分布式光纖測(cè)溫電纜應(yīng)用解決方案

一、分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)介

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是一款連續(xù)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)。它利用光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)和拉曼（Raman）散射效應(yīng)測(cè)量沿光纖分布的溫度變化。該系統(tǒng)中光纖既是傳輸介質(zhì)，又是傳感器，激光脈沖沿光纖向前傳輸，激光與光纖介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生極為微弱的背向拉曼散射光（溫度敏感的anti-stokes光和溫度不敏感的stokes光），經(jīng)波分復(fù)用器分離后由高靈敏光電探測(cè)器所探測(cè)，再經(jīng)高速信號(hào)采集和微弱信號(hào)處理，得到背向散射信號(hào)光的光強(qiáng)比值和返回時(shí)間，從而實(shí)時(shí)獲得溫度分布信息。具有實(shí)時(shí)在線、測(cè)溫精度高、本質(zhì)安全和不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn).對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度和火災(zāi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，將故障和事故消除在萌芽狀態(tài)，真正做到防患于未然。

二、測(cè)量原理

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和空間定位功能，其中溫度測(cè)量利用光纖自發(fā)拉曼（Raman）散射效應(yīng)，空間定位基于散射信號(hào)的回波時(shí)間（OTDR技術(shù)）。高速驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出一窄脈寬激光脈沖，激光脈沖經(jīng)波分復(fù)用器后沿傳感光纖向前傳輸，激光脈沖與光纖分子相互作用，產(chǎn)生多種微弱的背向散射，包括瑞利（Rayleigh）散射、布里淵（Brillouin）散射和拉曼（Raman）散射等，其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動(dòng)，產(chǎn)生溫度不敏感的斯托克斯（Stokes）光和溫度敏感的反斯托克斯（Anti-Stokes）光，兩者的波長(zhǎng)不一樣，經(jīng)波分復(fù)用器分離后由高靈敏的探測(cè)器所探測(cè)。光纖中的Anti-Stokes光強(qiáng)受外界溫度調(diào)制，Anti-Stokes與Stokes的光強(qiáng)比值準(zhǔn)確反映了溫度信息；不同位置的拉曼散射信號(hào)返回探測(cè)器的時(shí)間是不一樣的，通過(guò)測(cè)量該回波時(shí)間即可確定散射信號(hào)所對(duì)應(yīng)的光纖位置；結(jié)合高速信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可準(zhǔn)確、快速地獲得整根傳感光纖的溫度分布信息。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

(一)油、氣、水綜合管道方面的應(yīng)用
伴隨著分布式光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展，我們就能夠只利用幾根或一根光纖而對(duì)管道內(nèi)物質(zhì)的壓力、溫度、管壁應(yīng)力、流量進(jìn)行及時(shí)的在線測(cè)量。這有利于管道監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，所以，在輸油管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)中充分應(yīng)用分布式光纖傳感器有著很好的前景。其不但有利于泄漏檢測(cè)技術(shù)在定位和精確性方面的發(fā)展，而且具有一定的便利性，經(jīng)濟(jì)性，以更好的維護(hù)輸油管道的發(fā)展。

在輸油管道運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)常需要解決的問(wèn)題是管道的泄漏檢測(cè)。因?yàn)楣艿佬孤┎坏珪?huì)對(duì)管輸正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，而且在輸送腐蝕性、有毒害、易燃易爆的物體時(shí)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，甚至造成爆炸、火災(zāi)等事故。所以，對(duì)管道泄漏進(jìn)行預(yù)防和發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)的及時(shí)定位、報(bào)警具有至關(guān)重要的意義。

（二）電力電纜的溫度監(jiān)測(cè)

在電力系統(tǒng)中，電纜線路起到傳輸高壓電能的作用。電纜常常會(huì)由于長(zhǎng)期運(yùn)行而絕緣老化，會(huì)由于所處外部環(huán)境惡劣及內(nèi)部高負(fù)荷電流而引起局部高溫甚至火災(zāi)。因此，有必要對(duì)電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障，將事故消除在萌芽狀態(tài)。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握整條線路的運(yùn)行狀態(tài)，有效監(jiān)測(cè)電纜在不同負(fù)載下的發(fā)熱狀態(tài)，提高對(duì)電纜的管理水平;可以對(duì)電纜溝內(nèi)的火情進(jìn)行監(jiān)測(cè)與報(bào)警，識(shí)別電力電纜的局部過(guò)熱點(diǎn)，提前發(fā)現(xiàn)電纜故障并預(yù)警，預(yù)防事故的發(fā)生;可以優(yōu)化輸配電的資本，根據(jù)溫度可以確定電纜的負(fù)荷變化，合理地配置負(fù)荷，擴(kuò)大現(xiàn)有電纜的容量，增加電纜的工作壽命;可以發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行過(guò)程中的外力破壞。

光纖測(cè)溫探頭                                                 熒光光纖解析儀                                                      熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)

(三)高壓配電裝置的溫度監(jiān)測(cè)
開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電纜接頭，10KV、35KV高壓開(kāi)關(guān)柜中動(dòng)靜觸頭及電氣設(shè)備的連接頭由于長(zhǎng)期運(yùn)行，可靠性和接觸性會(huì)變差，是易出故障的薄弱環(huán)節(jié)。其原因主要是這些部位接觸不良、接觸電阻較大，在大電流情況下熱功率很大，從而造成過(guò)熱，加劇接觸面氧化，使得接觸電阻進(jìn)一步增大，形成惡性循環(huán)，發(fā)展到一定程度，便會(huì)造成嚴(yán)重故障，破壞供電的安全可靠。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)可以將光纖纏繞在接頭上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其溫度，在演變成事故前，及早發(fā)現(xiàn)并采取處理措施。對(duì)于發(fā)電機(jī)繞組、變壓器等體積比較大的重要部件，可將光纖纏繞在其表面，增加了測(cè)量該區(qū)域的光纖長(zhǎng)度，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，并在溫度曲線中能快速地找到高溫故障點(diǎn)。

部分參數(shù)

（四）變電站的溫度監(jiān)測(cè)
分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于變電站的溫度監(jiān)測(cè)中。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，通常采用帶有外護(hù)套的光纖電纜作為主變壓器室火情監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)，采用熱塑料外護(hù)套的光纖電纜進(jìn)行“0距離”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的套管、GIS穿墻管及導(dǎo)線連接處的溫度。它可以對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)易發(fā)熱部位實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將其同開(kāi)關(guān)柜體的通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，可以使柜內(nèi)的溫度始終保持在允許的范圍內(nèi);將光纖纏繞在柜體內(nèi)電纜接頭上、斷路器小車(chē)的一次插頭隔弧罩上或靜觸頭熱縮套上，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其溫度，在演變成事故之前，及早發(fā)現(xiàn)并采取措施。