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摘要：火灾探测问题应经成为目前电力电缆中比较突出的安全问题，针对这种问题科研专家提出了一种分布式的光纤测温技术，该技术的核心是光时域的反射技术以及拉曼散射测温技术，主要仪器有测温主机、测温光缆以及CSM主机构成，该技术具有十分高的灵敏度，而且定位十分精准。该技术的基本原理是通过光缆获得电缆表面的温度，然后将获得的数据传递到测温主机中进行数据的分析，最后电缆温度以及报警会出在CSM主机上显示。为了证明该系统具有较高的时效性，在国内的进行了一系列的实验。实验表明：系统能够准确的反应现场实际的运行情况，对温度的异常点能够及时的发现和定位，当表面温度超过系统设置的温度时，系统就会发出报警信号，这样就可以有效的避免电力事故的发生。
关键词：电缆温度；分布式光纤测温技术
1 引言
在电力行业中，高压电缆安全的监测能够有效的避免电缆火灾事故的发生。其中最为重要的手段就是进行电缆温度的监测，只有这样才可以保证系统的安全运行。传统的测温方法是将点式感温装置安装在需要进行实时监测的部位，但是这种监测方法无法实现整条线路的监控只能对特定部位进行监测。随着光纤技术的不断发展，分布式光纤温度检测系统实现了对整条线路温度的运行监测，而且无干扰，无辐射，安全性能高，这可以为电缆温度的监测提供科学的依据。目前，该系统已经广泛应用在电缆行业之中了，且该系统有望成为电缆安全监控的首选设备。
2 分布式光纤测温系统的技术原理
光纤分布式测温传感技术是基于拉曼散射温度效应和OTDR来分别实现温度的监测和温度点定位。
拉曼散射效应是激光脉冲与光纤分子相互作用而产生的散射现象。散射有许多种，其中拉曼散射的机理是由于光纤分子的热振动产生一个个比光源波长长很多的光，这种光称之为斯托克斯光；另外一个就是产生比光源波长短的光，该光称之为反斯托克斯光。其中斯托克斯光与温度无关但是反斯托克斯的光信号强度却与温度有着密切的关系。通过反斯托克斯光信号强度与斯托克斯信号强度比例的不同来计算出该点的实际温度。其中拉曼散射温度的效应图如图1所示。
光时域反射技术简称OTDR，其最初的目的是用来评价光学通讯信号的光纤性能等，是用来检验光纤损耗以及光纤障碍的有效手段，在分布式光纤传感器系统中它是基础。当光源发射出一系列的激光脉冲进入光纤以后，在光纤中就会产生背向散射。通过发射光的信号与背向散射光信号之间的时间差来确定散射光信号的产生点与入射点之间的距离。利用该方法可以实现在整根光纤上各个光纤点的温度数据。
3 分布式光纤测温系统组成
分布式光纤测温系统有硬件和软件两部分组成。其中核心部件就是光纤温度监测主机，它能够实现光信号的发生、光谱分析以及光电转换和信号处理的功能。该系统采用电源和数据总线的模块化结构。其系统构成框架图如图2所示。
当激光器发出的激光脉冲进入光纤以后便会产生拉曼散射，光纤中各个点的温度调整了后向散射光的强度，并且经过特定的系统将斯托克斯与斯托克斯光分开，在经过光电和信号处理模块将这两种信号进行接收和放大处理，最终转化为温度信号进行输出。通过该软件系统进行各种设置的控制并且实现对实时数据的分析处理，及时发现温度异常点，并且能够实现对各个时刻数据的显示和查询功能。
3.1 测温主机
分布式光纤测温主机主要单元成分包括：激光器、滤波器以及高速数据采集和处理单元等。该测温主机可以实现电力电缆表面温度的采集和处理，能够对报警信息进行及时的采集。该装置适宜安装在监控室内。
3.2 测温光缆
测温光缆既可以实现对电缆表面温度的测量有可以实现对媒介信息的传播，该光缆主要应该敷设并且固定在电力电缆的表面。
3.3 CSM主机
CSM主机主要的机理就是通过网络连接测温主机来进行通信工作。在CSM主机内嵌入的CSM软件可以实现对各种参数的设置，采集电缆表面的温度数据并且将数据以温度曲线的形式显示在电脑屏幕上；可以计算电缆导体的温度数据以及输出报警信息等。该装置应该安装在监控室或者中央控制室内。
4 工程实践
为了充分的证明分布式光纤测温系统具有良好的时效性，在国内的一条隧道内进行了针对性的实验。该系统主要的应用是测定该区域隧道内的电缆温度值。
4.1 系统配置
一台分布式光纤系统测温主机；2号电缆隧道1250m，3号电缆隧道1250m，一套完整的CSM系统；测温光缆长度共2500m。
根据上述信息，利用分布式光纤测温系统的测温主机对隧道内的2号和3号电缆进行温度的监测。其中分布式光纤测温系统的测温主机主要安装在变电站的监控室内，并且连接测温光缆；CSM主机内置的CSM软件主要用于采集分布式光纤测温系统的信息，并且在电脑屏幕上显示电缆温度数据以及绘制形成的曲线。该系统可以实现了对短期运行负荷的预测：该软件能够组态被测电缆布局，对报警信息进行及时的整理，实现报警信号的多重输出。
4.2 运行结果
4.2.1 表面温度显示
当分布式光纤测温系统正常运行的时候，在显示器界面上会显示被测电缆的布局图以及电缆的走向、电缆名称和电缆表面温度的最高值。同时通过该界面用户还可以实现对电缆导体温度最高值以及运行电缆电流值和温度报警信息的掌握，保证温度监测的准确性。在进行隧道电缆温度的监测过程中可以通过软件上子窗口来显示详细的电缆温度曲线，同时也可以打开各个回路的子窗口查看各个回路的温度分布曲线图，这样就可以帮助用户随时深入的了解运行电缆的各种温度信息。
4.2.2 电缆导体温度的实现
在CSM软件的应用中，软件内置有动态的载流量模型，所以可以根据分布式光纤测温主机监测到的电缆表面温度和电缆的电流值计算出电缆导线在此时的温度值，并且预测出在未来短期的时间内电缆运行的负荷值，这样可以为以后的电力调度提供一定的科学依据，保证资产利用率的提高。从运行软件中可以明确的看到三条不同的曲线图，一般情况下蓝色曲线表示的是测温主机监测到的电缆表面温度值，红色曲线则表示的为电缆导体的温度值，最后一条柱状图为电缆
运行过程中的电流值。
4.2.3 温度异常报警的输出
分布式光纤测温系统出现报警情况是因为电缆表面的温度值超过了系统的设定值，这样就会发出一些报警信号来提醒工作人员采取相应的措施进行处理。一般的异常情况包括异常温度值和异常的温度信息两种。比如：当系统的预设值为48摄氏度，如果尖脉冲值55摄氏度，那么系统就会自动的发出报警信号，直到查出故障电缆的位置。及时的发现并且处理故障可以避免巨大经济损失和人员的伤亡。
5 结语
基于拉曼散射和OTDR技术于一体的分布式光纤测温监测系统已经成功应用在了工程实践当中，相比于传统的温度监测方法，该技术更容易实现对长距离大范围温度的监测，而且施工比较方便，安全性以及可靠性和精度性都能够得到很好的保障。该方法适用于对电力电缆的接头以及容易发生故障部位的温度监测，对异常温度的监测以及报警起到十分重要的作用。
参考文献
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论文作者:梁丽妙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/4
标签：测温论文; 温度论文; 光纤论文; 电缆论文; 分布式论文; 系统论文; 主机论文; 《电力设备》2017年第7期论文;