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基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统随着地下电缆在供电系统中应用和逐渐推广，实现地下电缆的安全、稳定和经济运行对确保供电系统的安全性、稳定性、经济性等意义重大。
在电缆输电过程中电缆温度变化对其运行状态影响很大，因此提出了基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统，本文着重介绍了该系统的工作原理及软硬件组成。
标签：地下电缆；分布式光纤测温系统；拉曼散射；光时域反射0 引言随着我国城市化建设不断发展，城市中电缆逐渐由架空铺设转变为地下铺设，地下电缆规模快速扩展，伴随着地下电缆的安全性以及可靠性等问题日益明显，因此亟待一种有效的电缆安全监测方法。
研究表明，电缆温度与电缆运行状态间存在着密切的关系，当电缆运行负荷变化时，则电缆温度也会随之发生相同趋势的变化[1]。
如果电缆在运行过程中某处温度迅速升高，则说明运行负荷过大或电缆此处存在问题；当电缆长时间处于允许的极限温度时，则会导致电缆老化，发生故障。
反之为了避免电缆温度过高，采取使电缆长时间处于低负荷运行，则使电缆不能被充分利用。
为了保证电缆在运行过程中既可安全运行，又可充分利用，所以需要对电缆进行实时温度监测，便于及时掌握和预测电缆的运行状态[2]。
在实际工程中，电缆线芯温度是很难被直接测量，因此只能通过间接的方法来获取线芯温度，分布式光纤测温系统是将测温光纤与电缆紧密贴合，对电缆进行实时温度监测，通过测温光纤测量电缆表皮温度，进而推算线芯温度。
测温光纤具有能连续获取电缆整条线路上温度信息的优势，同时具有抗电磁干扰性强、维护成本低、对温度变化敏感等优点。
因此近年来分布式光纤测温技术逐渐被应用到地下电缆的温度监测。
1 分布式光纤测温原理分布式光纤测温系统是利用光纤的拉曼散射温度效应来实现电缆温度的测量，温度点定位通过光纤的光时域反射原理来实现。
1.1 拉曼散射温度效应当激光发射器产生的光在光纤中传输时，光脉冲与光纤中的分子相互作用而发生散射，发生的散射光包含多种类型。
分布式光纤测温系统原理分布式光纤测温系统是近年来发展起来的一种用于实时快速多点测温和测量空间温度场分布的传感系统。
它是一种分布式的、连续的、功能型光纤温度测量系统。
即在系统中，光纤不仅起感光作用，而且起导光作用。
利用光纤后向拉曼散射的温度效应，可以对光纤所在的温度场进行实时的测量;利用光时域反射技术(OTOR)可以对测量点进行精确定位。
如DTS2000 分布式光纤测温系统，可在一条2km长的光纤上实时监测2000个测址点，测温范围达到0- 370oC。
测温的物理基础当光在光纤中传输时，与光纤中的分子、杂质等相互作用而发生散射。
发生的散射有米氏散射、瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等。
其中拉曼散射是由于光纤中分子的热运动与光子相互作用发生能量交换而产生的。
具体地说，当光子被光纤分子吸收后会再次发射出来。
如果有一部分光能转换为热能，那么将发出一个比原来波长大的光，称为Stokes光。
相反，如果一部分热能转换为光能，那么将发出一个比原来波长小的光，称为Anti-Stokes 光。
拉曼散射光就是由这两种不同波长的Stokes 光和Anti-Stokes光组成的，其波长的偏移是由光纤组成元素的固有属性决定的，因此拉曼散射光的强度与温度有关。
分布式光纤测温系统原理框图分布式光纤测温系统的基本框图如图2-83所示。
在同步控制.单元的触发下，光发射器产生一个大电流脉冲，该脉冲驱动半导体激光器产生大功率的光脉冲，并注人激光器尾纤中。
从激光器尾纤输出的光脉冲.经过光路藕合器进人放置在恒温槽中的光纤中，该光纤用于系统标定，之后再进人传感光纤，感受被测对象的温度场。
当激光在光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼后向散射光返回到光路藕合器中。
光路祸合器不但可以将发射光直接藕合至传感光纤.而且可以将散射回来的不同与发射波长的拉曼散射光祸合至分光器。
分光器分别由两个不同中心波长的光滤波器组成，分别滤出Stokes光和Anti-Stokes光，经接收机送人数据采集与处理单元。
分布式光纤温度测量系统-----------------电缆温度测量的应用引言光纤传感技术是在上世纪七十年代伴随着光纤通信的蓬勃发展而提出来的,它与光时域反射技术密切结合迅速崛起,经过几十年的发展而在多个领域广泛应用。
与传统的传感器相比,光纤传感器具有轻质,耐腐蚀,耐高温,防水防潮,抗电磁干扰等一系列优点,因此在恶劣环境中颇具用途。
而分布式光纤传感技术除具备上述特点以外,还具备实时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的测量分布信息的能力。
准确的说,它可以精确测量光纤沿线上任一点的温度信息,如果把光纤纵横交错连接成网状,则可以构成规模庞大的地毯式动态监测网,实现对目标的实时全方位检测。
特别是在我国，每年发生的有关电器的火灾事故大多是因为电线或电缆长期运行过热烧穿绝缘所引起，所以对于温度的监测十分重要，这也是本文设计的分布式光纤温度测量系统的重要应用。
结构与测量原理分布式光纤温度传感器获取空间温度分部信息的原理是利用光在光线中传输能够产生向后散射。
在光线中诸如一定能量和宽度的激光脉冲，它在光线中传输的同时不断产生后向散射光波，这些广播的状态受到所在光纤散射点的温度影响而改变，将散射回来的光波经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光线中光波的传输速度和背向光回波的时间可对这些信息定位。
1 拉曼散射原理微观世界中任何分子和原子都在不停地运动,光纤的分子和原子也不例外,存在着分子振动。
泵浦光通过分子时打破了分子振动原有的平衡,振动分子将与之发生能量交换。
当产生光子的能量小于泵浦光子的能量(分子振荡吸收泵浦光子的能量)时,称为斯托克斯散射。
当产生光子的能量大于泵浦光子的能量(分子振荡的能量传给光子)时,称为反斯托克斯散射。
斯托克斯散射和反斯托克斯散射统称为拉曼散射。
拉曼散射过程的能级示意图如图1所示。
其中, E1、E2 分别表示分子振动的两个能级,两个能级之间相差h Δν,即E2 = E1 + h Δν。
XX 电缆隧道光纤分布式温度监测系统方案上海华魏光纤传感技术有限公司二○一一年八月时刻关注生命安全,时刻关注工程质量!目录1 设计准则 ........................................................................................................................................... (3)3.1系统目标 ............................................................................................................................................3 3.2系统范围 ............................................................................................................................................3 3.3系统设计原则 (3)3.4系统设计规范 (4)3.5光纤分布式温度监测系统的技术说明 . (4)2 系统设计分析 ........................................................................................................................................... . (6)2.1火灾分析 . ......................................................................................................................................... ...... 6 2.2技术要求分析 . (7)3 系统设备选型 ........................................................................................................................................... . (9)3.1设计目标 . ................................................................................................................................................ 9 3.2系统构成 . ......................................................................................................................................... ....... 9 3.2.1 隧道光纤分布式温度监测系统 .................................................................................................... 9 3.3系统设备技术参数 . . (11)3.3.1 光纤分布式温度监测系统 (11)4 系统总体设计方案 (15)4.1现场设备布置 . ..................................................................................................................................... 15 4.2探测光缆的安装方式 (17)4.3系统通讯 . ......................................................................................................................................... .. (18)5 售后服务 ........................................................................................................................................... . (19)5.2服务支持协议 . ...................................................................................................................................... 19 5.3培训 . ......................................................................................................................................... ............. 19 5.4资料和信息 . ..........................................................................................................................................196 设备清单及现场调试 (20)6.1设备清单 . ......................................................................................................................................... ..... 20 6.2、现场调试 ........................................................................................................................................... (20)1 设计准则1.1系统目标电缆隧道在线监测系统必须保证:运行电缆温度的实时监测。
JC-OM300 分布式光纤测温系统系统概述分布式光纤测温系统利用光在光纤中传输时产生的自发拉曼(Raman)散射信号和光时域反射(OTDR)原理来获取空间温度分布信息,专用于电力电缆、隧道、地铁消防在线温度监测。
实现了用一条(或多条)普通的光纤和一台终端设备,实现几千米的范围内多达几千个点的温度测量的系统。
工作原理分布式光纤测温系统中光纤即是传输媒体又是传感媒体,综合利用光纤拉曼散射效应(Raman scattering)和光时域反射测量技术(OTDR)来获取空间温度分布信息。
其中光纤拉曼散射效应(Raman scattering)用于实现温度测量,光时域反射测量技术(OTDR)用于实现温度定位。
下面将一一介绍光纤拉曼散射效应和光时域反射测量技术。
1、光纤拉曼散射效应(Raman scattering)激光光脉冲射入传感用的光纤之中,在光脉冲向前的传播过程中,由于光纤的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象,有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播,称之为背向散射光,返回的背向散射光包括:◆瑞利(RayLeigh)散射,由光纤折射率的微小变化引起,其频率与入射光脉冲一致。
◆拉曼(Raman)散射,由光子与光声子相互作用引起,其频率与入射光脉冲相差几十太赫兹。
◆布里渊(Brillouin)散射,由光子与光纤内弹性声波场低频声子相互作用引起。
其频率与入射光脉冲相差几十吉赫兹。
针对温度检测需求,瑞利散射信号对温度变化不敏感;布里渊散射信号的变化与温度和应力有关,但信号剥离难度大;拉曼散射信号的变化与温度有关,而且拉曼散射信号相对容易获取和分析,因此工业应用主要采集拉曼散射信号进行温度分析。
江苏久创电气科技有限公司 1拉曼散射会产生两个不同频率的信号:斯托克斯光(比光源波长长的光)和反斯托克斯光(比光源波长短的光),光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯光强发生变化,反斯托克斯与斯托克斯光的比值提供了温度的绝对指示,利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。
分布式光纤线型感温火灾探测系统电缆监测预警方案北京诺可电子科技发展有限公司2016年6月目录一、应用分析........................................ 错误!未定义书签。
二、分布式光纤线型感温火灾监测系统的特点............ 错误!未定义书签。
三、分布式光纤线型感温火灾监测系统的技术原理........ 错误!未定义书签。
技术原理........................................ 错误!未定义书签。
模块组成........................................ 错误!未定义书签。
系统构成........................................ 错误!未定义书签。
技术性能........................................ 错误!未定义书签。
四、系统方案设计.................................... 错误!未定义书签。
感温光缆........................................ 错误!未定义书签。
系统设计........................................ 错误!未定义书签。
监测方案........................................ 错误!未定义书签。
传感光纤的铺设安装.............................. 错误!未定义书签。
系统功能指标.................................... 错误!未定义书签。
设备清单........................................ 错误!未定义书签。
五、系统验收........................................ 错误!未定义书签。
分布式光纤及电缆测温系统目录一、分布式光纤温度监测系统 (1)1、系统概述 (2)2、分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标 (2)3、分布式光纤感温光缆 (3)4、系统技术特点 (4)5、行业应用 (6)二、XSJ-2000型电缆温度在线监测预警系统 (7)1、系统概述 (7)2、系统组成 (7)3、总线系统 (9)4、设计方案 (9)三、XSJ-2000型电缆隧道自动防火门系统 (10)1、概述 (10)2、系统硬件构成 (10)3、系统结构图及设计图 (11)一、分布式光纤温度监测系统1、系统概述分布式线型光纤感温火灾报警系统主要是一种时域分布式光纤监测系统，它的技术基础是光时域反射技术OTDR，是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里到几十公里范围，空间定位精度达到米的量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的场合，它具有精度高、数据传输及读取速度快、自适应性能好等优点。
系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速线性测温并定位, 是光机电、计算机一体化技术的集成。
XSJ-2000基于拉曼散射技术的温度传感系统，其系统结构如图1。
图1拉曼散射温度传感系统结构2、分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标●测温范围：-50～150℃；●额定动作温度：35 ～115℃；●空间分辨率：1m；●定位精度：±1.0m；●采样速率（空间采样间隔）：100MHz(1m)；●测量时间：10s；●测量元件类型：感温电缆直接接入主机；●温度分辨率：±1.0℃；●温度稳定性：1.0℃；●温度显示：显示连续温度曲线；●测温方式：无盲区连续测试；●系统联网方式：RS485，可以远程数据传输；（同时支持TCP/IP,232接口）；●分布式线型光纤感温探测系统主机能够进行手动报警复位和协议报警复位功能；●分布式线型光纤感温探测系统主机能够远程输出报警开关量信号，实现系统报警与控制联动效应；●分布式线型光纤感温探测系统主机有输入(键盘与鼠标)与显示(液晶)功能，可视人机交互界面；●分布式线型光纤感温探测系统主机可配接备用电源；●分布式线型光纤感温探测系统主机可与报警控制器相配接；●使用温度：-25～60℃；●使用湿度：20～90%（无冷凝）；●输出信号：开关量输出；3、分布式光纤感温光缆光缆特点：中心松套管光纤，采用不锈钢软管护套，再外包上外径3mm的聚合物材料，光缆外形如图2所示。
❑具有柔韧性好，施工方便，不会受到电磁、广播系统、移动电话系统、腐蚀性气体、侵蚀性化学品、紫外线等外界影响。
❑GTF-GP-XXXX型光缆性能参数为：❑光纤类型：圆形多模光纤；❑测量元件数量：2条温敏光纤（其中一条为备用纤）；❑衰减率：衰减＜2.5dB/km；❑光纤纤芯直径：50或62.5μｍ；❑光纤覆层直径：125μｍ（丙烯酸酯涂层）；❑最小弯曲半径：静态大于10cm，动态大于20cm；❑拉力：安装过程小于800N，使用过程小于300N；❑压力：短期小于600N，长期小于200N；❑光缆重量：40kg/km；❑光缆外径：Φ3.0mm❑温度范围：-30～120℃；❑使用寿命：大于20年；图24、系统技术特点1、分布式——后端仪表获得在传感光纤所处的空间曲线的温度分布场，有别于传统的点式温度传感通过数据处理获取温度分布，ROTDR测量得到的每一个点的温度值都是真实的；2、定位——根据ROTDR的原理，沿着光纤的温度变化是通过光的反射和散射（类似雷达原理）来确定的，因此可以简单地和迅速地定位异常温度的位置；3、测量的单一性——温度结果与应力、压力、损耗等参数无关，在工作环境恶劣的工况条件下仍然可以正常工作；4、长距离——最长可达30km。
可以适用于大范围，多测量点的应用场合。
布设简单，无论使用单模或多模光纤，根据具体工程情况，可以找到合适的光纤和布设方案；5、温度测量范围大——利用最新的技术和特殊测温光纤。
；6、整根光缆不仅用作信号传输，更全被用作温度探测用，感温探测覆盖范围为其全长100%，报警区域的设置可以通过软件在光缆全长内自由设置，报警定位精度高，其探测区域最小可达1米，无论现场分区怎样变动，皆能满足要求；7、对每个分区的报警探测逻辑可以实现分区内最大温度（定温）、分区内温升速率（差温）、分区内最高温度与分区平均温度之间差值（分区温度均匀程度），三种方式的任意组合，保证实现早期和可靠的报警；8、对隧道等线形空间提供火灾蔓延方向判断功能，方便应急监测系统及时做出正确反应；9、对光缆全线提供连续的温度监测，而且系统兼备故障自检测功能，光缆发生故障时可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测点得到迅速修复；10、系统安装非常简便，信号传输和探测用一根光缆，安装至现场仅需将探测光缆固定即可轻松完成安装工作；11、探测部分完全采用光传输方式，光纤本身安全防爆防雷，并可以完全杜绝电磁干扰影响；12、光缆耐用性设计优异，探测光缆的寿命可达30年之久，对环境影响如温度，压力和湿度波动有抵抗力，同样也适用于较多灰尘和含有腐蚀性物质的空气中；13、系统集成方便，直接以通讯接口与常规火灾报警系统连接。
此外，DTS系统支持开放的通讯接口，易于实现控制器一级的系统集成；14、分布式感温光纤是高速公路隧道火灾监测的最佳方法，在国家消防规范中明确提出：在隧道火情系统监测上推荐使用光纤分布式温度监测系统。
5、行业应用分布式线型光纤感温火灾报警系统（DTS ）根据其技术优势在很多领域都有应用，当前其主要的应用领域如下。
1．电缆在线温度监测电缆运行状态监测电缆沟内火情监测与报警探测实时故障监测2．发电厂、变电站及大型冶金及石化企业的电缆桥架和电缆沟的温度监测，电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行，根据电力事故分析，由于电缆故障引起的火灾事故占相当大比例。
通过继电器与火灾报警主机结合实现联动，实时温度监测提前预警并且及时采取应对措施。
3.交通运输领域的温度监测及火灾报警系统如高速公路隧道、过江隧道、地铁、铁路、机场、船舱等防火、火情监测，可以设置多个报警输出，同时启动强制通风，关闭火灾信道等。
4.油库、军火库、危险品库、粮库、冷库及其它仓库的温度报警系统危险区域的温度测量和监控，设备简单，无外加电源，受监控的区域不带电。
5.石油、天然气行业油罐、石油、天然气管道或储罐温度监测和泄露探测以及油田和天然气竖井的温度检测。
6.现场安装：安装现场油罐外观 罐内外浮顶及不锈钢光缆 内部嵌入光纤的电缆隧道测温二、XSJ-2000型电缆温度在线监测预警系统1、系统概述：XSJ-2000型电缆、电缆头温度在线监测系统,是集总线通讯技术、微处理器技术、数字化点温、线温传感技术、离子感烟技术。
独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行技术于一体。
该系统的开发研制均在电缆隧道内经多次反复试验攻关才得以完善，避免了电缆隧道内强大电场的干扰，完整安全地把数据传送至监视终端，因此，该系统是一种高可靠性的分布式电缆、电缆头温度在线监测系统。
2、系统组成2.1、传感器◆ T1001智能温度传感器技术参数工作电压：3.0V－5.5V测温范围：-55℃－+125℃测量精度：±0.5℃传感器尺寸：￠6×50mm输出接口：数字信号,1-Wire 总线T1001智能温度传感器封装特性：不锈钢管密封，防水、防腐蚀本传感器是数字化温度传感器与总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。
本传感器可经受ESD(10000V)的高压，安装在电缆头压接管绝缘外侧防爆盒内或电缆密集处。
2.2、测温电缆◆ WAB智能测温电缆：实时测量动力电缆运行温度，可以沿电缆走向进行铺设，每根测温电缆长度为100米。
适合电缆测温、电缆敷设密集的地方。
2.3 、数据采集器型号：CL-IV CL-IVF（防水采集器）技术参数：工作电压：DC18-36V工作温度：-45℃-+85℃输出接口：数字信号485总线，8个开关量接口，一个继电器常开接点，4路温度驱动口状态显示：采用背光式液晶显示器，实时显示温度传感器及开关量状态尺寸：长220mm，宽120mm，厚60mm数据采集器数据采集器是接收、管理、转换其所在范围内的智能温度传感器、离子感烟探头和测温电缆的数据进行上传，数据通讯采用CRC16和CRC8纠错校验，以保证系统能在恶劣环境下可靠运行。
配合光缆使用，传输距离可达几十公里。
CL-IV型数据采集器可同时挂接40个T1001智能温度传感器、8个离子感烟探测器，所辖范围为100米半径，或者挂接200米WAB智能测温电缆。
安装位置在所带设备的中心电缆隧道的墙壁上。
具有独立显示温度的功能，能够极大方便现场故障的定位及维护。
2.4、主机结构：◆控制屏：高2260、宽800、深600（mm）◆工控机、显示器均与控制屏配套◆通讯单元（含光纤数据转换模块、报警器、系统电源）与控制屏配套17寸液晶显示器◆操作系统WindowsXP纯净版、数据库SOL、组态软件VIEL-4.01、网络模块Nt2000◆安装位置：控制室，电源为AC220V3、总线系统●采用全数字化网络结构，双总线系统结构提高了整个系统的抗干扰能力。
●系统总线由电源电缆及信号电缆组成电源电缆ZR-2x1.5；信号电缆VCOM-4芯屏蔽其指标为：线路电容＜30PF/M；线路电阻＜150W/KM●安装位置：由主机至全部的数据采集器，分别安装在电缆隧道的墙壁上Φ20PVC管或渡锌管内。
4、设计方案采用T001传感器方案如下：每台数据采集器可带40点T1001智能传感器，离子感烟器8只；每100米设数据采集器一台，总线制数据传输。
采用WAB分布式测温电缆方案如下：数据采集器可带100米长WAB分布式测温电缆4条，离子感烟器8只；每200米设一台数据采集器，总线制数据传输。
三、XSJ-2000型电缆隧道自动防火门系统1、概述：电缆隧道防火门的开、闭问题一直困扰着使用单位，当电缆隧道正常运行时，为了保证电缆隧道内的正常通风良好，一般单位要求电缆隧道内的防火门是敞开的。
如果此时发生了电缆隧道火灾，不可能及时关闭防火门，火焰将穿过防火门进入电缆隧道的另一段，将扩大事故的损失。
防火门没有发挥出防火的作用。
如果电缆隧道内的防火门正常是关闭的，将造成隧道通风不良、温度增高，容易发生电缆火灾事故。
综合上述存在的问题，我公司于2002年推出自动关闭防火门装置，在电力冶金行业得到了推广和使用，得到了用户的好评。
2、系统硬件构成：2.1、防火门1.采用国家标准的甲级钢质防火门；2.采用具有机械储能的闭门装置；3.极大减小了防火门关闭的启动电流；4.防火门位置继电器输出，可在监视终端查看防火门的开、闭状态；5.防火门的关闭可由就地人为控制，远方控制；6.每段的离子感烟器，其动作后联动该段周围的防火门。
