高春瑩

（合肥科大立安安全技術(shù)股份有限公司，合肥 230088）

分布式光纖測溫技術(shù)在電纜火災(zāi)探測中的應(yīng)用

高春瑩

（合肥科大立安安全技術(shù)股份有限公司，合肥 230088）

本文介紹了一種分布式光纖感溫探測系統(tǒng)（DTS），在火災(zāi)發(fā)生以前檢測到被保護(hù)體的溫升或過熱的現(xiàn)象，并通過火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)出早期預(yù)警及報(bào)警信號(hào)，使危險(xiǎn)源信號(hào)能夠在火災(zāi)初期被有效識(shí)別。該技術(shù)非常適合于電纜管井、電纜夾層、地鐵隧道及電纜隧道等早期火災(zāi)探測。

分布式光纖感溫探測系統(tǒng)；電纜火災(zāi)探測；防火設(shè)計(jì)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展，在民用建筑尤其高層建筑中電纜管井、電纜夾層、設(shè)備管廊及市政工程中電纜隧道、地鐵隧道等應(yīng)用越來越廣泛。在防火設(shè)計(jì)時(shí)，火災(zāi)初期的探測、報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是滅火的關(guān)鍵。分布式光纖感溫探測系統(tǒng)（DTS），通過對(duì)被保護(hù)物體的直接敷設(shè)，可對(duì)被測對(duì)象的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示，可以做到早期預(yù)警，對(duì)提高滅火效率有重要的意義。

1 電纜火災(zāi)特點(diǎn)及火災(zāi)原因分析

電纜管井、電纜夾層等一般為封閉空間，內(nèi)部低矮狹長，電纜及各種管道布置密集，通風(fēng)及采光條件很差，極易發(fā)生火災(zāi)尤其電纜火災(zāi)。由于電纜本身的可燃性，其間距很小，主要靠絕緣材料絕緣。而電纜的絕緣材料、填充物及覆蓋層為如橡膠、塑料、絕緣油等，都屬于可燃物質(zhì)，雖然添加阻燃物質(zhì)，也很容易被過熱引燃。另外，由于外因造成電纜保護(hù)層損傷及電纜絕緣層擊穿等容易產(chǎn)生電弧，也會(huì)導(dǎo)致絕緣層和填料層起火。

發(fā)生電纜火災(zāi)時(shí)電纜管井、電纜夾層內(nèi)熱量集聚，散熱緩慢，空間的溫度提升很快，可能較早出現(xiàn)轟燃現(xiàn)象，使各種有害氣體濃度迅速增大。由于內(nèi)部空間狹小，煙氣排除困難，內(nèi)部能見度幾乎為零，外部撲救人員及消防設(shè)備幾乎不可能進(jìn)入，使火災(zāi)撲救非常困難。因此，火災(zāi)的早期識(shí)別和精準(zhǔn)定位，對(duì)消防滅火就顯得尤為重要。

2 電纜火災(zāi)探測系統(tǒng)選型

到目前為止，火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)類型主要有：點(diǎn)式感溫、感煙探測器、感溫電纜、火焰探測器、圖像火災(zāi)探測器、光纖感溫火災(zāi)探測器、極早期主動(dòng)吸氣式火災(zāi)探測系統(tǒng)等。

普通的點(diǎn)式感溫、感煙探測器為非接觸式探測方式，響應(yīng)慢，誤報(bào)高、且檢修維護(hù)困難，不適用于電纜管井等處初期多為陰燃火災(zāi)的探測識(shí)別；極早期主動(dòng)吸氣式探測器對(duì)環(huán)境清潔度要求極高，在濕熱及污染環(huán)境中耐用性比較差。在當(dāng)前的電纜類火災(zāi)探測中，比較常見的是感溫電纜火災(zāi)探測方式，隨電力電纜分層蛇形布置于電纜托架上。但感溫電纜火災(zāi)探測方式有以下缺點(diǎn)：報(bào)警時(shí)無法定點(diǎn)定位，誤報(bào)率高，易老化、使用壽命短，而且將電源引入危險(xiǎn)區(qū)。

隨著火災(zāi)探測技術(shù)的日新月異，近年來，光纖感溫火災(zāi)探測器開始逐漸被設(shè)計(jì)人員所了解。線型光纖感溫探測器分為光纖光柵感溫火災(zāi)探測器和分布式光纖感溫火災(zāi)探測器，光纖光柵感溫火災(zāi)探測器以光纖連接的多點(diǎn)光柵為溫度檢測單元，分布式光纖感溫火災(zāi)探測器以整根光纖為溫度檢測單元。這兩者均可實(shí)時(shí)監(jiān)測安裝區(qū)域的溫度，根據(jù)溫度的閾值、升溫速度等特征實(shí)現(xiàn)電纜管井、電纜夾層內(nèi)的火災(zāi)探測。但由于光纖光柵感溫系統(tǒng)是通過多個(gè)單體光柵熔接在光纖上，因此在長距離的電纜探測應(yīng)用中，系統(tǒng)成本較高，且后期維護(hù)檢查點(diǎn)較多，不便于系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。本文重點(diǎn)介紹分布式光纖測溫系統(tǒng)。

分布式光纖測溫系統(tǒng)是一種用于實(shí)時(shí)測量空間溫度場分布的傳感器系統(tǒng)，它利用同一根光纖作為溫度信息的傳感和傳導(dǎo)介質(zhì)，光纖后向拉曼（Raman）散射光譜的溫度效應(yīng)可以測量光纖所在的溫度場信息，光纖的光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)可以對(duì)測量點(diǎn)進(jìn)行定位。其原理見圖1。

圖1 分布式光纖測溫原理

分布式光纖測溫系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的點(diǎn)式測量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)被測對(duì)象全長度范圍內(nèi)的連續(xù)監(jiān)測，沒有探測盲點(diǎn)。DTS測溫主機(jī)可通過一條傳感光纜實(shí)現(xiàn)每10 s上萬個(gè)溫度點(diǎn)的測量，在整個(gè)光纜所及之處沒有測量死角，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測安裝區(qū)域的溫度，根據(jù)溫度的閾值、升溫速度等特征，火災(zāi)能夠被快速確定且能夠精確定位，做到早期預(yù)警。能夠節(jié)約應(yīng)急小組的寶貴時(shí)間，在最短的時(shí)間內(nèi)采取有效的消防聯(lián)動(dòng)。因此，非常適合于電纜管井、電纜夾層的初期溫升預(yù)警和火災(zāi)探測。

較好的DTS分布式測量系統(tǒng)的溫度分辨率可以達(dá)到0.1℃，溫度精度可以達(dá)到1℃，并且是連續(xù)的溫度測量，可設(shè)置多種報(bào)警模式，如定溫報(bào)警，溫升報(bào)警，分區(qū)極大溫度報(bào)警等；可按照用戶的要求進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)分區(qū)的報(bào)警條件相互獨(dú)立，有很強(qiáng)的靈活性、擴(kuò)展性。同時(shí)，探測光纜本征安全，采用光信號(hào)，不會(huì)與動(dòng)力電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。

3 分布式光纖感溫探測系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

在現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50116—2013）中，對(duì)線型光纖測溫系統(tǒng)的適用場所有相關(guān)規(guī)定。第9.3.1條規(guī)定：“測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器應(yīng)設(shè)置在電纜接頭、端子、重點(diǎn)發(fā)熱部件等部位”；第9.3.2條規(guī)定：“保護(hù)對(duì)象為1 000 V及以下的配電線路，測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器應(yīng)采用接觸式布置”；第12.3.2條規(guī)定：“無外部火源進(jìn)入的電纜隧道應(yīng)在電纜層上表面設(shè)置線型感溫火災(zāi)探測器，有外部火源進(jìn)入可能的電纜隧道在電纜層上表面和隧道頂部，均應(yīng)設(shè)置線型感溫火災(zāi)探測器”；第12.3.4條規(guī)定：“線型光纖感溫火災(zāi)探測器應(yīng)采用一根感溫光纜保護(hù)一根動(dòng)力電纜的方式，并應(yīng)沿動(dòng)力電纜敷設(shè)。”

一套完整的光纖測溫系統(tǒng)是由探測光纜與光纖測溫主機(jī)組成的。探測光纜既作為溫度傳感器感知溫度信號(hào)，同時(shí)又將溫度信號(hào)傳輸?shù)綔y溫主機(jī)。探測光纜與測溫主機(jī)通過尾纖進(jìn)行連接，將溫度信息傳輸至測溫主機(jī)進(jìn)行分析、處理，可以根據(jù)環(huán)境情況設(shè)置不同報(bào)警值。光纖測溫主機(jī)可以根據(jù)電纜的實(shí)際情況對(duì)監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，根據(jù)環(huán)境情況設(shè)置不同報(bào)警值。

感溫光纖在電纜管井、電纜夾層的橋架或支架上設(shè)置時(shí)，采用接觸式布置，并按正弦波形敷設(shè)。布防區(qū)域可按照電纜管井、夾層的防火隔斷設(shè)置或按照防火隔斷中的每層電纜橋架、夾層設(shè)置，電纜豎井宜單獨(dú)設(shè)置探測區(qū)域。對(duì)高壓電纜探測時(shí)，采取每個(gè)回路每相布置一根光纖的方式。測溫光纖的安裝布線示意見圖2、3。

圖2 分布式光纖在電纜橋架內(nèi)的敷設(shè)

圖3 光纖光纜在電纜接頭處的敷設(shè)

測溫光纖的安裝布線方式：

1）每路探測光纜通過尾纖接入DTS主機(jī)，尾纖的一端為與DTS主機(jī)連接，另一端需通過接線盒與探測光纜相連。

2）電纜接頭處光纜敷設(shè)采用跳線方式，即測溫光纜采用雙環(huán)形纏繞方式固定在電纜終端及蹭接頭處，測溫光纜與電纜終端及中間接頭緊密接觸，雙環(huán)形纏繞光纜展開長度分別為5 m、10 m。

4 結(jié)論

分布式光纖測溫系統(tǒng)有著測量距離長，測量周期短，測量精度高，響應(yīng)快速，靈敏度高，誤報(bào)率、漏報(bào)率低等特點(diǎn)，而且由于光纖本身的無電檢測安全防爆，不受電磁干擾，不受雷擊，維護(hù)簡單，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，十分適合于電纜的溫度探測和初期火災(zāi)監(jiān)測；建議在建筑工程電纜管井、電纜夾層及地下管廊火災(zāi)探測中廣泛應(yīng)用，并可推廣到城市地鐵隧道等市政工程。

[1]丁宏軍，電纜隧道火災(zāi)分析建模與線型感溫火災(zāi)探測器研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.

[2]GB 50116—2013，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB/T 21197—2007，線型光纖感溫火災(zāi)探測器[S].

TU892

A

1673-1093（2015）05-0089-03

高春瑩，女，電氣工程師，現(xiàn)就職于合肥科大立安安全技術(shù)股份有限公司，研究方向：高大空間及特殊場所消防技術(shù)的應(yīng)用。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.05.018

2015-01-29；

2015-02-02