消防领域分布式光纤测温系统的工程运用

解家泽

（云南省临沧市凤庆县消防大队，云南 临沧677000）

引言

由于线型光纤感温探测系统的技术特点及功能具有特殊性，目前国内尚没有制定其设计、施工和验收规范，小湾水电站位于临沧凤庆县与大理南涧县交界的澜沧江中游河段，总装机容量420万千瓦（70万×6台）属大（1）型一等工程，是国家重点工程和实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工程，是云南有史以来单项投资最大的工程项目。为确保工程的消防安全，达到“一防、二断、三灭、四排”的消防技术要求，小湾水电站在电缆桥架、电缆沟、主变电抗器、高压出线电缆等设备上敷设了光纤测温装置。

1 小湾水电站光纤测温报警系统总体布置方案

按照火灾报警分区的具体要求，针对小湾水电站机组建设工程中电力电缆、变压器、电抗器、高压出线电缆等部位特点，共采用10套DTS200-240光纤分布式温度探测报警系统，总长约8万米的探测光缆，分别对电站各个部位进行有效的在线火情监控。

具体设置情况如下：

DTS1：监测主厂房1#机组段尾水管层、供水设备层、蜗壳层、水轮机层、1#机旁副厂房、1#机旁交通洞桥架内电缆及1#主变。

DTS2:监测 2#、3#、4# 机主厂房各层及母线洞桥架内电缆。

DTS3:监测5#机、6#机主厂房各层、母线洞及安装场副厂房桥架内电缆；

DTS4: 监测 2#、3#、4#、5# 机主变及主变电缆层桥架内电缆；

DTS5：监测6#机主变及1#机出线洞桥架内电缆；

DTS6：监测所有电抗器共16台。

DTS7:监测地面开关楼所有桥架及2#出线桥架内电缆；

DTS8:监测1#出线洞所有高压出线电缆；

DTS9:监测2#出线洞所有高压出线电缆；

DTS10:监测中控楼、厂坝联系电缆井所有桥架及中控楼至地面开关楼、柴油发电机房电缆沟内电缆。

2 分布式光纤测温系统的技术依据

2.1 分布式光纤测温系统的发展历程

分布式光纤测温系统是一种用于实时测量温度场分布的传感系统。该技术在1981年由英国南安普顿大学提出,目前国外(主要是英国、日本等国)已研制出了该领域的产品。国内在这方面的研究也取得新的进展,研制出分布式光纤测温系统系列产品,并在工业、交通、电力等领域得到了应用,效果非常理想。分布式光纤测温系统具有抗干扰、抗腐蚀、宽信号传输带等特点,它能够连续测量光纤沿线所在处的温度,测量距离4000m,测温范围-300℃～+900℃,最高测温可达60000℃,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应用场合。在电力系统中,这种光纤传感技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场得到普遍的应用。

2.2 分布式光纤测温系统的原理及构成

分布式光纤测温系统是随着光纤通信技术的迅猛发展而形成的一种新型测温手段,它是利用一根光导纤维光纤作为温度的信息传感媒介和传导介质,实现在线实时测量整个光纤长度上的温度信息,在解决大型重要结构的实时监测准确测量、预测报警等方面具有重要价值和应用潜力。

2.2.1 系统的测量原理主要是依据光纤的时域反射理论和光纤的背向拉曼散射温度效应。利用光纤的时域反射原理可以实现场系统的定位功能,是典型的光纤激光雷达系统,利用光纤背向拉曼散射原理可以实现温度的感知和测量,是典型的光纤通信系统。

2.2.2 分布光纤测温系统的构成

分布光纤测温系统的主要构成:主机、信号采集和处理部分以及传感光纤三部分。

(1)主机部分由光源、光纤波分复用系统以及光电接收和放大模块构成。光源采用脉冲激光器;光纤波分复用系统由1×3双向光纤耦合器和滤波器组成;光电接收、放大模块由带尾纤和前置放大器的光雪崩二极管(APD)以及高增益、宽带、低噪声的放大器组成。

(2)信号采集和处理部分可分为硬件和软件两部分,其中硬件由数据采集累加卡和计算机构成;软件由数据采集累加卡控制和数据采集程序、保存和管理数据的数据库管理系统、数据处理和显示软件三部分构成。

3 分布式光纤测温系统的优点

3.1 能对感温光纤上的温度报警的位置给与确认，可指示出报警温度的长度表示等定位信息，报警定位精度高；

3.2 能根据探测区域的现场环境情况设置温度报警值，而且在同一系统中还可以针对不同的探测区域，结合其环境特点设置不同的温度报警值；

3.3 可实现沿温度场的实时、在线监测，实时显示测量范围内各点的温度变化；

3.4 集传感与传输于一体，可实现远距离测量，系统简单；

3.5 可以设置温度的预警值、火灾报警值，实现多级、早期报警；

3.6 具有抗干扰能力强、耐腐蚀、耐高温等特点性，适用于高温、高热，强电磁场干扰等复杂环境。

3.7 通过采用不同的外护套材料,分布式光纤温度传感系统可以适应各种工作环境。

(1)实时监测高压电力线路以及隧道(特别是地铁)的潜在过热点,并及时发出预警;(2)对建筑物及化工、电子、冶金、制药等行业进行多点监控;(3)测量大型工业变压器线圈、铁芯及其他复杂结构的温度场;(4)用于炼油厂、文物单位、档案馆、井下等需要无电流监测的场合;(5)强电磁场干扰的场合;(6)爆炸环境。

4 分布式光纤测温系统的安装敷设

4.1 分布式光纤测温系统的安装

分布光纤测温系统主要由主机、信号采集和处理部分以及传感光纤三部分构成。在施工安装的过程中，应分别使主机、控制台及机柜、光纤的安装符合要求。

4.1.1 主机的安装要求

主机的安装位置应符合设计和环境条件要求，并应采用螺钉固定安装在机柜内，当有不可避免的强光直射时，应加遮光罩遮挡。

主电源应明显标志，主电源引入线，应直接与消防电源连接，严禁适用电源插头。

尾纤、同轴电缆应固定，外露部分应穿金属软管，并应在金属软管上采取防火保护措施。

线型光纤感温火灾探测器的每一接线端子上都应清晰、牢固地标注上其编号或符号。

4.1.2 感温光纤的安装要求

感温光纤应采用单独的卡具吊装或支撑物固定，直线段应每隔1.0-1.5m设置吊点或支点。在感温光纤走向改变或转角处应设置吊点或支点。消防控制室内感温光纤在架空地板下腹设时，主机上的感温光纤宜留10m长的余量并妥善放置。在盒槽式桥架、电缆竖井、油罐、贮油箱等处敷设感温光纤时，宜每隔2m左右的用捆扎带和被测物绑缚。

4.1.3 引入控制台的感温光纤及导线的安装要求

感温光纤应整齐，避免交叉，拐弯处应电缆曲率半径的要求，并应固定牢靠；感温光纤和所配导线的端部，均应标明感温光纤和导线编号，并与设计图纸一致；端子板的每个接线端，接线不得超过两根；感温光纤和导线长度应留有少小于200mm的余量；感温光纤应绑扎成束；感温光纤引入线穿管后，在进线管处应封堵。

4.2 分布式光纤测温系统的敷设

为保证测温光纤达到所要求的测温精度和空间分辨率，实现最准确最有效的测量，就必须遵从以下敷设原则：

4.2.1 对管状被测温对象（如电缆、管道、隧道等）：应直接把光纤敷设在被测对象的外表面，并加以固定。

4.2.2 面状被测温对象（如油罐、锅炉等）：可依照其外部形状和定位要求把光纤紧贴其表面加以固定，或者将光纤装入套管直接埋入其内部。

4.2.3 立体被测温对象（如仓库、发电机定子等）：可把测温光纤立体地吊装在仓库的不同位置，或把光纤嵌入发电机定子的线槽内；

4.2.4 需要大范围测温的场合：可选用光线切换模块，用一台主机实现多路侧温光纤的巡检。

4.2.5 需要精确定位的对象（如电缆的接头、设备易发热点等重要检测部位）：可把光纤的一段绕成直径大于3㎝的绕组，直接固定在需要精确定位的地方。

4.3 光纤线路的敷设

针对电缆的分布情况和相关设备的具体情况采取以下的敷设方法：

4.3.1 电缆架测温光纤的敷设

光纤沿电缆层平面蛇行绕置以测量该层面电缆的平均温度。用带有外绝缘护套的铠装多模光纤，以防电缆局部放电时危及设备与人身安全。

4.3.2 电缆中间连接接头的光纤敷设

对已接好的电缆接头，光纤沿接头绕行以提高测温和定位精度。接头处光纤用直径3mm的绝缘护套普通光纤。对电缆间尚未连接处，光纤可直接敷设在其金属部位。

4.3.3 与高压柜连接的电缆头的光纤测温

用光纤绕盘的形式测量电缆头温度，确保发热点温度测量和定位的准确性，用直径0.9mm的绝缘护套普通光纤，以螺丝固定光纤绕盘。

4.4 分布式光纤测温系统的验收

4.4.1 审查技术资料和施工记录

光纤测温系统目前还没有国家产品标准，在验收时更应该严格检查验收申请报告、设计图纸及设计说明书、施工记录及设计变更文字记录、系统产品的检验报告、试验报告、出厂合格证及使用维护说明书等技术文件。

4.4.2 系统调试

线型光纤感温火灾探测系统调试是保证系统能正常工作的重要步骤。系统调试有利于调试人员确认所采用的设备是否是符合国家有关标准的合格产品，确认系统的安装质量及发现存在的问题，并且有利于调试人员熟悉系统及组件的结构及性能。系统的调试内容包括：

(1)主机的调试：线型光纤感温火灾探测系统主机应能正常工作，其工作及故障状态应能在火灾报警控制器显示。(2)模拟故障：模拟线型光纤感温火灾探测器故障时，应输出故障信号，点亮黄色故障指示灯，多通道线型光纤感温火灾探测器还应指示出故障通道。(3)连接线断路调试：线型光纤感温火灾探测器连接其他辅助设备时，应模拟辅助设备与系统之间的连接线开路或者断路，不应影响线型光纤感温火灾探测器的正常工作。(4)达到报警条件：模拟被监视区域温度参数达到报警条件时，线型光纤感温火灾探测系统应输出火灾报警信号和报警定位信息，点亮红色报警确认灯，多通道线型光纤感温火灾探测器还应指示出报警通道，并保持至复位。(5)对现行光纤感温火灾探测系统手动进行声、光信号指示部件功能试验，声信号应能手动消除，开关电源操作、手动复位操作、手动屏蔽/解除屏蔽操作，应仅能通过专用工具、密码等特殊手段实现。(6)线型光纤感温火灾探测系统的电源应具有主、备电源转换功能，主备电源的转换不应使线型光纤感温火灾探测系统输出火灾报警信号。

4.4.3 系统验收

线型光纤感温火灾探测系统是火灾报警系统的重要组成部分，应由建设单位组织设计、施工、监理和公安消防机构等单位组成验收组，与火灾自动报警系统一并验收。应对其设计、施工及产品质量的全面验收并做出评价，发现问题时各负其责，及时采取补救措施，以保证经验收后的火灾自动报警系统能可靠地投入运行，起到预期的防护作用。

线型光纤感温火灾探测系统的验收，应现场判断系统电源、模拟火灾响应、故障报警等试验结果，并现场验收系统主机、火灾探测器、电源、显示器等装置的安装位置、型号、数量、类别、功能及安装质量。

[1]山西省工程建设地方标准《线型光纤感温火灾探测系统设计、施工及验收标准》.

[2]GB/T21197-2007.线型光纤感温火灾探测器[M].北京:中国标准出版社，2007.

[3]夏宇闻.从算法设计到硬线逻辑的实现[M].北京:高等教育出版社，2001.