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分布式光纖測溫系統(tǒng)在電力電纜中的應(yīng)用

一、分布式光纖測溫系統(tǒng)簡介

 分布式光纖測溫系統(tǒng)是一款連續(xù)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)。它利用光時域反射（OTDR）技術(shù)和拉曼（Raman）散射效應(yīng)測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器所探測，再經(jīng)高速信號采集和微弱信號處理，得到背向散射信號光的光強(qiáng)比值和返回時間，從而實(shí)時獲得溫度分布信息。具有實(shí)時在線、測溫精度高、本質(zhì)安全和不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn).對生產(chǎn)過程中的溫度和火災(zāi)情況進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，將故障和事故消除在萌芽狀態(tài)，真正做到防患于未然。

 二、測量原理
  分布式光纖測溫系統(tǒng)同時實(shí)現(xiàn)溫度測量和空間定位功能，其中溫度測量利用光纖自發(fā)拉曼（Raman）散射效應(yīng)，空間定位基于散射信號的回波時間（OTDR技術(shù)）。高速驅(qū)動電路驅(qū)動激光器發(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，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，兩者的波長不一樣，經(jīng)波分復(fù)用器分離后由高靈敏的探測器所探測。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返回探測器的時間是不一樣的，通過測量該回波時間即可確定散射信號所對應(yīng)的光纖位置；結(jié)合高速信號采集與數(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。分布式光纖測溫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。

圖1-1 分布式光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

分布式光纖測溫系統(tǒng)利用分布式光纖測溫技術(shù)可獲得傳感光纖上每一點(diǎn)的溫度信息，并在用戶軟件界面上實(shí)時顯示，如圖1-2所示。

 

圖1-1 分布式光纖測溫系統(tǒng)溫度分布曲線圖

 

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管道內(nèi)物質(zhì)的壓力、溫度、管壁應(yīng)力、流量進(jìn)行及時的在線測量。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)輸過程中經(jīng)常需要解決的問題是管道的泄漏檢測。因?yàn)楣艿佬孤┎坏珪茌斦＿\(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，還會對環(huán)境造成污染，甚至造成爆炸、火災(zāi)等事故。所以，對管道泄漏進(jìn)行預(yù)防和發(fā)現(xiàn)泄漏時的及時定位、報警具有至關(guān)重要的意義。

（二）電力電纜的溫度監(jiān)測

   在電力系統(tǒng)中，電纜線路起到傳輸高壓電能的作用。電纜常常會由于長期運(yùn)行而絕緣老化，會由于所處外部環(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，有必要對電纜進(jìn)行實(shí)時、在線監(jiān)測，及時地發(fā)現(xiàn)故障，將事故消除在萌芽狀態(tài)。分布式光纖測溫系統(tǒng)可以通過對電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，實(shí)時掌握整條線路的運(yùn)行狀態(tài)，有效監(jiān)測電纜在不同負(fù)載下的發(fā)熱狀態(tài)，提高對電纜的管理水平;可以對電纜溝內(nèi)的火情進(jìn)行監(jiān)測與報警，識別電力電纜的局部過熱點(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)行過程中的外力破壞。

(三)高壓配電裝置的溫度監(jiān)測
   開關(guān)柜內(nèi)的電纜接頭，10KV、35KV高壓開關(guān)柜中動靜觸頭及電氣設(shè)備的連接頭由于長期運(yùn)行，可靠性和接觸性會變差，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，便會造成嚴(yán)重故障，破壞供電的安全可靠。分布式光纖測溫系統(tǒng)可以將光纖纏繞在接頭上，實(shí)時監(jiān)測其溫度，在演變成事故前，及早發(fā)現(xiàn)并采取處理措施。對于發(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，增加了測量該區(qū)域的光纖長度，提高了測量的準(zhǔn)確性，并在溫度曲線中能快速地找到高溫故障點(diǎn)。
（四）變電站的溫度監(jiān)測
   分布式光纖測溫系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于變電站的溫度監(jiān)測中。它可以實(shí)現(xiàn)對主設(shè)備的溫度監(jiān)測，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)時監(jiān)測變壓器的套管、GIS穿墻管及導(dǎo)線連接處的溫度。它可以對開關(guān)柜內(nèi)易發(fā)熱部位實(shí)時進(jìn)行監(jiān)測，將其同開關(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、斷路器小車的一次插頭隔弧罩上或靜觸頭熱縮套上，可以實(shí)時監(jiān)測其溫度，在演變成事故之前，及早發(fā)現(xiàn)并采取措施。
   分布式光纖測溫系統(tǒng)具有測量精度高、測量時間短、測量距離長等特點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品，為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品，可滿足客戶的不同應(yīng)用需求。分布式光纖測溫系統(tǒng)具有定溫、差溫、溫升等多種報警算法，可提供聲、光、圖像和繼電器報警方式，同時提供豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口通訊方式方便與其他各類設(shè)備相連及數(shù)據(jù)采集，具備良好的兼容性和擴(kuò)展性。該系統(tǒng)已在國內(nèi)電力系統(tǒng)、管道測漏系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

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