分布式光纤测温系统在电力电缆中的应用

一、分布式光纤测温系统简介

分布式光纤测温系统是一款连续分布式光纤温度传感系统。它利用光时域反射（OTDR）技术和拉曼（Raman）散射效应测量沿光纤分布的温度变化。该系统中光纤既是传输介质，又是传感器，激光脉冲沿光纤向前传输，激光与光纤介质相互作用，产生极为微弱的背向拉曼散射光（温度敏感的anti-stokes光和温度不敏感的stokes光），经波分复用器分离后由高灵敏光电探测器所探测，再经高速信号采集和微弱信号处理，得到背向散射信号光的光强比值和返回时间，从而实时获得温度分布信息。具有实时在线、测温精度高、本质安全和不受电磁干扰等优点.对生产过程中的温度和火灾情况进行实时在线监测，将故障和事故消除在萌芽状态，真正做到防患于未然。

二、测量原理
分布式光纤测温系统同时实现温度测量和空间定位功能，其中温度测量利用光纤自发拉曼（Raman）散射效应，空间定位基于散射信号的回波时间（OTDR技术）。高速驱动电路驱动激光器发出一窄脉宽激光脉冲，激光脉冲经波分复用器后沿传感光纤向前传输，激光脉冲与光纤分子相互作用，产生多种微弱的背向散射，包括瑞利（Rayleigh）散射、布里渊（Brillouin）散射和拉曼（Raman）散射等，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动，产生温度不敏感的斯托克斯（Stokes）光和温度敏感的反斯托克斯（Anti-Stokes）光，两者的波长不一样，经波分复用器分离后由高灵敏的探测器所探测。光纤中的Anti-Stokes光强受外界温度调制，Anti-Stokes与Stokes的光强比值准确反映了温度信息；不同位置的拉曼散射信号返回探测器的时间是不一样的，通过测量该回波时间即可确定散射信号所对应的光纤位置；结合高速信号采集与数据处理技术，可准确、快速地获得整根传感光纤的温度分布信息。分布式光纤测温系统的系统结构示意图如图1-1所示。

图1-1分布式光纤测温系统结构示意图

分布式光纤测温系统利用分布式光纤测温技术可获得传感光纤上每一点的温度信息，并在用户软件界面上实时显示，如图1-2所示。

图1-1分布式光纤测温系统温度分布曲线图

三、应用领域

(一)油、气、水综合管道方面的应用
伴随着分布式光纤传感技术的快速发展，我们就能够只利用几根或一根光纤而对管道内物质的压力、温度、管壁应力、流量进行及时的在线测量。这有利于管道监控系统的进一步发展，所以，在输油管道的泄漏检测技术中充分应用分布式光纤传感器有着很好的前景。其不但有利于泄漏检测技术在定位和精确性方面的发展，而且具有一定的便利性，经济性，以更好的维护输油管道的发展。

在输油管道运输过程中经常需要解决的问题是管道的泄漏检测。因为管道泄漏不但会对管输正常运行产生影响，而且在输送腐蚀性、有毒害、易燃易爆的物体时，还会对环境造成污染，甚至造成爆炸、火灾等事故。所以，对管道泄漏进行预防和发现泄漏时的及时定位、报警具有至关重要的意义。

（二）电力电缆的温度监测

在电力系统中，电缆线路起到传输高压电能的作用。电缆常常会由于长期运行而绝缘老化，会由于所处外部环境恶劣及内部高负荷电流而引起局部高温甚至火灾。因此，有必要对电缆进行实时、在线监测，及时地发现故障，将事故消除在萌芽状态。分布式光纤测温系统可以通过对电力电缆的运行状态进行在线监测，实时掌握整条线路的运行状态，有效监测电缆在不同负载下的发热状态，提高对电缆的管理水平;可以对电缆沟内的火情进行监测与报警，识别电力电缆的局部过热点，提前发现电缆故障并预警，预防事故的发生;可以优化输配电的资本，根据温度可以确定电缆的负荷变化，合理地配置负荷，扩大现有电缆的容量，增加电缆的工作寿命;可以发现电缆运行过程中的外力破坏。

(三)高压配电装置的温度监测
开关柜内的电缆接头，10KV、35KV高压开关柜中动静触头及电气设备的连接头由于长期运行，可靠性和接触性会变差，是易出故障的薄弱环节。其原因主要是这些部位接触不良、接触电阻较大，在大电流情况下热功率很大，从而造成过热，加剧接触面氧化，使得接触电阻进一步增大，形成恶性循环，发展到一定程度，便会造成严重故障，破坏供电的安全可靠。分布式光纤测温系统可以将光纤缠绕在接头上，实时监测其温度，在演变成事故前，及早发现并采取处理措施。对于发电机绕组、变压器等体积比较大的重要部件，可将光纤缠绕在其表面，增加了测量该区域的光纤长度，提高了测量的准确性，并在温度曲线中能快速地找到高温故障点。
（四）变电站的温度监测

分布式光纤测温系统被广泛应用于变电站的温度监测中。它可以实现对主设备的温度监测，通常采用带有外护套的光纤电缆作为主变压器室火情监视报警系统，采用热塑料外护套的光纤电缆进行“0距离”实时监测变压器的套管、GIS穿墙管及导线连接处的温度。它可以对开关柜内易发热部位实时进行监测，将其同开关柜体的通风系统配合使用，可以使柜内的温度始终保持在允许的范围内;将光纤缠绕在柜体内电缆接头上、断路器小车的一次插头隔弧罩上或静触头热缩套上，可以实时监测其温度，在演变成事故之前，及早发现并采取措施。
分布式光纤测温系统具有测量精度高、测量时间短、测量距离长等特点，关键技术指标超过国内外同类产品，为业内领先的产品，可满足客户的不同应用需求。分布式光纤测温系统具有定温、差温、温升等多种报警算法，可提供声、光、图像和继电器报警方式，同时提供丰富的标准接口通讯方式方便与其他各类设备相连及数据采集，具备良好的兼容性和扩展性。该系统已在国内电力系统、管道测漏系统得到广泛应用。