分布式光纖測溫系統在任家莊選煤廠預防電力電纜火災中的應用

徐家勇

摘 要：針對目前選煤廠安全中突出的火災探測問題，提出了一種比較成熟的分布式光纖測溫系統。該系統采用光時域反射技術和拉曼散射測溫技術，由測溫光纜、分布式光纖溫度分析儀和監測計算機構成，具有極高的靈敏度和定位精度。它的應用對實現選煤廠的安全生產起了很大的作用，對預防事故的發生具有重要的工程實用價值。

關鍵詞：選煤廠；電力電纜火災；DTS系統；火災監測

中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.124

近年來煤礦事故頻繁發生，引起了社會的廣泛關注。事故原因很多，火災事故就是其中之一，一旦發生，后果非常嚴重。而分布式光纖測溫系統可以實時監測電纜的運行溫度，在溫度異常時發出警報，以便及時采取措施，避免事故的發生。

1 火災成因及選煤廠傳統的預防措施

1.1 火災原因

電纜燃燒主要原因有以下幾個：①電纜本身存在質量問題，過載能力不夠。因材質和工藝的不同，各種電纜之間有一定的壽命差別，特別是在條件惡劣的電纜溝內，電纜老化速度會加快。②電氣故障。由于短路電流沖擊，導致電纜絕緣性能急劇下降，容易發生火災。③施工因素。施工時，未按規定分層敷設、絕緣距離不夠、敷設密度超標，容易引起電纜發熱。此外，電纜頭壓接不緊、三相壓接頭幾何位置不對稱、壓接管壓接后有金屬毛刺、接地電阻值超標等都會導致電纜接頭發熱。④外力因素。電纜溝浸水事故或者由于老鼠啃咬等都會造成電纜損傷，埋下電纜火災隱患。

綜上所述，火災事故大部分是由于溫度過高引起的，如果在火災發生之前能及時、準確地監測電纜、環境溫度變化并發出預警，使用戶有充分的時間采取相應的措施，就能夠避免事故發生。選煤廠分布式光纖測溫系統專門為長距離、大范圍、多點鏈接溫度監測的應用而設計。

1.2 選煤廠傳統的預防措施

針對外因引起的火災，一般通過監測各機電設備或環境溫

度變化來判斷各設備是否正常運轉或區域環境溫度是否正常。大功率主要機電設備一般安裝電子傳感器，該方法只能測一個點或者局部溫度，如果對整個危險區域進行大范圍連續監測，系統造價成本會很高。采用煙霧傳感器監測環境中的煙霧濃度也是監測選煤的另一種監測方法。但該方法存在較大的滯后性和局限性，一般煙霧傳感器僅布置在配電室和集控室。

目前，選煤廠對電纜溝的管理大多還處于計劃檢修階段，一般采用定期巡視的方法對電纜溝的運行狀況進行檢查。這種管理方式已經成為電纜溝管理的短板，潛在的火災故障也很難被及時發現。

2 在線監測技術的應用

根據分布式光纖測溫系統在我公司《寧夏寧魯煤電有限責任公司任家莊洗煤廠擴建工程》EPC總承包工程項目工程中的實際應用，通過跟蹤YT-DTS2000分布式光纖測溫的運行情況，對分布式光纖測溫系統在選煤廠的應用現狀作以下介紹。

該系統由感溫光纜、光纖測溫主機（雙通道）、監控電腦組成。其中通道1為電纜溝及3.5 km長的電纜橋架，通道2為電纜溝及4.5 km長的電纜橋架。

分布式溫度傳感器（distributed temperature sensing，簡稱DTS）是相對于傳統點式溫度傳感器而言的。由于采用了光纖作為傳感器，因而 DTS 技術具有了精度高、穩定性強、壽命長等特點，是溫度傳感領域的發展趨勢之一。DTS 可以連續得到沿探測光纜的所有溫度信息，不存在監測盲區。而且光纖本身由石英材料組成，具備完全的電絕緣性。同時，光纖傳感器的信號是以光纖為載體的，具有本質安全性，在惡劣的電磁環境中仍可以正常工作。更為重要的是，DTS不僅可以監測電纜上的異常熱點，還可以對電纜進行載流量監控。這使得 DTS既能有效預防火災事故，還可以為電纜工作情況的分析提供參考。

本項目DTS系統中測溫光纜內芯采用美國康寧62.5/125 μm多模光纖，護套采用鎧裝保護，外套采用阻燃的低鹵PVC材料。其特點是測溫部分采用全光纖結構，真正實現了無源溫度監測，自身不帶電、不發熱，不會因為傳感系統的布設帶來安全隱患；測溫精度高，能夠提供連續的動態測溫度信號，形成溫度隨空間變化的曲線；整個溫度傳感系統的溫度分辨率為0.1 ℃，溫度測量精度為±2 ℃；響應時間短，采用高速數據總線和FPGA進行高速數據處理，對8 km測溫光纜的溫度檢測時間不超過4 s。

通過光纖溫度分析主機和監測計算機的處理，DTS系統可以順利完成如下工作：①分布式監測，無監測盲區。分布式光纖測溫系統中測溫光纜的每一點都是溫度傳感器，可以對測溫光纜布設范圍內的每一點進行實時監測，消除監測盲區，從原理上避免了火情漏報的可能。②實時在線監測。可任意劃分報警分區，每個報警分區都可設置多級溫度的溫度點報警、溫升速率報警等參數。報警信息以不同的聲、光、顏色的圖形界面、繼電器輸出等形式及時提供報警種類、位置、溫度值等信息。③圖文顯示功能。軟件系統可以根據用戶的要求、被監測對象的地理位置信息設計出用戶偏好的地圖顯示模式，并具有深度圖層擴展功能，非常直觀，符合用戶的使用習慣，能夠反映出監測對象的溫度、運行狀態等信息，圖層功能很好地實現了由面到點、由大到小的分散/集中管理模式。④靈活的報警控制。用戶可以直接遠程登錄主機或通過遠程監測軟件設置整個火災報警系統的報警參數，并根據測溫光纜位置及當期氣候條件，分別設置每個測溫分區的報警溫度，也可設置多級報警條件，例如溫度預警、溫升預警、溫度報警和溫升報警等，結合實測溫度和溫度變化情況，對真實的火災事故進行甄別，基本消除誤報和漏報。⑤完善自我診斷功能。對于斷電管理，系統具有自己的蓄電池和斷電管理模塊，當失去市電后自動切換到蓄電池工作模式，并可獨立正常工作8 h以上。⑥自我診斷。本系統中在對每條測溫光纜溫度進行檢測的同時，還能夠實時檢測每條測溫光纜的工作狀態，例如光纜破損、折彎造成的額外損耗，并對破損、折彎的位置進行精確定位。系統每進行一次溫度測量的同時進行系統的自我檢測與診斷，及時發現損壞光纜，便于及時維修與維護。⑦數據分析和處理功能。提供對數據的管理功能，按照用戶要求按時存儲數據、管理數據，能夠對數據進行統計、分析，形成記錄曲線、文字圖表等。還可根據查詢條件查詢歷史數據，繪制曲線圖。

3 結束語

選煤廠必須高度重視火災隱患，對于供電線路的電纜橋架和電纜溝，建議采取 DTS 光纖溫度監測。光纖測溫系統一次性投入相對較大，但施工難度不大、精度高、壽命長、信號傳輸可靠、不需要外接電源，不但能有效防止火災的發生，還能提高電網運行管理的水平，促進智能電網的進一步發展。

參考文獻

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