电缆测温光纤传感方案
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现代工业中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，工业设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化。因此工业设备运行温度监测是设备安全监控最为有效、最为经济的手段，对设备的安全运行具有重大意义。随着光纤传感器技术的发展和应用，分布式光纤光栅测温系统是目前世界上最先进、最有效的温度在线监测系统，特别是在电力系统、石油化工、交通运输、工业消防等领域。
电缆是发电厂、变电站的重要组成部分。由于电缆分布广，又易燃，着火后危害大，电缆的防火历来为电力部门所重视。但是，近年来电缆火灾事故频繁发生，据有关资料统计，近20年来，我国火电厂发生电缆火灾140多次，其中1986~1992年7年间竟达75次。有24个电厂发生过2次及以上电缆火灾事故，个别电厂达4~6次。70%以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，其中40% 的火灾事故造成特大损失。1975~1985年间，因电缆着火延燃造成的重大事故发生60起，造成直接和间接损失达50多亿元。事故分析表明，引起电缆火灾的直接原因往往是电缆接头制作质量不良、压接不紧、接触电阻过大，从而电缆接头过热导致火灾发生。例如，东北某发电厂因2#循环水电缆接头过热，引发电缆着火，烧损该电缆沟内所有电缆，造成电厂停机事故。据了解，上午有人在距故障电缆接头80多米远的竖井上已嗅到了绝缘烧焦的气味，下午7时引发了火灾。又如，某发电厂两台200Mw发电机组，因一台机组的循环水电缆接头过热引燃并烧穿了本机的另一条循环水电缆，同时烧损了另一台机组的循环水电缆，造成两台200Mw发电机组被迫停机事故。1991年10月—11月，华北电网3座主力电厂接连发生低压电缆着火，造成5台200Mw机组停电。由上可见，电缆火灾发生的一个主要原因是由于动力电缆接头制作质量不良所造成的。但是，电缆接头的制作质量的好坏，只能在运行中才较易发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。由于从电缆接头过热到事故发生有一个过程，因此，通过对电缆在线过热监测完全可以防止和杜绝此类事故的发生。
随着光纤传感技术的发展，相对于传统的测温方式，光纤测温已经体现出越来越多的优势：
比较内容 | 感温光缆 | 感温电缆 |
温度测量 | 可以测量并显示沿线温度分布，测量精度可达到1℃ | 不能测量温度值 |
报警方式 | 多级温度报警、温升速率报警 | 固定温度点报警 |
安全性可靠性 | 不受电磁干扰，不带电，本身无安全隐患 | 绝缘皮老化和电磁干扰等因素，易产生误报。带电工作，存在新的安全隐患 |
报警设定 | 可设定多级报警和温升速率报警 | 报警值出厂已设定，不能更改 |
事故判断 | 及时判断显示温度变化的情况，准确定位事故点 | 只能判断火警区域、无法反映温度情况无自诊断能力 |
故障诊断 | 可以准确判定故障位置 | 监测长度有限，多路布线分区，故障率高，难维护 |
使用维护 | 长距离监测用一根光缆即可完成，利用软件分区，系统可靠，易维护 | |
使用寿命 | 报警后，光缆可重复利用，寿命长 | 报警后电缆损伤，不能重复利用，寿命较短 |
数据存储 | 可以存储历史数据 | 不能存储历史数据 |
安装 | 系统集成性高，组网方便，扩充性好 | 集成和组网相对复杂，扩充困难 |
1） 连续分布式测量
分布式光纤传感器是真正的分布式测量，可以连续的得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低。同时实现实时监测。
2） 抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常的工作。
光纤本身是由石英材料组成的，完全的电绝缘；同时光纤传感器的信号是以光纤为载体的，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。
3） 本征防雷。
雷电经常破坏大量的电测传感器。光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。
4） 测量距离远，适于远程监控。
光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测。
5） 灵敏度高，测量精度高。
6） 寿命长，成本低，系统简单。
某煤矿选煤厂及主井电缆温度监测及报警系统采用分布式光纤温度监测报警系统，选用三套4km、2通道DTS控制器，一台工业PC集中监测，5路2芯多模铠装光缆实现分布式温度传感。
第一套DTS控制器安装在2号转载点配电室，一路光缆由2号转载点经拉紧间、驱动间、产品缓冲仓至装车站；另一路光缆由2号转载点经1号转载点、产品仓下、产品仓下配电室汽车装车仓下。
第二套DTS控制器安装在主井口控制室，实现对主井主供电电缆、南一盘区变电所和井下中央变电所配电设备的温度监测及报警；
第一、二套DTS控制器都通过4芯单模光纤与主厂房控制室实现联网。
第三套DTS控制器安装在主厂房控制室，一路光缆由主厂房控制室经主厂房、汽车装车仓栈桥、筛分车间、主厂房栈桥至浓缩车间；另一路光缆由主厂房控制室经原煤场下、筛分车间栈桥、主厂房原煤旁路系统、汽车装车仓至成品仓上。
工业PC安装在主厂房控制室，与三套DTS控制器联网，实现集中实时监测及报警。
分布式光纤DTS测温系统是一套以分布式光纤传感系统为核心的自动“测控”系统，是运用了现代光学、现代传感器、自动测量及控制和计算机等高新技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性在线自动监测体系，是对电缆(包含接头)和电缆隧道安全运行状态进行实时快速监测的数字化管理平台和自动报警系统。
DTS系统采用的是一种先进的拉曼光时域分析光纤测温技术，其具有定位精确，测量精度高，测温精度不受光缆应力变形影响等特点。
分布式光纤DTS测温系统是依据后向拉曼（Raman）散射效应：激光脉冲与光纤分子相互作用, 发生散射，散射有多种，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的斯托克斯光（Stokes）和一个比光源波长短的反斯托克斯光（Anti-Stokes），反斯托克斯光信号的强度与温度有关，斯托克斯光信号与温度无关。从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。利用光时域反射技术（OTDR）技术通过光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些热点进行定位。利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。
由于分布式光纤DTS测温系统的感温元件和信号传输线全部为光纤，所以现场不供电，不受电磁干扰和雷击损坏，本安防爆，因此更加安全、可靠，使用寿命可达到25年以上。
与传统传感器相比较，具有许多天然的优势，主要包括：
1. 连续分布式测量
分布式光纤传感器是真正的分布式测量，可以连续的得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低，同时实现实时监测。
2. 抗电磁干扰，实现现场无电检测
光纤本身是石英材料组成的，完全的电绝缘；同时光纤传感器的信号是以光信号为载体的，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。可以不带电进场，因而消除了在含可燃混合气体的区域可能造成的产生电火花的危险性，可实现现场无电检测，本质安全。
3. 本征防雷
雷电经常破坏大量电测传感器。光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。
4. 测量距离远，适于远程监控
光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测。
5. 灵敏度高，测量精度高
理论上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，实际已成熟的产品也证明了这一点。
6. 寿命长、成本低、系统简单
光纤的材料一般皆为石英玻璃，其具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本，该监测系统属于热力管道检漏较理想的技术装备。
分布式光纤测温技术与传统测温方式的比较
比较内容 | 分布式光纤测温系统 | 传统测温方式 |
报警方式 | 可综合利用设置多级温度报警、温升速率、温升趋势来进行连续监测，可在任何时间准确显示任何一点的温度状态 | 固定温度报警点，被动等待设定的报警温度，报警往往较为延迟 |
事故判断 | 智能化的系统，准确及时判断温度变化的类型，显示事故点温度读数及位置 | 无附件特点装置时，不能准确确定事故点位置，只能判断大致区域，无法反应温度情况 |
使用及维护 | 长距离监测，用一根光纤即可完场，利用软件分区，系统非常简单可靠，易维护 | 监测长度有限，多路布线分区，系统相当复杂，故障率高，难以维护 |
长期使用 | 达到报警点后，利用软件复位，不损伤光纤，并因其材料特殊，寿命极长 | 报警后系统损伤，不可重复使用，以及采用的材料的原因，使其寿命较短 |
安全性可靠性 | 不受电磁干扰，综合智能判断，无误报。因其不带电，故使用于特殊危险场合 | 因电磁的干扰等诸多因素的缘故，经常产生误报并因其带电，不适应与特殊危险场合 |
安装 | 安装非常简单，可安装带缝隙、漫步孔、高电压、强电磁场、高温、高压强、有毒、易燃、易爆、腐蚀性环境 | 安装相当复杂，对被测设备容易造成损害，扩容难度大 |
传感器分布特性 | 检测点连续，可以全面检测监测对象的各点情况，检测范围大 | 检测点间断，只有传感器接触到的点，才能被检测，检测范围小 |
探头 | 探测光缆，不怕干扰，不怕高压，没有击穿、烧毁等担心 | 电子传感器，有电路通道，极易受电磁干扰，对于高压设备的绝缘要求特别高，检修维护难度很大 |
检测信号输出 | 光信号，不受电力设备的电磁干扰 | 弱点信号，极易受到电磁干扰 |
信号通道 | 光信号，探头与信号通道一体，不怕干扰，不怕高压 | 电路，对与高压设备的绝缘要求特别高，检修维护很难 |
信号处理技术 | 检测：光电技术；传输：光信号；处理：高速数字技术 | 检测：模拟信号；传输：弱点信号；处理：数字信号 |
系统可靠性 | 高，取决于主机 | 低，受探头、信号传输通道、主机等全部设备影响 |
其他特点 | 不带电，抗射频和电磁干扰、防燃、防爆、防腐蚀、耐高压和强电磁场、耐辐射、能在各种有害环境中工作 | 技术落后 |
2.4.1 DTS光纤测温主机技术指标
光纤传感分析仪正面
光纤传感分析仪背面
主要技术性能：
项 目 | 单位 | 参 数 值 |
测温距离 | km | 4、8、15、20公里可选 |
测温范围 | ℃ | -50～350 |
℃ | 0.1 | |
测温精度 | ℃ | ±0.5℃@4km，±1℃@8km，±1.5℃@15km，±2℃@20km |
单通道测温时间 | s | 4s@4km，8s@8km，1.5s@15km，20s@20km |
空间分辨率 （精确测温最小的光纤感温长度） | m | 2 |
定位精度 （沿光纤的测温取样长度） | m | 0.4 |
通道数 | - | 1-16 |
系统软件 | - | WINDOWS2000及以上版本 |
通信接口 | - | 2个RJ45， 2个RS232， 1个VGA/CRT标准接口、1个USB标准接口，1个RS485接口 |
报警分区数 | 个 | 可软件设定 |
℃ | -10 ～ +50 | |
电源输入 | AC | 180～240V/50±5 Hz |
2.3.2感温光缆技术指标
具有硅胶、低烟无卤阻燃材料（LSZH）、PVC等多种规格的外护套，以及内部不同的光纤组织结构，如下所示：
BA-DF01A多模感温光缆 BA-DF01B多模感温光缆
BA-DF01C多模感温光缆 BA-DF01D多模感温光缆
DTS感温光缆现场安装敷设图
用途
◇ 隧道、电缆沟槽、电缆表面、电缆接头、电力机房等光纤分布式测温及火灾自动报警
2.5.1 DTS主机的基本功能：
DTS控制器和集控PC机温度监测报警软件具有友好的中文操作界面，强大的数据处理和管理等功能。
2.5.2 电子地图式温度显示功能
可显示全程分区图及其温度分布曲线；可显示系统监测曲线、系统参数；可显示重点监测点的温度随时间变化曲线。
光纤分布式温度监测系统的采集文件被转换并输出到文件夹中。表格的每一栏都代表了电缆沿线一个地理位置点的不同温度值。每一行都显示了一个获取数据的空间温度曲线分布。不同的获取的数据点的空间分辨率是0.4米。以这个表格为基础，可绘制两种类型的图表用做进一步的分析：一种是显示光缆线路上温度与空间分布曲线图，另一种显示某一特定点的温度随时间变化曲线图。
2.5.3 报警功能
具有定温报警（设定最大温度/最低温度值）、差温报警（实时温度与平均温度差别过大，用于判别局部过热点）、温升过快报警、光纤破坏报警、装置异常等报警功能；可手机短消息报警，报警分工作级和管理级两层，按照事件的重要级别发送到工作层人员和管理层人员。
2.5.4 分区功能
能对测量区域在长度上进行软件分区，兼顾局部重点监测和分区报警。
2.5.5 查询功能
可以查询历史数据并显示或打印历史曲线；可以在系统图上直接查询设备信息、运行参数、统计信息等。
2.5.6 分析功能：
历史趋势显示，对未来趋势进行评估，提供检修参考信息。
2.5.7 报表功能：
提供强大的数据库保存功能，可以根据用户需要定制年报表、月报表、日报表等；用户也可定制各种表格：实时数据表、历史数据及统计报表、报警一览表等。
2.5.8 TCP/IP 或MODBUS接入：
系统功能强大而高效，几个控制器的信号可以在一台PC机上分析处理。
2.5.9 web网络发布与浏览功能：
通过网络管理软件平台，可实现局域网内的可提供web浏览功能，使在局域网中的任何计算机，经授权均能浏览各类曲线、报表和实时图形。
2.5.10 记录及打印功能：
打印运行日志；
打印日、月温度峰值表；
事故记录查询打印；
操作记录查询打印；
温度曲线、图形打印。
系统能对事故和操作过程进行记录，形成相应的文字或者图表，主要包括以下内容：
① 故障历史记录表
② 火灾事故历史资料记录表
③ 故障及事故处理提示表
值班人员可以打印当日最新自检情况以及联控主机中所存储的任意图形、表格和文字历史资料。
2.5.11 在线自检功能
DTS光纤测温主机具有在线自检功能，可在线检测设备自身故障以及实时监测光纤线路故障，并自动发送故障报警提示。
2.5.12网络管理功能
分布式线型光纤感温探测系统主机能够配接采集报警器，实现完全无人值守的网络管理。
每路探测光缆通过尾纤接入DTS控制单元，尾纤在供货时随DTS控制单元提供，尾纤的一端为与DTS控制单元连接，另一端需通过接线盒与探测光缆相熔接。
1）对于电缆夹层、电缆桥架，探测光缆沿电缆夹层的顶部桥架内侧敷设。
对于电缆竖井，探测光缆敷绑缚在其中的一根电缆上跟随其敷设。
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