分布式光纤测温系统在电缆隧道中的作用分析

随着我国城市化进程的不断加快，电力电缆规模速度不断扩大、电压等级也不断提高，加之电缆因长期运行而容易发生绝缘体老化，因而在内部高负荷电流下易引起局部高温甚至火灾。电力运行的安全性、稳定性问题日益突出。研究表明，温度是影响电力电缆安全运行的一个重要因素，因为温度是检测电力电缆运行是否出现故障的一个重要因素。当电力电缆发生故障负荷过重时，故障点附近的温度会上升，当电缆负荷减少或故障排除，电缆整体问题也会随着相应降低。因而在电力电缆运行中，运用分布式光纤测温系统进行在线监控，可以及时通过监测电力电缆的温度值掌握其运行状况，避免发生电缆故障。本文即拟通过对分布式光纤测温系统的工作原理和特征的揭示，分析其在电力电缆在线监测中的作用。

一、分布式光纤测温系统概述

1.1 分布式光纤测温系统的技术原理

DTS系统采用的是一种先进的拉曼光时域分析光纤测温技术，其具有定位精确，测量精度高，测温精度不受光缆应力变形影响等特点。

 

分布式光纤DTS测温系统是依据后向拉曼（Raman）散射效应：激光脉冲与光纤分子相互作用, 发生散射，散射有多种，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的斯托克斯光（Stokes）和一个比光源波长短的反斯托克斯光（Anti-Stokes），反斯托克斯光信号的强度与温度有关，斯托克斯光信号与温度无关。从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。利用光时域反射技术（OTDR）技术通过光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些热点进行定位。利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。

 

1.2 分布式光纤测温系统的优点

传统的温度传感器的主要包括热力传感器、热电阻传感器以及一些特殊的半导体传感器等，这些传感器安全性和稳定性并不高，容易受电磁干扰，而且还易燃、易爆，抗腐蚀性能力较差。在技术操作上，传统的电温度传感器主要是点式测量，易产生测量盲区，而且由于结构较复杂，在实际工作中也不便于安装、布线，日常维护工作量大，安装和维护的成本高。分布式光钎测温系统则很好地克服了上述弱点，与传统电缆感温系统相比，它有以下优点：

（1）连续分布式测量

分布式光纤传感器是真正的分布式测量，可以连续的得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低，同时实现实时监测。

（2）抗电磁干扰，实现现场无电检测

光纤本身是石英材料组成的，完全的电绝缘；同时光纤传感器的信号是以光信号为载体的，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。可以不带电进场，因而消除了在含可燃混合气体的区域可能造成的产生电火花的危险性，可实现现场无电检测，本质安全。

（3）防雷

雷电经常破坏大量电测传感器。光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击

（4）测量距离远，适于远程监控

光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测。

（5）灵敏度高，测量精度高

理论上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，实际已成熟的产品也证明了这一点。

（6）寿命长、成本低、系统简单

光纤的材料一般皆为石英玻璃，其具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本，该监测系统属于热力管道检漏较理想的技术装备。

二、布式光纤测温系统在电力电缆在线监测中的作用

2.1 连续测温、实时监控

 

光纤既是传输信息的导体，又是分布测量的传感器。分布式光纤测温系统能够连续测温，实时显示线路上各点的温度及整条线路的温度变化曲线。在电缆中，各点温度随时间变化曲线以及常规监控指标，在正常情况下显示为监控域全局状态视图，当电缆温度变化曲线出现异常时，分布式光纤测温系统会发出报警信号，将状态视图切入到报警画面或故障信号所在区域分布图，同时还会显示故障区域的最高温度或者其他相关的报警指标。由于分布式测温系统的测温介质采用光纤，这种材料本身就具有测量精度高、测量速度快的特点，因而可以精确的定位事故发生点，其实时监测的时间一般不超过10s，温度分辨率精度可达0.1℃，空间分辨率可达到2米，精度和准确度极高。此外，分布式光纤测温系统由于所带数据库基于CPU技术存储数据量大，所以其测量数据存储在系统中，方便调用不同时段数据在测量过程中同步浏览。

2.2 分级报警、安全保障

分布式光纤测温系统运用于电力电缆在线监测中是为了杜绝电缆沟内各电缆接头处由于温度过高而引起火灾事故，它可以将各电缆接头处的温度及时准确传送到主控室内，当被测点的温度值超过了预定的报警值时，系统便能够及时报警。在实际工作中，光纤测温系统可以对被测区域进行划分和编程，对其设置不同的报警值（如60℃、70℃、80℃）进行分级报警，并且可以对不同的报警区域设置不同的报警类型，如定温报警、差定温报警、温升速率报警、平均温度报警、系统故障报警、光纤断裂报警等，具有广泛的适用性和实用性。在电力电缆运行中通过分布式光纤测温系统的在线监测，可以实时掌握整条线路的运行状态，对电缆沟内的火情进行检测和警报，防止事故的发生，提高电力电缆运行的安全性。

三、分布式光纤测温系统前景展望

目前，分布式光纤测温系统运用于电力电缆的在线监测还处于初级阶段，技术尚不十分成熟。电力电缆运行状态的在线监测包括电缆测温、载流量监测、护层电流监测、局放监测等，应根据电缆的电压等级和各线路的不同侧重点选择设置其监测功能，而按其重要性、经济性和消防等相关要求，电缆测温功能应首先被选择。随着我国电力电缆规模速度的不断扩大，电缆状态的检测也会不断完善，分布式光纤测温系统作为目前电力电缆在线监测进行故障判断和定位技术最有效的手段，将会被逐渐大规模地应用于电力电缆在线监测系统中，给电力线路的正常运行、检修和监测带来很大方便。

四、结语

综上所述，分布式光纤测温系统实现了电力系统运行设备的多点、实时和在线监测，能够有效、实时地提供电力电缆的分布式温度信息，为电缆故障提供温度预警功能，准确及时地排除电缆故障，是目前电力电缆在线监测最有效的手段之一。它不仅能够有效提高电力电缆运行的安全和稳定，避免电缆故障的发生，同时它也方便了电力部门及时对电缆老化和线路超负荷的日常维护，减少了由于停电对用户造成的经济损失。当前，分布式光纤测温系统已经在国内电力系统中得到的广泛的认可和使用，随着该系统稳定性和可靠性的不断增强，将使其在电力系统中的应用前景更加广阔。

审核编辑 黄宇