利用光纤对电缆实时温度监测探析

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1、利用光纤对电缆实时温度监测探析　　【摘要】本文针对利用光纤对电缆实时温度监测和动态电缆载流量分析系统进行技术探讨。【关键词】电缆载流量；热电偶；分布式光纤温度传感器1引言作为电力传输重要基础设施之一的电缆，现在已经广泛应用在送变电各种环境中，发挥着基础而又重要的作用。但是，对于电缆的安全使用状况的监控，一直是电力行业的一个难题，如何有效地对电缆温度和负载状况进行监测，并在监测数据的基础上实时确定电缆导体线芯实际工作温度，动态评估电缆短时间过负荷能力，对于保障电缆的安全使用和电缆传输能力的优化利用具有重要意义。2技

2、术现状因电缆故障引起火灾导致电缆烧损而被迫停机，短时间内无法恢复生产，从而造成重大经济损失。为了避免此类事故的发生，通常通过监测电缆温度的变化来发现问题及报警，目前常用的电缆温度监测方法有：5（1）感温电缆式测温系统：将感温电缆与电缆平行安放，当电缆温度超过规定温度时，感温电缆短路。该系统一次性使用，不能测出电缆的实时温度；由于电缆数量多，系统安装及维护工作不够方便，设备易损坏；不能进行早期故障预测。（2）热敏电阻式测温系统：可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线，且热敏电阻易损坏、维护量大；传感器不

3、具备自检功能，需要经常校验。（3）分布式光纤测温系统（DTS）：可对电缆温度进行在线检测，随时了解电缆的温度变化，及时发现电缆故障并进行报警。上述三类方法中，由于分布式光纤测温系统中的检测光纤不带电、抗电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀，能在有害环境中安全运行等特点，是实用的“本安”型传感器。分布式光纤测温系统在20世纪80年代中期出现，目前技术日趋成熟，并开始应用于煤矿、隧道的温度报警、火灾防治；大、中型变压器、发电机组的温度分布测量，热保护和故障诊断；地下和架空高压电力电缆的热检测与监控；输油管道的热点检测；高层建

4、筑、智能大厦、桥梁、高速公路等在线动态检测，因其独有的特点已成为工业过程控制中的一种新的检测方法与技术。5目前DTS已经在欧美等国得到了成熟应用，DTS技术在我国的应用才刚刚开始起步，应用的功能也局限于火警和显在温度异常报警，而电力电缆的专业用户需要获得比较完整的解决方案，包括以下两个内容，一是实时分析DTS分布式数据，发现潜在的异常点，实现故障早期预警，二是动态计算电缆许用电流，以更有效地利用电缆输送能力，电缆的能力约束条件是线芯（导体）温度不允许超过90℃，而DTS只能测量到电缆表面的温度，因此需要专业模型推

5、倒出内部温度，这项功能特别适合于负荷调度决策，适用于夏季峰值负荷的安全营运。DTS系统正是基于这一技术和市场发展趋势应用而生的。3工作原理DTS（DistributedTemperatureSensing）是分布式光纤测温系统的简称，它是一种用于实时测量空间温度场分布的传感技术，其测温的机理是依据后向喇曼（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，如瑞利（Rayleigh）散射、布里渊（Brillouin）散射和喇曼（Raman）散射等。其中喇曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一

6、个比光源波长长的光，称斯托克斯（Stokes）光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯（Anti-Stokes）光强发生变化，Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。StokesPs（z）=Pokse-αRze-αsz5Anti-stokesPA（z）=PokAe-αRze-αAz这里：X=ehν/kBT（z）=eγ/T（z）所以：T（z）=结合高品质的脉冲光源和高速的信

7、号采集与处理技术，就可以得到沿着光纤所有点的准确温度值。Sentinel-DTS用一个10ns延迟的激光脉冲，能够实现对最大30km的光纤空间分辨率1m的温度测量，也就是相当于30，000个测量点。本文的电缆安全监测系统（简称：CSMS）正是利用上述分布式光纤温度测量技术，沿被测电缆安装探测光缆，可以实时得到电缆的运行温度，不但能及时做出电缆的火警和过热预报，更是通过独特的CSMS上位系统实现了电缆载流量的动态计算与分析、异常点的预测与判断等功能，所以不但能对近期的电缆运行情况进行管理并能对远期的情况做出预测与判

8、断，从而帮助使用者对电缆的运行状态进行调整以免出现险情，做到未雨绸缪。4DTS主机及探测光缆的选用DTS主机采用Sensornet的Sentinel-DTS分布式光纤温度监测系统对电缆的表面温度进行测量，Sentinel-DTS同时利用光纤感测信号和传输信号，采用的OTDR技术，利用Raman散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度的变化，实现真正分布式的测量