摘要：随着国家科学技术的迅猛发展，电网连接方式不断更新，对于电网的改造以及城区线路入地的要求愈加的严格和标准化，特别是电缆运行的稳定与安全问题更是当前电网系统重点关注的方向。光纤测温系统具有较强的稳定性与不受电磁干扰的优点，并且是集光纤通信、光电控制、光纤传感以及计算机技术于一体的检测系统，对于电缆发生故障的部位及其温度状态能够准确的做出判断和预警，同时还能够连续对于较大距离范围的温度环境都能够进行实时监测，解决电缆单负载过重的问题，使得电力电网的电缆维修和维护工作起到重大的作用。因此本文主要通过概述电力电缆检测的主要分类和特点以及电力电缆监测技术运用的原理，再对光纤温度检测系统的原理进行分析，与传统温度检测技术相对比体现其具有的优势，最后在提出当前光纤测温系统在电缆运行维护中的应用过程，根据数据测试和分析，发现其中应用中的问题所在，并提出相应的改进措施，使得光纤测温系统对电缆运行的维护更加精准，提高电缆运行的效率及其安全性。
关键词：光纤测温系统；电缆运行；维护
随着当前电网的建设规模不断扩大和电压的等级不断提高，城市电网电缆的运行稳定和安全的要求标准也愈发的高。城市化的迅速发展和用户用电用网的需求的日益提高，电量与电力负荷也随之不断上升，加上电网架空的线路不断增多和繁多，造成电缆运行维护的工作愈加的困难，所存在的安全威胁与产生的经济损失也逐渐的扩大。而光纤测温系统的研发和应用，大大改善了当前电力电缆发展的各种稳定与安全需求上的不足，其不仅能够对电力电缆进行实时的大范围温度监测工作，还能对电缆的实时数据进行收集与分析的功能，再根据电力电缆所呈现的状态数据做出相应的指标参考与预警效用，大大提高了电缆运行维护人员的工作效率与工作质量，也使得电力电缆的运行更加的稳定和安全。
1.电力电缆检测的主要分类和特点以及电力电缆监测技术运用的原理
1.1电力电缆检测分类和特点
电力设备的监测技术根据其监测的属性可以分为预防性维护和验收型实验，而预防性维护的监测技术主要分为局放测试与温度检测，其中温度检测技术根据其操作方法的不同可以分为：总线式温度监测、分布式光纤测温以及红外热像测试。如下表1为电力设备检测技术的分类。
表1 电力设备检测技术的分类表
（1）总线式温度测试
总线式温度测试主要是对布置在电力电缆的接头或者是电缆的其他重要文字进行温度模块的检测工作，其具有实时性，对于电力电缆的温度检测范围也比较广，并且灵敏性也相对较高。
（2）分布式光纤测温
分布式光纤测温技术具有较大范围温度监测的功能特点，并且对于电力电缆温度的分配率能够达到较为精准的地步，并且其系统的结构简单，是当前电力电缆最为常用的温度监测技术，同时也拥有实时检测的功能。
（3）红外热像测试
红外热像监测技术主要是运用我国较为成熟的红外热像技术，能够进行实时监测，并且能够成为电力电缆维护人员的巡检工作，是重点针对型的对电力设备进行局部空间温度的情况进行监测工作。
1.2电力电缆检测技术运用的原理
电力电缆监测技术主要是通过运用各类型的传感器和采用各种监测手段，对电力电缆的数据进行采集，并且做出分析，再依照电力电缆各个匹配设备的部件寿命特征，对当前的运行状态数据指标进行检查和测试，最后辨别出其中电力电缆设备的状态，同时对其状态的发展趋势再进行预测的工作。
2.光纤温度检测系统与传统的温度监测技术比较
2.1传统的温度监测技术
对于电力电缆的监测系统中，传统的温度检测技术主要运用方式是非接触和接触式两种检测方式。
（1）非接触式的温度监测技术
非接触式的测温技术主要是通过红外辐射测温为主，其技术监测的结果容易受到监测对象的发射率与周边的环境所影响，抗干扰的能力较低，致使其监测的结果不够精确。其技术监测适用在温度和环境较为稳定的状态下，但是当监测环境在高温或者是低温的情况下，其监测的结果会产生较大的偏差；当电力电缆敷设在比较狭窄的电缆沟或者是埋在地下的时候，其监测的红外会受到严重的限制，另外非接触式的测温技术监测范围也比较小。
（2）接触式的温度监测技术
接触式的温度监测技术主要有热电阻测温与热电偶测温，主要过程是通过温度传感器所采用的数字型或者是铂电接触式进行测量，将其作为敏感元件贴在电力电缆的表皮，再对其温度进行采集，最后将收集的数据上传到上位机进行处理。接触式的温度监测技术的不足之处在于其监测的时候容易受到电缆周围空间所产生电磁的干扰，使得监测的导线产生电流，使得其监测的数据结构不够准确，在这种状态下，对于电力电缆的影响也是极大的，严重的情况下会使得电力电缆发生短路。
2.2光纤温度监测系统
（1）光纤温度监测系统的基本原理
光纤温度传感原理的主要依据是光纤的光时域反射原理以及光纤的背向拉曼散射 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, 故光脉在传播中的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( 亦可称为背向) 。这种背向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度( 该点的光纤的环境温度) 越高, 反射光的强度也越大。也就是说, 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, 若能测量出背向反射光的强度, 就可以计算出反射点的温度, 这就是利用光纤测量温度的基本原理。
如用公式来表达: 当频率为 V 0 的激光入射到光纤中, 它在光纤中传输的同时不断产生后向散射光波, 这些后向散射光波中除有一与入射光频率 V 0 相同的很强的中心谱线之外, 在其两侧,还存着( V 0- V) 及( V 0+ V) 的两条谱线。中心谱线为瑞利散射谱线, 低频一侧频率为( V 0-V) 、波长为 s 的谱线称为斯托克斯线( stokes) , 高频一侧频率为( V 0+ V) 、波长为 a 的谱线,称为反斯托克斯线( Anti- stokes) 。根据拉曼散射理论, 在自然拉曼散射条件下, 反斯托克斯光强 Ia 于斯托克斯光强 Is 的比值 R( r) 为：
R ( r ) = I a/ Is= ( s/ a) 4ex p ( - hcV 0/ kT ) (1)
式中: h普朗克常数;c真空中的光速;k波尔兹曼常数;T绝对温度
当前光纤温度监测系统主要是光纤分布式温度检测，或者可以称作分布式光纤测温系统，其基本原理是根据光时域反射的原理以及拉曼散射效应，针对温度的敏感实现对温度的监测。分布式光纤测温系统主要通过感温光纤作为系统传输信号以及温度信息采集的载体，如下图1为系统测量的原理示意图。
图1 光纤温度监测系统测量的原理示意图
（2）相对于传统的测温技术所具有的优势
相对于传统的温度检测技术，具有较强的抗电磁干扰的能力，并且具有较高灵敏度、稳定安全以及能够实时持续进行测温与在线监控的优势，另外该系统运用的范围也比较广，当前应用在电力电网、煤矿、石油化工以及核能等危险系数较高的工程项目当中。
3.光纤测温系统在电缆运行维护中的应用
3.1光纤测温系统的功能实现
光纤测温系统的功能实现主要是要让系统能够进行连续、动态、全面以及实时的对电力电缆的温度状态进行监测，并且能够通过各种预警反映出各个电力电缆的状态，再根据其问题参照数据指标进行针对性的维修和维护工作，最后做出对电力电缆数据和维护工作的数据统计。
3.2电力电缆温度异常处理流程
当电力电缆出线温度异常的时候，会进行以下流程进行对其处理工作：
首先是光纤测温系统能够对预警的信息数据，针对异常点的温度和位置进行记录并对其进行分析，然后通过系统中的继电气进行对声、光或者是电报的形式警报。再其次由系统中心通过以太网将警报的信息和数据通过载体进行传输工作到制定的地址。最后通过网络的端口将信息和数据传送到电力电缆维护工作的控制系统，由相关电力电缆维护人员通过传来的数据和信息对电力电缆的具体位置进行温度异常的检修和维护工作。对于系统中的警报处理过程，其实也是对监测的数据和信息进行处理和传输的一个过程，在这一过程中的时间间距是极短的，可以说是具有同时效应的，对于温度监测维护的工作人员来说，在工作效率和工作质量上有着重要的作用，不仅仅能够对具体的电力电缆位置和温度状态做出精确的数据和信息传送，还能够通过各种形式的功能方式，促进温度异常处理的及时性，大大提高了电力电缆运行的安全和稳定性。
4.总结
对于电力电缆的监测方式和种类是多种多样的，而光纤温度监测系统是其中系统最为简单、并且当前应用最为广泛的监测方式，相对于传统的温度监测技术，其具有的特点以及其在各行业领域中的应用上都有较大的优势，不仅满足了当前电力电缆运行的稳定和安全保障，还能够促进电力电缆能够承载更大以及更多数量电力荷载的发展，为国家电力电网的建设做出重大的贡献。
参考文献：
[1]杨磊,王磊.10kV及以上电力电缆运行故障统计分析[J].黑龙江科技信息. 2015.
[2]余鹏,段绍辉,周正仙,田杰,刘小燕.光纤传感技术在电力电缆中的研究进展[J].光通信技术. 2013.
[3]李国文.不同敷设环境条件下高压电缆截流量的研究[J].电子技术与软件工程.2013.
论文作者:刘煜,胡泊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：测温论文; 温度论文; 光纤论文; 电力电缆论文; 电缆论文; 系统论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第23期论文;