吴琼

中核海洋核动力发展有限公司 上海 200233

1 感温光纤

1.1 感温光纤的工作原理

感温光纤系统由测温主机及测温光纤两部分组成，测温主机内的激光器发射激光脉冲进入光纤，它以一定的速度向前传输，并在光纤各处依次产生散射，其中各点后向传输的散射光会以相同速度逐一返回入射端被探头捕获，通过检测与入射光的时间差，可以计算不同散射点的位置距入射端的距离。捕获的散射光中包含多种不同波长的光，其中反斯托克斯光的强度与温度相关，温度越高，反斯托克斯光越强，通过测量各点检测到的反斯托克斯光强度，可得到各点温度参数，并进而获得沿光纤轴向的温度曲线[1]。

1.2 感温光纤的优势

与感温电缆相比，感温光纤的优势主要体现在以下几个方面，如表1 所示：

1.3 感温光纤的工业应用

感温光纤是一种新型的线型感温探测器，通过监测特定区域的温度值，在火灾发生时，联动火警系统发出报警信号，保障人员及时撤离，防止灾害扩大。目前感温光纤已在发电厂、冶金企业、石油化工单位等诸多领域的火警消防系统中有了较为广泛的应用[1]。

2 感温光纤在核电厂的应用

感温光纤在核电工程中主要用于火警系统，实现厂房电缆桥架火警监测。每套系统配备1 台工控机、若干台测温主机。其中工控机布置在主控室内，负责收集汇总测温主机的实时信息，当有异常情况发生时，自身能够发出警报；每台测温主机对其所连接的测温光纤进行实时信息采集，当有故障或者火灾发生时，测温主机自身发出报警，同时将相关信息汇报给主控室的工控机。

3 感温光纤的扩展应用研究

在核电工程中，感温光纤主要用于厂房电缆桥架的火警监测。在电缆桥架中，所测得的温度数据可以是一段感温光纤随空间的变化趋势，也可以是光纤某一点温度随时间的变化趋势，因此不难通过大量、长时间采集感温光纤温度数据，并加以分析获得更多信息，这些信息有助于我们判断电缆的工作状态以及电厂的一些设备、厂房的运行状态。

3.1 温度分布异常分析

3.1.1 数据采集

感温光纤测得的温度主要取决于电缆本身的工作温度和桥架内的环境温度，正常情况下，电缆本身的工作温度相对稳定，桥架内的环境温度受厂房内暖通等因素的影响有一定区别。通过采集整段感温光纤上各点的温度数据，可绘制成感温光纤温度分布曲线。由于正常情况下该分布曲线就可能存在波动现象，为避免其对数据分析造成干扰，可以预先将正常情况下的温度波动原因在曲线上标示出来，作为背景曲线[2]。

基于背景曲线，结合实时测量的温度曲线，就可以甄别出有别于正常波动时的波动或毛刺。作为火警系统的感温光纤，这些波动和毛刺虽不足以触发火警信号，却也显示了电缆的工作温度或桥架的环境温度发生变化甚至出现异常，此时就需要我们对其作进一步分析，以了解产生这些异常的原因。

3.1.2 异常分析

由于感温光纤的温度既反映了电缆本身的工作温度，也反映了电缆所处桥架内的环境温度，因此其温度分布异常应从电缆本身（直接原因）和环境因素（间接原因）两方面考虑：

电缆工作温度的变化，其原因可能包括：制造工艺导致的电缆轴向材质、线径差异，使得电缆在各点产生的热量不同；电缆绝缘层的厚薄差异，导致散热不均；电缆绝缘破损导致局部温度升高；电缆中存在中间接头导致局部温度升高。

桥架环境温度的变化，其原因可能包括：电缆桥架所在厂房的温度发生变化；桥架附近的设备（如管道等）温度发生变化；桥架的封闭状态发生变化等等。

因此当温度出现异常时，需要综合考虑上述两个方面判断出现异常的可能原因，并进而为判断电站运行状态、消除电站存在的缺陷提供支持。

在实际分析时，一方面，运行人员可以及时联系操作人员到达出现异常的区域进行排查，另一方面，还可以通过在电站长期运行过程中积累经验，将异常状态的温度曲线、异常的可能原因建立对应关系，从而实现在发现异常后第一时间判断异常并消除缺陷，尽快恢复电站正常运行状态[3]。

3.2 温度变化异常分析

3.2.1 数据采集

上节介绍了利用某一时间点感温光纤上各点的温度分布对电站运行状态进行辅助判断，随着信息技术的发展，将数年甚至数十年内的感温光纤测得的数据加以存储并分析成为可能，因此我们还可以对某一段感温光纤测得的温度数据随时间的变化趋势进行分析。

根据分析的需要，需要预先采集一段时间内的温度数据作为对照，例如，在进行短期的温度变化异常分析时，考虑到白天和夜晚的温差，可以采集过去24 小时的温度数据，绘制成曲线，并根据实际注明曲线变化的原因，作为背景曲线。如需进行长期的温度变化异常分析时，考虑到季节不同时的温差，可以采集过去一年内的温度数据，绘制成曲线，同样在曲线中注明变化原因，作为背景曲线。背景曲线周期的选择可以结合温度变化的总体趋势和异常分析的需要。

需要说明的是：背景曲线本身可能就是异常曲线，因此可能会对异常分析造成干扰，除了根据最新采集的数据不断修正背景曲线外，对于短期的温度曲线，可以考虑连续采集若干次数据并完成比较分析后选择正常曲线作为背景曲线；对于长期的温度曲线，可以在数据采集过程中进行上一节所介绍的温度分布异常分析，实时排除异常情况。

基于背景曲线，通过采集同一周期内的实时曲线，将背景曲线与实时曲线进行对照，就可以甄别出温度异常，并进而分析对电站运行状态进行判断。

3.2.2 异常分析

温度变化的异常分析与温度分布的异常分析大体相同，我们依然可以通过现场排查的方式查找出现异常的原因并及时消除缺陷。

同时，由于温度变化分析过程中会采集较长时间内的温度测量数据，除了进行异常分析外，我们还可以对电缆寿期进行判断。对于电力电缆，其使用寿命主要取决于电缆绝缘的寿命，而电缆绝缘的老化程度与其工作的环境温度息息相关。在非正常的过热状态下，电力电缆绝缘老化速度加快。以交联聚乙烯电缆为例，当其工作温度超过允许值的8%时，其寿命将减半；如果超过15%，电缆寿命将只剩下1/4，即便在允许值范围内，其寿期也会随工作温度的升高而降低[2]。

4 结语

本文所提感温光纤的这一扩展应用，并不改变感温光纤作为火警系统设备的自身功能，只是通过数据采集和分析来扩展其功能，在不增加任何硬件成本、不改变现有功能的前提下，为运行人员增加辅助判断手段，考虑到感温光纤的应用范围约来越广，本文所研究内容具有较高的推广应用价值。