光纖在線監測技術在包鋼電網中的應用

楊忠君　胡濤　高智輝

摘 要：隧道無人點巡檢已逐步形成為一種電網運行管理模式，在電力企業日益得到重視和推廣應用。文章通過對包鋼隧道現有狀況的分析，簡述了光纖在線監測技術在包鋼電網中的應用。

關鍵詞：光纖在線監測；隧道；效益

1 概述

鋼鐵工業是在上個世紀二十年代隨著鐵礦的開采和煉制等工業的發展而形成的一項工業，在現在的生活中隨著社會和經濟的發展，鋼鐵工業系統對國家的經濟和人民群眾的日常生活中的地位就顯得更加的重要。在鋼鐵工業系統的穩定、安全、可靠的運行維護工作中，電氣設備安全運行的可靠性是首要考慮的問題[1]。

這些年來隨著科學技術的發展以及供電用電部門使用要求的提高，鋼鐵行業系統向高電壓、大規模、網絡技術信息化方面的發展，傳統檢修維護方法己不太適用于當今迅速發展的大型鋼鐵企業，其主要原因在于：（1）某些重要裝置設備的檢修和維護工作需要停電操作，而很多情況下為了能夠使生產生活安全平穩可靠的連續運行，重要電氣設備退出運行狀態非常困難；（2）停電后檢查電氣設備時，設備試驗檢查狀態往往與電氣設備單獨運行時狀態不一致，如設備運行電流、振動值、溫度等物理量，都會在一定程度上影響對設備運行狀態的準確判斷；（3）受到檢修維護周期的影響，有一些并不是連續運行的電氣設備的檢修維護工作主要由我維修人員憑經驗來進行判斷，由于業務能力和經驗上的差別，檢修維護時間選擇無法做到準確可靠，使得相鄰兩次檢修期間發生的電氣設備問題沒有很好的解決方法[2]。

鋼鐵企業電氣設備涵蓋廣泛，包括各種變壓器、高低壓開關設備、高低壓發電機、電動機、高低壓電容器、電抗器、UPS不間斷電源、高低壓變頻器、電流電壓互感器和高低壓電力電纜等。由于這些電氣設備經常處于大電壓、大電流和強磁場工作環境中，在實際監控中要求狀態監測儀器與監控對象之間進行適當隔離，在某些場合傳統監測技術手段往往會受到一定限制[3]，而先進光纖傳感技術能夠廣泛適應于高電壓環境、抗電磁干擾、耐腐蝕和實現實時在線監測電氣設備特征物理量（如電流電壓波動、設備溫度和應變等）的系統。

2 系統概述

分布式光纖在線溫度監測系統是針對研發的基于分布式光纖傳感技術的新型溫度監測及火災報警系統，通過實時檢測測溫光纜中反射光信號隨溫度的變化情況，實現分布式光纖在線溫度監測系統是根據電纜夾層、電纜隧道、電纜橋架、高壓電氣設備內部多個測點的溫度在線監測和火災報警。

測溫光纜具有體積小、重量輕、無源檢測、防電磁干擾、阻燃防爆、易于遠程監測等優點，采用測溫光纜的火災監測系統具備以下獨特優點：（1）將測點的溫度變化轉換成測溫光纜中拉曼散射光信號的變化，通過對兩個拉曼散射光信號的差分檢測，從本質上消除了系統光功率波動、傳輸鏈路損耗變化對測量精度的影響。（2）測溫光纜的每一點都是溫度傳感器，真正實現了分布式溫度測量，整個測溫范圍無盲區。（3）測量精度高，響應時間短。測溫精度可達±1℃，對5Km測溫光纜的檢測時間不超過5秒。（4）傳感器不受環境濕度、應力應變的影響，測量結果具有良好的重復性，長期穩定性好。

分布式光纖在線溫度漸監測主機通過以太網絡與監控計算機進行通信，可實現遠程集中監控；通過RS232/RS485接口與報警控制器相連，實現分區過溫報警；通過多級可配置報警溫度設置，實現火災預警與報警。另外，系統的調試、區域設置、報警參數設置等操作均可在測溫主機或遠程監控計算機上完成，操作、維護方便。

3 工作原理

分布式光纖在線溫度監測系統基于分布式光纖傳感技術，利用光纖中拉曼散射光信號對溫度的敏感特性，實現對溫度變化的精確測量。

分布式光纖溫度傳感是將整條傳輸光纖作為傳感器，光纖（光纜）上的每一點都兼具“傳”和“感”的功能。在分布式光纖溫度傳感系統中，一束較強的脈沖激光信號在光纖（光纜）中傳輸時，光纖中的每一點都會對激光信號產生極其微弱的散射，散射光信號的特性與該點所處位置的溫度有關，通過檢測每一點散射光信號的光學特性，獲得改點的溫度信息，進而得到整條光纖（光纜）上的溫度分布。

根據所檢測的反射光信號的不同，分布式光纖溫度傳感系統可分為瑞利（Rayleigh）散射系統、拉曼（Raman）散射系統和布里淵（Brillouin）散射系統。激光脈沖信號在光纖中傳輸時，由于激光與光纖材料的相互作用，會產生三種不同的散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，其中瑞利散射光對溫度變化較不敏感，拉曼散射光對溫度變化較為敏感，布里淵散射光對溫度和應變都敏感，因此拉曼散射和布里淵散射都可以用來測量溫度。另一方面，由于布里淵散射和瑞利散射在頻譜上靠的非常近，很難通過濾波器分開，同時布里淵散射受應力、應變的影響也較大，因此應用最多的還是采用拉曼散射實現溫度傳感。

4 系統組成

光纖光柵隧道火災監測系統主要由以下五部分組成：

測溫光纜；測溫主機；監控軟件；火災報警控制器（可選）；光纖通信模塊（可選）。

5 系統軟件功能

系統軟件包括13個主要功能：數據采集、數據顯示、數據交換、數據存儲、數據備份、用戶管理、報警輸出、分區設置、日志記錄、曲線圖保存、短信報警、歷史溫度查詢，顯示火災蔓延方向。

6 運行管理

6.1 安全事項

使用光纖在線監測系統時，為了人身安全以及減少火災、觸電或人員傷害的危險起見，請遵守以下安全規則：（1）仔細閱讀并理解光纖傳感器全部說明，按照說明書操作相應儀器；（2）請勿將眼睛直接對準機箱光纖出口處；（3）請使用接地良好的插座供電；（4）請將儀器放在通風處，請勿在儀器的通風口堆放物品，以免散熱不良造成機器過熱，損壞儀器；（5）為了防止觸電或火災，請勿將儀器暴露在雨水中；（6）應使儀器避開灰塵、高溫和振動；（7）請勿將儀器直接暴露在陽光照射下；（8）勿在儀器上放置重物；（9）勿用濕手觸摸插頭；（10）如果要搬運儀器，務必小心輕放，請勿受壓，避免潮濕，避免劇烈振動。

6.2 儀器維護

產品屬于貴重精密光學儀器，請妥善使用。請勿用手指或其它物品直接接觸光纖接頭端面。平時要注意儀器的維護，主要包括以下幾個方面：（1）光纖頭的清潔。清潔光纖頭時要謹慎小心，采用無水酒精浸泡的棉花球或光纖端面專用清潔器，輕輕擦拭APC光纖接頭上的灰塵，注意要沿一個方向，不可來回擦拭，以免損壞光纖端面，且每次光纖頭和酒精棉（或專用清潔器）的接觸位置都不能相同，以免二次污染。（2）外殼清洗。儀器運行一段時間后需要外殼清洗，清洗時請拔下本機的電源插頭。不要使用液體或者噴霧清潔器。使用濕布進行清潔。（3）儀器供電采用220V交流供電，切勿亂動機柜內部走線，以防漏電造成的傷害。

7 結束語

光纖在線監測技術大大減少了人工成本，電纜維護避免事故，起到了不可估量的作用。

參考文獻

[1]黃雅羅，黃樹紅.發電設備狀態檢修[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]雷鳴.電力設備診斷手冊[M].北京：中國電力出版社，2001.

[3]朱德恒，談克雄.電氣設備狀態監測與故障診斷技術[M].北京：中國電力出版社，2001.