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分布式光纖測溫系統在電纜隧道中的作用分析

  隨著(zhù)我國城市化進(jìn)程的不斷加快，電力電纜規模速度不斷擴大、電壓等級也不斷提高，加之電纜因長(cháng)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、穩定性問(wèn)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(gè)重要因素，因為溫度是檢測電力電纜運行是否出現故障的一個(gè)重要因素。當電力電纜發(fā)生故障負荷過(guò)重時(shí)，故障點(diǎn)附近的溫度會(huì )上升，當電纜負荷減少或故障排除，電纜整體問(wèn)題也會(huì )隨著(zhù)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進(jìn)行在線(xiàn)監控，可以及時(shí)通過(guò)監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(guò)對分布式光纖測溫系統的工作原理和特征的揭示，分析其在電力電纜在線(xiàn)監測中的作用。

一、分布式光纖測溫系統概述

1.1 分布式光纖測溫系統的技術(shù)原理

  DTS系統采用的是一種先進(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力變形影響等特點(diǎn)。

  分布式光纖DTS測溫系統是依據后向拉曼（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(dòng)，它會(huì )產(chǎn)生一個(gè)比光源波長(cháng)長(cháng)的斯托克斯光（Stokes）和一個(gè)比光源波長(cháng)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(guān)，斯托克斯光信號與溫度無(wú)關(guān)。從光波導內任何一點(diǎn)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(diǎn)的溫度。利用光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）技術(shù)通過(guò)光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間對這些熱點(diǎn)進(jìn)行定位。利用這一原理可以實(shí)現對沿光纖溫度場(chǎng)的分布式測量。

1.2 分布式光纖測溫系統的優(yōu)點(diǎn)

  傳統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，傳統的電溫度傳感器主要是點(diǎn)式測量，易產(chǎn)生測量盲區，而且由于結構較復雜，在實(shí)際工作中也不便于安裝、布線(xiàn)，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則很好地克服了上述弱點(diǎn)，與傳統電纜感溫系統相比，它有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）連續分布式測量

分布式光纖傳感器是真正的分布式測量，可以連續的得到沿著(zhù)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(shí)實(shí)現實(shí)時(shí)監測。

（2）抗電磁干擾，實(shí)現現場(chǎng)無(wú)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(jìn)場(chǎng)，因而消除了在含可燃混合氣體的區域可能造成的產(chǎn)生電火花的危險性，可實(shí)現現場(chǎng)無(wú)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，適于遠程監控

光纖的兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是傳輸數據量大和損耗小，在無(wú)需中繼的情況下，可以實(shí)現幾十公里的遠程監測。

（5）靈敏度高，測量精度高

理論上大多數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(cháng)、成本低、系統簡(jiǎn)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(cháng)的特性，通?？梢苑?0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(gè)工程的最終經(jīng)營(yíng)成本，該監測系統屬于熱力管道檢漏較理想的技術(shù)裝備。

二、布式光纖測溫系統在電力電纜在線(xiàn)監測中的作用

2.1 連續測溫、實(shí)時(shí)監控

  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能夠連續測溫，實(shí)時(shí)顯示線(xiàn)路上各點(diǎn)的溫度及整條線(xiàn)路的溫度變化曲線(xiàn)。在電纜中，各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)以及常規監控指標，在正常情況下顯示為監控域全局狀態(tài)視圖，當電纜溫度變化曲線(xiàn)出現異常時(shí)，分布式光纖測溫系統會(huì )發(fā)出報警信號，將狀態(tài)視圖切入到報警畫(huà)面或故障信號所在區域分布圖，同時(shí)還會(huì )顯示故障區域的最高溫度或者其他相關(guān)的報警指標。由于分布式測溫系統的測溫介質(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)監測的時(shí)間一般不超過(guò)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由于所帶數據庫基于CPU技術(shù)存儲數據量大，所以其測量數據存儲在系統中，方便調用不同時(shí)段數據在測量過(guò)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運用于電力電纜在線(xiàn)監測中是為了杜絕電纜溝內各電纜接頭處由于溫度過(guò)高而引起火災事故，它可以將各電纜接頭處的溫度及時(shí)準確傳送到主控室內，當被測點(diǎn)的溫度值超過(guò)了預定的報警值時(shí)，系統便能夠及時(shí)報警。在實(shí)際工作中，光纖測溫系統可以對被測區域進(jìn)行劃分和編程，對其設置不同的報警值（如60℃、70℃、80℃）進(jìn)行分級報警，并且可以對不同的報警區域設置不同的報警類(lèi)型，如定溫報警、差定溫報警、溫升速率報警、平均溫度報警、系統故障報警、光纖斷裂報警等，具有廣泛的適用性和實(shí)用性。在電力電纜運行中通過(guò)分布式光纖測溫系統的在線(xiàn)監測，可以實(shí)時(shí)掌握整條線(xiàn)路的運行狀態(tài)，對電纜溝內的火情進(jìn)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前景展望

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

四、結語(yǔ)

   綜上所述，分布式光纖測溫系統實(shí)現了電力系統運行設備的多點(diǎn)、實(shí)時(shí)和在線(xiàn)監測，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警功能，準確及時(shí)地排除電纜故障，是目前電力電纜在線(xiàn)監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定，避免電纜故障的發(fā)生，同時(shí)它也方便了電力部門(mén)及時(shí)對電纜老化和線(xiàn)路超負荷的日常維護，減少了由于停電對用戶(hù)造成的經(jīng)濟損失。當前，分布式光纖測溫系統已經(jīng)在國內電力系統中得到的廣泛的認可和使用，隨著(zhù)該系統穩定性和可靠性的不斷增強，將使其在電力系統中的應用前景更加廣闊。

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