肖愷等

摘 要： 針對目前電力電纜安全中突出的火災(zāi)探測問題，提出了一種分布式光纖測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用光時(shí)域反射技術(shù)和拉曼散射測溫技術(shù)，由測溫主機(jī)、測溫光纜及CSM主機(jī)構(gòu)成，具有極高的靈敏度和定位精度。通過光纜獲得電纜表面的溫度，傳遞到測溫主機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在CSM主機(jī)上顯示電纜溫度狀態(tài)與報(bào)警。為了證實(shí)分布式光纖測溫系統(tǒng)的有效性，在國內(nèi)某隧道對該系統(tǒng)進(jìn)行了溫度測量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，系統(tǒng)能準(zhǔn)確地反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行電力電纜的實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位溫度異常點(diǎn)，當(dāng)電纜表面溫度超過系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)會立刻輸出報(bào)警信號，為電纜故障提供溫度預(yù)警功能，避免電力事故發(fā)生。

關(guān)鍵字： 拉曼散射； OTDR； 電力電纜； 分布式光纖測溫系統(tǒng)； 在線監(jiān)測

中圖分類號： TN818?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）12?0153?03

Abstract： In view of the present fire detection problems for power cable safety， a distributed fiber temperature detecting system is proposed in this paper. The optical time domain reflection technology and Raman scattering technique are adopted in the system， which is composed of temperature detection host computer， temperature detection cable and CSM host， and has high sensitivity and positioning accuracy. The surface temperature of power cable is got by the fiber cable， passed to the temperature detecting host computer for data analysis， and displayed the power cable temperature status and alarm on the CSM host. In order to verify the effectiveness of the distributed fiber temperature detecting system， a temperature detecting experiment was carried out in a domestic tunnel. The experimental results proved that the system can accurately response the real?time status of field running power cable， timely find and position the temperature abnormal points； when the cable surface temperature exceeds the preset warning temperature value， the system outputs an alarm signal immediately to avoid the accident of the power line.

Keywords： Raman scattering； OTDR； power cable； distributed fiber temperature detecting system； on?line monitoring

0 序 言

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，城市地下電纜（特別是XLPE高壓電力電纜）[1?2]規(guī)模的迅速擴(kuò)大和電壓等級的不斷提高，電力運(yùn)營的安全、可靠性問題日益突出，亟待有效的在線監(jiān)測手段的出現(xiàn)。研究表明，溫度是表征電力電纜運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)極其重要的參數(shù)，當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)附近的溫度會上升；當(dāng)電纜運(yùn)行負(fù)荷增加或減少時(shí)，電纜整體溫度值也隨之上升或下降，通過在線實(shí)時(shí)監(jiān)測電力電纜的溫度值可以及時(shí)掌握其運(yùn)行狀況，避免重大事故發(fā)生[3]。

分布光纖溫度測試系統(tǒng)具有可以連續(xù)的得到沿著探測光纜幾十千米的測量信息，誤報(bào)和漏報(bào)率低，且抗電磁干擾，本征安全，本征防雷、測量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控、靈敏度高，測量精度高、壽命長，成本低，系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在最近幾年被迅速用于電纜溫度監(jiān)測，有望成為電纜安全監(jiān)控的首選的基礎(chǔ)檢測設(shè)備[4?6]。

1 分布式光纖測溫系統(tǒng)的技術(shù)原理

光纖分布式溫度傳感技術(shù)[7?11]是基于光子的拉曼散射溫度效應(yīng)和光纖的光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）分別實(shí)現(xiàn)溫度檢測和溫度點(diǎn)定位。

當(dāng)激光脈沖在光纖中傳輸過程中與光纖分子相互作用，會發(fā)生散射現(xiàn)象，這是因?yàn)楣饫w的非結(jié)晶材料在微觀空間的顆粒狀結(jié)構(gòu)和玻璃中存在的像氣泡這種不均勻所引起的，其中拉曼散射對溫度敏感，瑞利散射對溫度不敏感。布里淵散射對溫度和應(yīng)力都敏感，容易受外界環(huán)境干擾，影響測量的準(zhǔn)確度。拉曼散射是由于光纖分子的熱振動和光子相互作用發(fā)生能量交換而產(chǎn)生的，包括斯托克斯光（Stokes光）與反斯托克斯光（Anti?Stokes光）。其中Stokes光強(qiáng)度與溫度有一定的關(guān)系，但受溫度的影響很小，可忽略不計(jì)，而Anti?Stokes光的強(qiáng)度隨溫度的變化而變化。Anti?Stokes光與Stokes光的強(qiáng)度之比提供了一個(gè)關(guān)于溫度的函數(shù)關(guān)系式?？赏ㄟ^分析得到二者的強(qiáng)度之比，就可以獲得對應(yīng)光纖中某點(diǎn)的溫度值。此外，因?yàn)楣饫w具有一定的長度，且拉曼散射是產(chǎn)生在光纖中的每一個(gè)微觀點(diǎn)的，所以如何確定探測到的拉曼散射在光纖中發(fā)生的位置就需要甬道光時(shí)域反射技術(shù)。如圖1所示。

光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）最初用于評價(jià)光學(xué)通信系統(tǒng)中光纖、光連接器等的性能，是用于檢驗(yàn)光纖損耗特性、光纖故障的有效手段，同時(shí)也是分布式光纖傳感器的基礎(chǔ)。光源發(fā)射出一系列的激光脈沖進(jìn)入光纖后，在光纖中產(chǎn)生背向散射。通過獲得背向散射光信號與發(fā)射光脈沖信號的時(shí)間差[⊿t]，并且光信號在光纖中傳播的速度vg是常數(shù)，因此可以確定此散射光信號產(chǎn)生點(diǎn)距離激光脈沖入射點(diǎn)的距離為[z=vg·⊿t2]。通過這種方法可以在整根連續(xù)的光纖上以距離的連續(xù)函數(shù)形式得到光纖中各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。如圖2所示。

2 系統(tǒng)組成

分布式光纖測溫系統(tǒng)主要包括測溫主機(jī)、測溫光纜及CSM主機(jī)組成。

（1） 測溫主機(jī)。分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)由內(nèi)置激光器、濾波器、高速數(shù)據(jù)采集與處理單元等組成，可實(shí)現(xiàn)電力電纜表面溫度信息的采集、處理，并且輸出溫度報(bào)警信息。其安裝于監(jiān)控室內(nèi)。

（2） 測溫光纜。測溫光纜既作為溫度傳感器探測電纜表面的溫度信息，又作為通信媒介傳輸信息。其敷設(shè)并固定在電力電纜的表面。

（3） CSM主機(jī)。CSM主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與測溫主機(jī)連接進(jìn)行通信。CSM主機(jī)內(nèi)嵌入CSM軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)對報(bào)警參數(shù)、監(jiān)測區(qū)域劃分、通信參數(shù)等測溫主機(jī)參數(shù)的設(shè)置；采集電纜表面的溫度數(shù)據(jù)并在屏幕中以溫度曲線的形式顯示；計(jì)算電纜導(dǎo)體的溫度數(shù)據(jù)；輸出報(bào)警信息等。CSM主機(jī)是安裝于監(jiān)控室或者中央控制室內(nèi)的。

3 工程應(yīng)用

為了證實(shí)分布式光纖測溫系統(tǒng)的有效性，在國內(nèi)某隧道對該系統(tǒng)進(jìn)行了溫度測量試驗(yàn)。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測該區(qū)域220 kV變電站的兩個(gè)隧道（2#、3#隧道）中11個(gè)超高壓電纜回路33條電纜的溫度值，其中2#隧道內(nèi)5個(gè)回路15條電纜總長為1 250 m，3#隧道內(nèi)6個(gè)回路18條電纜總長為1 250 m。

3.1 系統(tǒng)配置

分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)：1臺；通道1：2#電纜隧道1 250 m；通道2：3#電纜隧道1 250 m；CSM主機(jī)：1臺；CSM軟件：1套；測溫光纜：總長度2 500 m。

根據(jù)被測電纜信息，采用1臺分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)實(shí)現(xiàn)對2#，3#隧道內(nèi)11個(gè)回路的33條電纜進(jìn)行在線溫度監(jiān)測，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)安裝于變電站的監(jiān)控室內(nèi)，并與測溫光纜相連；測溫光纜分別敷設(shè)和固定于2#隧道15條電纜表面上，3#隧道18條電纜表面上；CSM主機(jī)內(nèi)置CSM軟件，主要采集分布式光纖測溫系統(tǒng)的信息，顯示電纜表面的溫度數(shù)據(jù)和溫度曲線；計(jì)算電纜導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)，并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和曲線；實(shí)現(xiàn)對短期運(yùn)行負(fù)荷的預(yù)測；該軟件能夠組態(tài)被測電纜布局；輸出多級報(bào)警，并通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議輸出多種類型的報(bào)警信號等。

3.2 運(yùn)行結(jié)果

3.2.1 表面溫度顯示

分布式光纖測溫系統(tǒng)已運(yùn)行，圖4為其軟件界面圖，界面上顯示了被測電纜的布局圖、電纜走向、電纜名稱、電纜表面溫度最高值、電纜導(dǎo)體溫度最高值、運(yùn)行電纜的電流值、溫度異常報(bào)警等信息，通過該界面，用戶可以隨時(shí)掌握電纜運(yùn)行情況。

通過打開子窗口可以顯示詳細(xì)的電纜溫度分布曲線，也可以打開各個(gè)回路子窗口，查看各個(gè)回路的3條電纜的溫度分布曲線，幫助用戶隨時(shí)深入了解運(yùn)行電纜的溫度信息，如圖5所示。

3.2.2 電纜導(dǎo)體溫度實(shí)現(xiàn)

CSM軟件內(nèi)置動態(tài)載流量模型，可以根據(jù)分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)采集的電纜表面溫度和運(yùn)行電纜的電流值計(jì)算出電纜導(dǎo)線的溫度值，并預(yù)測短期電纜運(yùn)行負(fù)荷，為電力調(diào)度提供依據(jù)，提高資產(chǎn)利用率。圖6為電流和電纜表面溫度的響應(yīng)曲線圖，其中藍(lán)色曲線表示分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)采集的電纜表面溫度值，柱狀圖為電纜的運(yùn)行電流值，紅色曲線表示電纜導(dǎo)體溫度值。

3.2.3 溫度異常報(bào)警輸出

當(dāng)分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)測到的電纜表面溫度值超過系統(tǒng)設(shè)定值，將輸出系統(tǒng)報(bào)警信號，包括異常溫度值和位置信息。從圖7的系統(tǒng)報(bào)警輸出曲線圖可知，有一個(gè)尖脈沖值54.7 ℃超出了系統(tǒng)的的預(yù)報(bào)警溫度值為48 ℃，系統(tǒng)輸出了報(bào)警信號。經(jīng)證實(shí)該報(bào)警處確實(shí)存在電纜故障，目前已修復(fù)，挽回了重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

4 結(jié) 語

分布式光纖測溫系統(tǒng)是電纜體溫計(jì)，能夠有效地、實(shí)時(shí)地提供電力電纜的分布式溫度信息，準(zhǔn)確反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行電力電纜實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位溫度異常點(diǎn)，為電纜故障提供溫度預(yù)警功能，避免電力事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 林波.超高壓XLPE電纜絕緣監(jiān)測技術(shù)的工程化應(yīng)用[D].上海：上海交通大學(xué)，2011.

[2] 張?jiān)谛?，張步新，陳?光纖背向激光自發(fā)拉曼散射的溫度效應(yīng)研究[J].光子學(xué)報(bào)，1996，25（3）：273?278.

[3] 陳軍，李永麗.應(yīng)用于高壓電纜的光纖分布式溫度傳感技術(shù)[J].電力系統(tǒng)及自動化學(xué)報(bào)，2005，17（3）：47?49.

[4] 劉林紅，張?jiān)谛?，余向東，等.30 km分布式光纖測溫傳感器的空間分辨率研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2005，26（11）：1195?1210.

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[6] 彭超，趙建康，苗付貴.分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在線監(jiān)測電纜溫度[J].高電壓技術(shù)，2006（8）：43?45.

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[8] 劉媛，張勇，雷濤，等.分布式光纖測溫技術(shù)在電纜溫度監(jiān)測中的應(yīng)用[J].山東科學(xué)，2008，21（6）：50?54.

[9] 張?jiān)谛?，王劍鋒，劉紅林，等.30 km遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國激光，2004，31（5）：613?616.

[10] 崔文華，陳志斌.分布式光纖溫度監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].紅外與激光工程，2002，31（2）：175?178.

光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）最初用于評價(jià)光學(xué)通信系統(tǒng)中光纖、光連接器等的性能，是用于檢驗(yàn)光纖損耗特性、光纖故障的有效手段，同時(shí)也是分布式光纖傳感器的基礎(chǔ)。光源發(fā)射出一系列的激光脈沖進(jìn)入光纖后，在光纖中產(chǎn)生背向散射。通過獲得背向散射光信號與發(fā)射光脈沖信號的時(shí)間差[⊿t]，并且光信號在光纖中傳播的速度vg是常數(shù)，因此可以確定此散射光信號產(chǎn)生點(diǎn)距離激光脈沖入射點(diǎn)的距離為[z=vg·⊿t2]。通過這種方法可以在整根連續(xù)的光纖上以距離的連續(xù)函數(shù)形式得到光纖中各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。如圖2所示。

2 系統(tǒng)組成

分布式光纖測溫系統(tǒng)主要包括測溫主機(jī)、測溫光纜及CSM主機(jī)組成。

（1） 測溫主機(jī)。分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)由內(nèi)置激光器、濾波器、高速數(shù)據(jù)采集與處理單元等組成，可實(shí)現(xiàn)電力電纜表面溫度信息的采集、處理，并且輸出溫度報(bào)警信息。其安裝于監(jiān)控室內(nèi)。

（2） 測溫光纜。測溫光纜既作為溫度傳感器探測電纜表面的溫度信息，又作為通信媒介傳輸信息。其敷設(shè)并固定在電力電纜的表面。

（3） CSM主機(jī)。CSM主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與測溫主機(jī)連接進(jìn)行通信。CSM主機(jī)內(nèi)嵌入CSM軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)對報(bào)警參數(shù)、監(jiān)測區(qū)域劃分、通信參數(shù)等測溫主機(jī)參數(shù)的設(shè)置；采集電纜表面的溫度數(shù)據(jù)并在屏幕中以溫度曲線的形式顯示；計(jì)算電纜導(dǎo)體的溫度數(shù)據(jù)；輸出報(bào)警信息等。CSM主機(jī)是安裝于監(jiān)控室或者中央控制室內(nèi)的。

3 工程應(yīng)用

為了證實(shí)分布式光纖測溫系統(tǒng)的有效性，在國內(nèi)某隧道對該系統(tǒng)進(jìn)行了溫度測量試驗(yàn)。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測該區(qū)域220 kV變電站的兩個(gè)隧道（2#、3#隧道）中11個(gè)超高壓電纜回路33條電纜的溫度值，其中2#隧道內(nèi)5個(gè)回路15條電纜總長為1 250 m，3#隧道內(nèi)6個(gè)回路18條電纜總長為1 250 m。

3.1 系統(tǒng)配置

分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)：1臺；通道1：2#電纜隧道1 250 m；通道2：3#電纜隧道1 250 m；CSM主機(jī)：1臺；CSM軟件：1套；測溫光纜：總長度2 500 m。

根據(jù)被測電纜信息，采用1臺分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)實(shí)現(xiàn)對2#，3#隧道內(nèi)11個(gè)回路的33條電纜進(jìn)行在線溫度監(jiān)測，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)安裝于變電站的監(jiān)控室內(nèi)，并與測溫光纜相連；測溫光纜分別敷設(shè)和固定于2#隧道15條電纜表面上，3#隧道18條電纜表面上；CSM主機(jī)內(nèi)置CSM軟件，主要采集分布式光纖測溫系統(tǒng)的信息，顯示電纜表面的溫度數(shù)據(jù)和溫度曲線；計(jì)算電纜導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)，并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和曲線；實(shí)現(xiàn)對短期運(yùn)行負(fù)荷的預(yù)測；該軟件能夠組態(tài)被測電纜布局；輸出多級報(bào)警，并通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議輸出多種類型的報(bào)警信號等。

3.2 運(yùn)行結(jié)果

3.2.1 表面溫度顯示

分布式光纖測溫系統(tǒng)已運(yùn)行，圖4為其軟件界面圖，界面上顯示了被測電纜的布局圖、電纜走向、電纜名稱、電纜表面溫度最高值、電纜導(dǎo)體溫度最高值、運(yùn)行電纜的電流值、溫度異常報(bào)警等信息，通過該界面，用戶可以隨時(shí)掌握電纜運(yùn)行情況。

通過打開子窗口可以顯示詳細(xì)的電纜溫度分布曲線，也可以打開各個(gè)回路子窗口，查看各個(gè)回路的3條電纜的溫度分布曲線，幫助用戶隨時(shí)深入了解運(yùn)行電纜的溫度信息，如圖5所示。

3.2.2 電纜導(dǎo)體溫度實(shí)現(xiàn)

CSM軟件內(nèi)置動態(tài)載流量模型，可以根據(jù)分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)采集的電纜表面溫度和運(yùn)行電纜的電流值計(jì)算出電纜導(dǎo)線的溫度值，并預(yù)測短期電纜運(yùn)行負(fù)荷，為電力調(diào)度提供依據(jù)，提高資產(chǎn)利用率。圖6為電流和電纜表面溫度的響應(yīng)曲線圖，其中藍(lán)色曲線表示分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)采集的電纜表面溫度值，柱狀圖為電纜的運(yùn)行電流值，紅色曲線表示電纜導(dǎo)體溫度值。

3.2.3 溫度異常報(bào)警輸出

當(dāng)分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)測到的電纜表面溫度值超過系統(tǒng)設(shè)定值，將輸出系統(tǒng)報(bào)警信號，包括異常溫度值和位置信息。從圖7的系統(tǒng)報(bào)警輸出曲線圖可知，有一個(gè)尖脈沖值54.7 ℃超出了系統(tǒng)的的預(yù)報(bào)警溫度值為48 ℃，系統(tǒng)輸出了報(bào)警信號。經(jīng)證實(shí)該報(bào)警處確實(shí)存在電纜故障，目前已修復(fù)，挽回了重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

4 結(jié) 語

分布式光纖測溫系統(tǒng)是電纜體溫計(jì)，能夠有效地、實(shí)時(shí)地提供電力電纜的分布式溫度信息，準(zhǔn)確反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行電力電纜實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位溫度異常點(diǎn)，為電纜故障提供溫度預(yù)警功能，避免電力事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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[9] 張?jiān)谛?，王劍鋒，劉紅林，等.30 km遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國激光，2004，31（5）：613?616.

[10] 崔文華，陳志斌.分布式光纖溫度監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].紅外與激光工程，2002，31（2）：175?178.

光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）最初用于評價(jià)光學(xué)通信系統(tǒng)中光纖、光連接器等的性能，是用于檢驗(yàn)光纖損耗特性、光纖故障的有效手段，同時(shí)也是分布式光纖傳感器的基礎(chǔ)。光源發(fā)射出一系列的激光脈沖進(jìn)入光纖后，在光纖中產(chǎn)生背向散射。通過獲得背向散射光信號與發(fā)射光脈沖信號的時(shí)間差[⊿t]，并且光信號在光纖中傳播的速度vg是常數(shù)，因此可以確定此散射光信號產(chǎn)生點(diǎn)距離激光脈沖入射點(diǎn)的距離為[z=vg·⊿t2]。通過這種方法可以在整根連續(xù)的光纖上以距離的連續(xù)函數(shù)形式得到光纖中各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。如圖2所示。

2 系統(tǒng)組成

分布式光纖測溫系統(tǒng)主要包括測溫主機(jī)、測溫光纜及CSM主機(jī)組成。

（1） 測溫主機(jī)。分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)由內(nèi)置激光器、濾波器、高速數(shù)據(jù)采集與處理單元等組成，可實(shí)現(xiàn)電力電纜表面溫度信息的采集、處理，并且輸出溫度報(bào)警信息。其安裝于監(jiān)控室內(nèi)。

（2） 測溫光纜。測溫光纜既作為溫度傳感器探測電纜表面的溫度信息，又作為通信媒介傳輸信息。其敷設(shè)并固定在電力電纜的表面。

（3） CSM主機(jī)。CSM主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與測溫主機(jī)連接進(jìn)行通信。CSM主機(jī)內(nèi)嵌入CSM軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)對報(bào)警參數(shù)、監(jiān)測區(qū)域劃分、通信參數(shù)等測溫主機(jī)參數(shù)的設(shè)置；采集電纜表面的溫度數(shù)據(jù)并在屏幕中以溫度曲線的形式顯示；計(jì)算電纜導(dǎo)體的溫度數(shù)據(jù)；輸出報(bào)警信息等。CSM主機(jī)是安裝于監(jiān)控室或者中央控制室內(nèi)的。

3 工程應(yīng)用

為了證實(shí)分布式光纖測溫系統(tǒng)的有效性，在國內(nèi)某隧道對該系統(tǒng)進(jìn)行了溫度測量試驗(yàn)。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測該區(qū)域220 kV變電站的兩個(gè)隧道（2#、3#隧道）中11個(gè)超高壓電纜回路33條電纜的溫度值，其中2#隧道內(nèi)5個(gè)回路15條電纜總長為1 250 m，3#隧道內(nèi)6個(gè)回路18條電纜總長為1 250 m。

3.1 系統(tǒng)配置

分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)：1臺；通道1：2#電纜隧道1 250 m；通道2：3#電纜隧道1 250 m；CSM主機(jī)：1臺；CSM軟件：1套；測溫光纜：總長度2 500 m。

根據(jù)被測電纜信息，采用1臺分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)實(shí)現(xiàn)對2#，3#隧道內(nèi)11個(gè)回路的33條電纜進(jìn)行在線溫度監(jiān)測，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)安裝于變電站的監(jiān)控室內(nèi)，并與測溫光纜相連；測溫光纜分別敷設(shè)和固定于2#隧道15條電纜表面上，3#隧道18條電纜表面上；CSM主機(jī)內(nèi)置CSM軟件，主要采集分布式光纖測溫系統(tǒng)的信息，顯示電纜表面的溫度數(shù)據(jù)和溫度曲線；計(jì)算電纜導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)，并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和曲線；實(shí)現(xiàn)對短期運(yùn)行負(fù)荷的預(yù)測；該軟件能夠組態(tài)被測電纜布局；輸出多級報(bào)警，并通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議輸出多種類型的報(bào)警信號等。

3.2 運(yùn)行結(jié)果

3.2.1 表面溫度顯示

分布式光纖測溫系統(tǒng)已運(yùn)行，圖4為其軟件界面圖，界面上顯示了被測電纜的布局圖、電纜走向、電纜名稱、電纜表面溫度最高值、電纜導(dǎo)體溫度最高值、運(yùn)行電纜的電流值、溫度異常報(bào)警等信息，通過該界面，用戶可以隨時(shí)掌握電纜運(yùn)行情況。

通過打開子窗口可以顯示詳細(xì)的電纜溫度分布曲線，也可以打開各個(gè)回路子窗口，查看各個(gè)回路的3條電纜的溫度分布曲線，幫助用戶隨時(shí)深入了解運(yùn)行電纜的溫度信息，如圖5所示。

3.2.2 電纜導(dǎo)體溫度實(shí)現(xiàn)

CSM軟件內(nèi)置動態(tài)載流量模型，可以根據(jù)分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)采集的電纜表面溫度和運(yùn)行電纜的電流值計(jì)算出電纜導(dǎo)線的溫度值，并預(yù)測短期電纜運(yùn)行負(fù)荷，為電力調(diào)度提供依據(jù)，提高資產(chǎn)利用率。圖6為電流和電纜表面溫度的響應(yīng)曲線圖，其中藍(lán)色曲線表示分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)采集的電纜表面溫度值，柱狀圖為電纜的運(yùn)行電流值，紅色曲線表示電纜導(dǎo)體溫度值。

3.2.3 溫度異常報(bào)警輸出

當(dāng)分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫主機(jī)測到的電纜表面溫度值超過系統(tǒng)設(shè)定值，將輸出系統(tǒng)報(bào)警信號，包括異常溫度值和位置信息。從圖7的系統(tǒng)報(bào)警輸出曲線圖可知，有一個(gè)尖脈沖值54.7 ℃超出了系統(tǒng)的的預(yù)報(bào)警溫度值為48 ℃，系統(tǒng)輸出了報(bào)警信號。經(jīng)證實(shí)該報(bào)警處確實(shí)存在電纜故障，目前已修復(fù)，挽回了重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

4 結(jié) 語

分布式光纖測溫系統(tǒng)是電纜體溫計(jì)，能夠有效地、實(shí)時(shí)地提供電力電纜的分布式溫度信息，準(zhǔn)確反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行電力電纜實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位溫度異常點(diǎn)，為電纜故障提供溫度預(yù)警功能，避免電力事故發(fā)生。

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