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分布式光纖測溫系統在電力電纜中的應用

一、分布式光纖測溫系統簡介

 分布式光纖測溫系統是一款連續分布式光纖溫度傳感系統。它利用光時域反射（OTDR）技術和拉曼（Raman）散射效應測量沿光纖分布的溫度變化。該系統中光纖既是傳輸介質，又是傳感器，激光脈沖沿光纖向前傳輸，激光與光纖介質相互作用，產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），經波分復用器分離后由高靈敏光電探測器所探測，再經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比值和返回時間，從而實時獲得溫度分布信息。具有實時在線、測溫精度高、本質安全和不受電磁干擾等優點.對生產過程中的溫度和火災情況進行實時在線監測，將故障和事故消除在萌芽狀態，真正做到防患于未然。

 二、測量原理
  分布式光纖測溫系統同時實現溫度測量和空間定位功能，其中溫度測量利用光纖自發拉曼（Raman）散射效應，空間定位基于散射信號的回波時間（OTDR技術）。高速驅動電路驅動激光器發出一窄脈寬激光脈沖，激光脈沖經波分復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，經波分復用器分離后由高靈敏的探測器所探測。光纖中的Anti-Stokes光強受外界溫度調制，Anti-Stokes與Stokes的光強比值準確反映了溫度信息；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的光纖位置；結合高速信號采集與數據處理技術，可準確、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的系統結構示意圖如圖1-1所示。

圖1-1 分布式光纖測溫系統結構示意圖

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

 

圖1-1 分布式光纖測溫系統溫度分布曲線圖

 

三、應用領域

(一)油、氣、水綜合管道方面的應用
  伴隨著分布式光纖傳感技術的快速發展，我們就能夠只利用幾根或一根光纖而對管道內物質的壓力、溫度、管壁應力、流量進行及時的在線測量。這有利于管道監控系統的進一步發展，所以，在輸油管道的泄漏檢測技術中充分應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在定位和精確性方面的發展，而且具有一定的便利性，經濟性，以更好的維護輸油管道的發展。

在輸油管道運輸過程中經常需要解決的問題是管道的泄漏檢測。因為管道泄漏不但會對管輸正常運行產生影響，而且在輸送腐蝕性、有毒害、易燃易爆的物體時，還會對環境造成污染，甚至造成爆炸、火災等事故。所以，對管道泄漏進行預防和發現泄漏時的及時定位、報警具有至關重要的意義。

（二）電力電纜的溫度監測

   在電力系統中，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行而絕緣老化，會由于所處外部環境惡劣及內部高負荷電流而引起局部高溫甚至火災。因此，有必要對電纜進行實時、在線監測，及時地發現故障，將事故消除在萌芽狀態。分布式光纖測溫系統可以通過對電力電纜的運行狀態進行在線監測，實時掌握整條線路的運行狀態，有效監測電纜在不同負載下的發熱狀態，提高對電纜的管理水平;可以對電纜溝內的火情進行監測與報警，識別電力電纜的局部過熱點，提前發現電纜故障并預警，預防事故的發生;可以優化輸配電的資本，根據溫度可以確定電纜的負荷變化，合理地配置負荷，擴大現有電纜的容量，增加電纜的工作壽命;可以發現電纜運行過程中的外力破壞。

(三)高壓配電裝置的溫度監測
   開關柜內的電纜接頭，10KV、35KV高壓開關柜中動靜觸頭及電氣設備的連接頭由于長期運行，可靠性和接觸性會變差，是易出故障的薄弱環節。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，使得接觸電阻進一步增大，形成惡性循環，發展到一定程度，便會造成嚴重故障，破壞供電的安全可靠。分布式光纖測溫系統可以將光纖纏繞在接頭上，實時監測其溫度，在演變成事故前，及早發現并采取處理措施。對于發電機繞組、變壓器等體積比較大的重要部件，可將光纖纏繞在其表面，增加了測量該區域的光纖長度，提高了測量的準確性，并在溫度曲線中能快速地找到高溫故障點。
（四）變電站的溫度監測
   分布式光纖測溫系統被廣泛應用于變電站的溫度監測中。它可以實現對主設備的溫度監測，通常采用帶有外護套的光纖電纜作為主變壓器室火情監視報警系統，采用熱塑料外護套的光纖電纜進行“0距離”實時監測變壓器的套管、GIS穿墻管及導線連接處的溫度。它可以對開關柜內易發熱部位實時進行監測，將其同開關柜體的通風系統配合使用，可以使柜內的溫度始終保持在允許的范圍內;將光纖纏繞在柜體內電纜接頭上、斷路器小車的一次插頭隔弧罩上或靜觸頭熱縮套上，可以實時監測其溫度，在演變成事故之前，及早發現并采取措施。
   分布式光纖測溫系統具有測量精度高、測量時間短、測量距離長等特點，關鍵技術指標超過國內外同類產品，為業內領先的產品，可滿足客戶的不同應用需求。分布式光纖測溫系統具有定溫、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，同時提供豐富的標準接口通訊方式方便與其他各類設備相連及數據采集，具備良好的兼容性和擴展性。該系統已在國內電力系統、管道測漏系統得到廣泛應用。

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