤区域电缆运行状况分析
陡河发电厂输煤区域是电缆运行环境最恶劣的区域，也是极容易引起火灾隐患的区域，存在的主要隐患及原因有以下几个方面
2.1 电缆桥架积粉严重，电缆散热困难。
造成输煤区域电缆桥架积分严重的原因主要有输煤系统自投产以来没有进行彻底清理、输煤系统粉尘污染大、大面积开展积粉清理工作难度大，任务重。主要是母线停电困难，带电水喷淋对电气设备有较大隐患，特别是大负荷期间更是如此。
2.2 电缆距离热源管道及输煤皮带距离近。
根据二十五项反措的要求架空电缆与热体管路应保持足够的距离，控制电缆不小于0.5m，动力电缆不小于1m，与热力管道交叉时，控制电缆不小于0.25m，动力电缆不小于0.5m。输煤区域内的电缆桥架部分距离供热管道较近，皮带线上的动力电缆距离皮带传输机构较近，这就造成电缆肯能由于热蒸汽及皮带线机构发热打火造成损坏。
3 对输煤区域安装电缆在线监测系统的基本要求
基于对输煤系统电缆运行状况的分析及我厂原有电缆热故障预防系统的分析，输煤区域安装的电缆在线测温系统需满足以下要求。
3.1测量、报警、定位及时准确。
输煤区域在电厂分布很广，在我厂从输煤动力盘至最远的30米皮带线，距离超过1km，因此需要该系统对电缆温度的测量准确，报警及时，定位精准，减少误报警的几率，否则运行或检修人员的工作量将加大，定位不准将使故障点很难在第一时间发现。
3.2测温系统可靠，防尘、防粉、防水蒸汽。
输煤区域电缆桥架周边环境恶劣，煤粉、灰尘、水蒸气等均有，因此必须保证该在线测温系统具备，防尘、防粉、防水蒸汽的能力。且现场不具备安装采集器等其它元器件的环境。
4 分布式测温检测系统的选择及特点
通过比较分析，确定在输煤区域使用分布式光纤测温系统对电缆运行状况进行实时监测。
4.1 系统组成
分布式光纤测温系统结构简单直观，该系统主要由温度传感光纤（或光缆）、测温主机（连续分布全光纤测温仪）、监控子系统（工业计算机）、报警控制盘和系统软件五大部分组成。
每套系统配置为：
前端温度采集部分——感温光缆
信号传输部分——光纤跳线
信号处理及分析——DTS测温主机
报警控制盘——工控机、声光报警器、短信报警器、机柜
系统软件——DTS测温软件、综合报警软件
4.2 感温光缆
所选则敢问光缆特点：光缆防水、防震、外径小，结构简单，热渗透快，测温响应快、采用不锈钢无缝管保护，很好的机械性能、低烟无卤阻燃外护套，良好的电气绝缘性能。用途：高速公司隧道、电缆沟槽、电缆表面、电力机房等光纤分布式测温，其主要参数见表4-2
表4-2
4.3 DTS测温主机
1）高性能、低功耗、高可靠
产品都为低功耗设计可保证系统平均无故障工作时间为200000h以上,其它产品装了风扇（风扇寿命一般只有30000-50000h）
2）丰富的接口功能（双显示支持）
在板集成丰富的各种功能接口，其它家产品一般只有常用的接口，我司产品在板集成DVI、TV-OUT、LVDS、VGA等多种显示接口，并可做高可靠的双显示系统（显示不同内容），其它产品要做双显示系统需要在增加一块显示卡（成本高、系统可靠度、稳定性均不佳）
3）抗震动性强主机上所有器件具有极强的抗震性；且公司的产品具有超过5年行业应用的成功应用经验,充分验证了其稳定可靠性。
4）工作温度宽 工作温度为：-25～70°C 储存温度为：-40~85°C
5）平均无故障工作时间长 此板为科技标准化的高可靠免维护产品, 板极产品平均無故障工作时间为10年以上。
6）可持续供货时间长 确保8-10年稳定且持续供货。
7）嵌入式产品,防震、防尘、防潮,及电磁兼容性,MTBF,MTTR的实现
4.4 系统主机性能指标
测量距离：2、4、8、10公里可选通道数 :
1，2，4，6，8，16可选(光开关)
取样间隔:1米
定位精度 :1 米
测量时间 :<20
秒温度分辨率 :
0.1℃报警分区 :
200 个/每路继电器输出：
64路(可扩展)通讯接口：
2 个 RS232 接口支持MODBUS，1个以太网接口
4.5光纤测温预警系统软件特点
强大的数据处理、显示和管理功能；
友好的图形直观显示和中文操作界面；
分级权限管理功能；
方便设置、调整多极过热、过冷、温升、温降报警阀值。
可以进行大量分区，对各被监测区的温度变化趋势进行智能分析，并准确定位。
保存并可随时查询历史数据，打印报表。
联入局域网系统或其他网络系统，实现远程监控与信息共享。
可与报警、消防、视频监控等设备联动。
具有自诊断功能，可瞬时判定光纤或光缆故障并准确定位。
优异的功能扩展特性
4.6硬件安装实地设计
4.6.1 感温光纤的敷设
输煤区域电缆数量多，环境复杂，且电缆走向上经常有人工作，因此对不同形式电缆要采用不同形式的感温光缆敷设方式，保证其测量全面准确并且不易备破坏坏。
（1）电缆桥架感温光纤的安装
感温光缆安装在电缆桥架上时，宜以正弦波方式铺设于所有被保护的动力电缆或控制电缆的外护套上面，尽可能采用接触安装。具体安装方法参照见图4-3
，固定卡具选用阻燃塑料卡具。
图4-3 桥架感温光缆安装方式
此时，铺设感温光缆的总长度按下列公式确定：
感温光缆的长度 = 托架长×倍率系数
倍率系数按下表4-4选定：
表4-4倍率系数表
感温光缆以正弦波方式铺设在动力电缆上时，其固定卡具的数目计算方法如下：固定卡具数目 = 正弦波半波个数×2+1。如图4-4
图4-4 动力电缆感温光纤敷设图
（2）主干电缆探测光缆安装
电缆表面探测光缆的敷设，用绝缘扎带将光缆固定于电缆表面，使光缆与电缆的外表面紧密结合，每隔0.5m通过扎线将光缆固定在电缆表面，同时确保光缆不能承受比较大的应力。敷设示意如下图4-5所示。
图4-5主干电缆测温布置图
（3）电缆接头探测光缆安装：
为保证测量精度，电缆接头探测光缆的安装采用跳线方式，电缆接头处预留3倍接头长度的光缆，将光缆双股缠绕在电缆接头上，光缆与电缆接头紧密接触。示意图见4-6
图4-6电缆接头探测光缆安装
4.6.2 感温光缆敷设路径设计
输煤区域电缆路径较长，穿过的区域面积大，设备多，皮带线多，如果盲目敷设未经设计不仅会造成感温光缆的浪费，而且显示画面会复杂凌乱，不利于运行、检修人员找到报警位置，因此在敷设前要设计出敷设路径和画面。
4.7 系统安装后达到的效果及主要功能
经过制定合理全员的技术要求，系统安装后具备了分布式光纤测温系统的优越功能并符合陡河发电厂的实际情况，系统主要功能有：登录及用户权限管理、站管理、用户管理、设备曲线、实时曲线、数据分析、报警设置、报警信息、统计报表、基础管理、系统管理等。