光纤测温及应用

2020-06-08马晓斌

科学导报·学术 2020年22期

马晓斌

摘要：光纤测温系统是一种利用光在光纤中传播的某种特性，实现实时测量光纤所在空间温度场分布的新技术，对光纤沿线场所的温度进行分布式连续检测，光纤本身就是温度传感器，该技术特别适用于电力电缆在线温度实时监测。

关键词：光纤传感;温度检测;电力电缆

引言

乌石化是一家大型炼化企业，拥有集发电输电用电的复杂电力系统，在电厂主站到各分厂装置变配电所的电缆沟及电缆桥架中，敷设有大量的电力电缆，在这之间存在数量众多的电缆中间头及电缆终端头，它们的安全运行关系到我们炼化企业安全生产的正常运转，根据以往的经验和教训，电缆及电缆中间头过热，如不能及时发现和处理，会引发爆炸与火灾等恶性事故，是影响生产安全的重要因素之一。为防患未然，光纤监测系统随之被引入。通过对电缆表面温度进行测量和监视，可以了解电缆某处不正常温升，及时发现其故障隐患，对提高电缆运行可靠性，减少故障发生次数，降低故障损失具有重要的意义。

乌石化公司生产用电来源于自备热电厂，从热电厂送出到各分厂及主要装置的35kV电缆，我们均已装设电缆光纤测温，使用上海华晨光纤传感技术有限公司的DTS600光纤分布式测温系统，系统测温光纤采用两芯多模光纤，而两芯多膜光纤既是传感光纤也是数据传输光纤。安装完成后为保证系统检测点位准确性，需对系统显示测点距离及温度进行验证，我们使用80度热水对光线沿线不同点位测试，测试情况如下：

从测试数据来看，在电缆抽测点与后台显示均有70米差值，原因为从光纤测温主机出来的光纤线到开关柜出线电缆之间的间距，我们在系统参数中将其减除，这样就能准确显示测点距离。抽取的各测试点温度，后台显示温度基本上略低于测试使用的开水温度1至4度。满足技术要求。

光纤测温线紧贴电缆表面敷设，每1米使用帮扎带与电缆固定，确保光纤感温线有效检测电缆温度。下图是我厂电缆光纤测温安装情况：

自从安装电缆在线检监装置以来，值班人员能够通过后台监控了解各电缆全部运行情况。在几次电缆负荷增加、中间头发热等温度异常升高时发出报警，工作人员采取应急处理，避免了由此引发的重大事故。

1、光纤温度传感器的检测原理

光纤温度传感器原理的主要依据是光纤的光时域反射原理以及光纤背向拉曼散射，温度效应，当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播，因光纤内壁类似镜子，故光在传播中每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反，亦可称对象，这种背向反射光的强度，与光纤中的反射点的温度有一定的关系。反射点的温度，即该点的光纤环境温度越高，光反射的强度也越大，这就是说背向反射光的强度可以反映出反射点的温度，利用这个现象测量出背向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度。

2、分布式光纤测温系统DTS结构

主要由温度传感系统，光纤测温主机，监控预警系统等几部分组成。

测温系统，就是负责光纤信号处理、报警和参数设定，放置在配电室的控制室内，通过rs485等接口与报警器连接。同时测温主机通过与一台专用的计算机相连接，将所测环境内的任何一点的实时温度通过分布曲线，直观的显示出来。

3测温系统特点

3.1实现温度监测对象，由于其他原因，过热故障，早期的预测，防患于未然，

3.2发生过热故障时，系统能提供报警并准确确定过热位置，指导检修工作。

3.3具有crt显示器，直观显示温度监测对象的具体位置及名称，适时连接温度监测保存历史数据，以便日后积累的经验和事故分析的依据。

3.4具有局域网接口可与站内的管理网络相连，实现信息的共享，连接站内局域网的计算机可同样具有温度显示和报警功能，安装于主控室的主机和联网的计算机能够自动显示相应的报警提示。

3.5能够连续测量光纤沿线所在处的温度，可以实现几十公里的测量，空间定位精度高，能够进行不间断的自动测量，特别适合需要大范围多点测量的应用场合。

3.6本征防雷，光纤传感器完全电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。

4注意事项

4.1为保证测量到的温度准确，必须使光纤紧贴在电缆表面。实际应用维护中，光纤沿电缆表面距离一长就有部分光纤线脱离电缆表面，这样造成测量到的温度，不是电缆的温度，而是周围物体的或者空气的温度，要确保光纤线紧密与电缆接触，每隔0.5至1米通过绑扎带将光纤固定在电缆上。