分布式光纖測溫方法在高壓電力電纜溫度監測中的應用

孫弘怡

摘 要：本文目的在于討論高壓電纜溫度檢測中運用分布式光纖測溫技術的發展前景，首先說明了這種技術的特點以及其原理，說明了最重要的實際應用效果，即可以有效避免火災事故的發生。對于整個電力系統來說，高溫以及其導致的火災是非常常見的事故，所以我們有必要對整個電纜的溫度進行嚴密監測。而分布式測溫系統解決了舊有系統中難以遠距離監測和多點檢測的問題，對于溫度十分敏感，并且反應迅速，給事故發生率的降低帶來了很大的便利。

關鍵詞：分布式光纖測溫；電纜溫度；實時監測；光纖傳感

和很多發達國家比起來，就電纜的故障率來說，我國要遠高于其他國家，究其原因是我國沒有一個完善的在線溫度監測系統。為了確定電纜在當前的運行和承載狀態，對溫度進行精確監測是非常重要的，其監控范圍也應該包括電纜周圍的環境，這可以有效避免電纜火災的出現，如果及時對溫度情況進行掌握，就可以采取相應措施來進行應對。舊有的測溫方式是把點式傳感器安裝在電纜管線的關鍵部位，但是這種方法無法起到全局觀測的效果，但分布式光纖方式可以監測一根長達幾公里的管線設備，對上述問題進行了了很好的改進。

1 關于當前電纜運行的現狀

電纜是一種當前運用非常廣泛的輸電管路，當前我國電網正在不斷完善，而城網改造工作也不斷加強力度，所以電纜的應用范圍越來越廣泛，而電纜經常由于其局部溫度過高而導致火災事故，所以防火問題已經被業內人士越來越重視。舊有的防火方式是在變電內以及電纜隧道和電纜的裸露部分運用防火包帶進行防火，也有采用防火槽盒進行防火的手段。而為了阻擋火勢的蔓延，經常在隧道內部安裝防火閘門，如果出現火情，關閉閘門，來起到隔火的效果，而一些大型的變電站也往往設有消防噴淋設備，但上述這些設備都屬于被動設備，起到的是事故發生之后的處理作用，對電纜運行狀況的了解沒有幫助，并且無法防患于未然。分布光纖測溫方法在最早在國外開始研制是二十世紀八十年代的事，當前在一些發達國家已經開始應用，效果很好，尤其是在德國和日本等國。當前我國也加緊了這種技術的研制步伐，并且開始逐步投入使用。

2 分布式光纖測溫系統在電力系統中的應用

2.1 電纜線路、電纜接頭及電纜密集區的溫度監測

電纜線路在電力系統中起到傳輸高壓電能的作用，常常由于電纜長期運行而絕緣老化，因所處外部環境惡劣及內部高負荷電流而引起局部高溫甚至火災。利用光纖玻璃纖維的彎曲特性，在彎曲半徑允許的情況下，可以將測溫光纖沿電纜線路進行鋪設并緊貼。在特殊環境和重要部位進行標記，則可以通過監視軟件設定報警閩值。電纜接頭處常常由于過載而造成接頭處短路，引起火災甚至爆炸。由于高壓電纜較長，并有幾個接頭，因此每個接頭都視為重點區域。可以通過負荷電流與溫度的曲線關系來調整整個線路的負載電流，以此來支持供電系統的安全運行。此外，諸如電纜槽、電纜隧道等電纜密集區也需要重點監測。其內部環境溫度的高低對保證電纜的正常運行有很大關系，如有必要可以與通風、空調系統配合使用，以滿足在季節溫度不同的情況下，始終保證環境溫度在允許的范圍內。

2.2 高壓配電裝置的溫度監測

10kV，35kV開關柜中動靜觸頭、開關柜內連接處（PT，CT，引流線等）、母線與一次設備的連接處等，由于長期運行，可靠性和接觸性變差；又因接觸電阻較大，在大電流情況下熱功率很大，從而造成過熱。由于分布式光纖測溫系統中使用的光纖是標準的通信用多模光纖，一旦在光纖外表面涂上不同材料（如丙稀酸鹽，聚合物等），其測溫范圍就能擴大到-190℃到460℃，同時光纖具有的抗電磁輻射的特性，這使其能夠工作在高壓配電裝置這種高溫、高壓和強輻射的環境中，且不會對這些裝置的正常運行帶來任何負面的影響。這是傳統的測溫方式，如熱電偶、紅外探測儀所無法比擬的。而對于發電機繞組、變壓器這種體積比較大的重要部件，可將光纖纏繞在其表面，從而實現在溫度曲線中快速找到高溫故障點的目標。

2.3 電氣設備的溫度監測和檢修

目前，電氣設備的檢修是計劃檢修，工程量大，花費的人力、物力、財力很高，故障率也很高。而分布式光纖測溫系統能提供大量科學的數據，使檢修部門能有針對性地對電氣設備進行狀態檢修，節約大量的檢修費用和管理費用，降低檢修事故率，提高了供電可靠性。此外，分布式光纖測溫系統也可以監測一些電廠的附屬設備，如豎井、橋架、輸煤皮帶、鍋爐等。這些設備的安全運行也是電力系統安全運行必不可少的條件。

測溫系統發現電纜溫度異常時，會按照下列步驟進行處理：（1）記錄異常點的溫度和位置信息，分析出異常類型，產生報警信息；（2）可以通過繼電器輸出到聲、光、電報警設備；（3）可以通過以太網將報警信息傳送到制定地址；（4）可以通過COM口將報警信息傳送到工作站控制系統

3 光纖測溫系統的應用效果

這種分布式傳感器應用于溫度測量工作中，以下幾點優勢。

（1）其測量范圍廣泛，可以在大范圍和長距離內進行多點溫度測量，并且測量準確度很高，定位也很精準，使用便利并且運行非常可靠，對周邊環境造成的影響較小。

（2）電纜的溫度往往反映著載流量，所以可以通過電纜溫度的觀察來控制其載流量。導體溫度往往要受到環境因素以及整個電纜的結構來決定，所以電纜載流量的設定上也應該有所區別，其管線埋設位置對土壤等等都會對其造成影響。如果該電纜所在環境十分復雜，可以觀察電纜的外部溫度來推測出導體的溫度，并依次為依據，控制電纜的電流。這樣看來，這種技術對控制載流量的作用也十分明顯，進而保證溫度不超過一定閾值。

（3）其報警系統非常靈敏，一旦發現異常立即報警可以起到避免火災事故的效果。

（4）該技術對于電纜絕緣性能也可以起到一定程度的檢測效果，也給電纜絕緣性的檢測工作提供了一種新的理論依據。這種技術在電纜測溫上應用可以有效填補在測溫方面的盲區，對測溫技術是一個很好的完善，給我國帶來了電網運行水平的提高。

結束語

這種新型測溫技術解決了原有的檢測溫度方面的困難，可以讓電力系統更為安全地運轉，提供了有效的保障。在未來，這種技術還將繼續發展，應用也會更為廣泛，對于溫度的發分辨率以及位置的準確程度方面還將會不斷提高，同時也會縮短其響應時間，讓報警更加具有實效性。

參考文獻

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