分布式光纤测温预警系统的应用

于广年　王崇志

（1.营口港务集团第二分公司；2.营口港务集团第三分公司，辽宁　营口　115007）

分布式光纤测温预警系统的应用

于广年1王崇志2

（1.营口港务集团第二分公司；2.营口港务集团第三分公司，辽宁营口115007）

介绍了分布式光纤测温预警系统的技术原理及在营口港二公司煤炭码头皮带机的应用。通过监测皮带机电机减速机、滚筒和托辊的温度变化，判断设备运行状态，进行安全监测，及早发现安全隐患,合理安排检修工作避免安全事故发生。

分布光纤测温预警系统 ； 皮带机； 电机；托辊；应用

皮带机作为煤炭码头装卸主要设备，因其工作量大及工作环境恶劣，依靠人工进行巡检很难发现设备安全隐患。因此，对皮带机电机、滚筒和托辊的安全监测是非常必要的。

随着光纤测温技术的发展，已经能够用光纤测温技术实现温度、电流、电压、磁场等物理量监测。光纤测温技术采用的探测光纤具有体积小、重量轻、结构简单、使用方便、耐高压高温和抗电磁干扰的特点，系统安全可靠，在长距离测试中具有高灵敏度。

分布式光纤测温预警系统不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点温度的分布式传感能力，光纤既是传输信息的导体，又是分布测量的传感器。它能够连续自动测量光纤沿线所在处的温度，测量距离最大在10km范围，空间定位精度达到1m的数量级，特别适用于需要大范围多点测量的场所。

分布式光纤测温预警系统为港口输煤系统中皮带机的安全生产提供了一系列集可视化、智能化、无人化于一体的数字化在线检测方案。

一、系统简介

1．分布式光纤测温预警系统原理

光纤测温的机理是依据后向拉曼(Raman)散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用,发生散射。拉曼散射是由于光纤分子的热振动，产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯(Stokes)光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯(Anti-Stokes)光。光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光强发生变化，Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对光纤沿线温度场的分布式测量（图1）。

图1

2.分布式光纤测温预警系统组成

分布式光纤测温预警系统由测温主机和探测光缆两部分组成。

（1）主机。

①整条光纤既传输信号又感应被测量。

②在长距离内能得到高精度的温度数据。

③测温速度快且精度高，可用图表形象、直观地呈现数据。

④兼容性强。开放式通信结构，可与第三方网络（以太网、OPC、SCADA等）可靠方便的连接，具有灵活的远程控制和数据输入、输出功能。

⑤内置PC。专门开发的应用软件通过易于理解的直观图表向操作人员提供数据。

⑥警报设置齐全。智能警报类型和配置可以根据每个项目量身定制，向操作人员发出当前或者潜在过热部位及其它不良事件的警告。

主机技术参数见表1。

表1

（2）探测光缆。

BY-SCJKBH1探测光缆是一种多模光缆，光纤表层采用可触变的芳纶纤维加以保护，外护套为高性能的阻燃PVC材料，光纤被很好地密封以保证不受外界环境的影响，同时光缆具有优良的热传导特性、机械性能、防水性能及抗腐蚀特性，可以在恶劣的环境中长期使用。光纤类型及参数见表2。可根据用户要求定制探测光缆（图2）。

图2

二、技术特点

（1）连续分布式的进行温度在线监测，没有盲区，没有漏测点。

（2）根据温度变化，及时、准确地进行预警。在还没有发生燃烧的情况下，准确监测出温度异常位置。

（3）光缆不怕粉尘，又可防雷。现场采用特殊光缆既是传输信号的载体又可以测量环境温度。

（4）固定保护夹具、钢管经久耐用。

（5）精度高、数据传输及读取速度快，自适应性能好。

（6）系统软件操作简单，结合现场实际情况进行界面设计。软件可以对光缆进行无限的区域划分，并可以对不同的区域设置不同的报警规则，如定温报警、快速升温报警等。

（7）安装维护简单、方便。

三、在营口港输煤系统中皮带机的应用

1.输煤系统皮带监测

能够了解输煤皮带系统的安全情况，及时应对危险，不发生火灾或爆炸事故，降低自燃或事故而造成的损失。

输煤系统皮带监测内容：监测皮带机电机减速机、滚筒和托辊的温度变化；对比分析不同位置探测光缆安装的温度变化特性；分析、判断报警温度的设置，通过监测皮带机电机减速机、滚筒和托辊的温度变化，判断设备运行状态，进行安全监测，利于及早发现安全隐患,合理安排检修工作，避免皮带打滑磨损造成火灾事故发生。

2.实施方案

（1）系统组成（图3）。

图3

营口港二公司煤炭码头采用1台10km的DTS主机对10条计2150m皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承温度进行实时在线监测；敷设了1#变电所和4#变电所测温系统温度数据传输的专用网络。DTS主机将实时采集的温度数据传送至中央控制室，值机员可通过监控终端实时查看皮带机电机减速机端、滚筒及托辊轴承运行温度情况，依据温度数据判断皮带机相关设备的工作状态，为皮带机安全监测提供科学的管理手段。

①由1#变电所出来的四通道分别是：第一路（图3中紫色表示）探测光缆对BX1-2、BX1-1皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。第二路（图3中蓝色表示）探测光缆对BX2-2、BX2-1皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。第三路（图3中红色表示）探测光缆对BX1-3、BX1-4、BX1-5皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。第四路（图3中青色表示）探测光缆分别对BX2-3、BX2-4、BX2-5的皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。

②通信光缆通过1#变电所到4#变电所沿途皮带机的电缆桥架敷设，如图3中黑色虚线所示。

（2）检测方案。

①皮带机滚筒温度检测。

用夹具将探测光缆固定在皮带机滚筒轴端盖上，对皮带机滚筒进行温度监测，一旦皮带打滑滚筒表面温度上升，热量传递到皮带机滚筒端盖处，系统即可监测到温升，准确发出预警信号，避免发生皮带机火灾事故（图4）。

图4

②承载托辊温度检测。

将探测光缆用工装夹具固定于承载托辊轴两个夹角处，对托辊进行实时温度监测。一旦托辊不转或皮带出现打滑，托辊表面温度上升，热量传到托滚轴后系统监测到温升，当达到设定报警温度值时系统告警。皮带机托辊支架光缆走线及固定示意图见图5，皮带机桁架槽钢光缆走线及固定示意图见图6。

（3）系统功能。

①图形数据实时显示。

实时连续显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线。可以设置系统软件在控制计算机的屏幕上以曲线方式显示整条皮带机系统各点的温度分布，也可以设置显示整条皮带机长度与滚筒的相对位置分布图，显示被测点位置和对应测点的实时温度值，用户可以设置过热报警温度，将接收的数据以曲线方式显示，曲线可随意放大显示（图7）。

②控制数据自动存储。

系统可以自动存储温度数据，用户可以选择查询显示特定测温点的温度历史变化情况，也可以选择查询显示在任意历史时刻保存的温度分布情况，以便对设备的运行状况进行监视，有利于对设备的维护和检修。

③数据即时报表显示。

存储的温度数据以数据库的形式存储，并可以用EXCEL表格形式显示出来，并同时显示当前图形。此时可选择将数据或图形打印。

图5

图6

图7

出现报警信号时自动切换到报警总画面，并显示故障区域最高温度。

④报警方式多种多样。

分布式光纤测温系统应具有连续测温功能，能检测皮带机沿线温度变化情况，报警数据可在软件中设置，每个区域应能设置多种报警类型：最高温度报警、差温报警、温度上升速率报警、局部过热点报警、光纤破坏报警、装置异常等报警，不同的区域能独立报警。报警方式除主控机屏幕显示基本要求外，具有报警输出节点。

⑤分区测量贴合实际。

能对测量区域在长度上进行分区，对某些区域进行局部重点监测。对不同的应用环境设定不同的报警温度和报警级别，更贴合实际应用。

四、结语

随着港口吞吐量的上升，研发集可视化、智能化、无人化于一身的数字化港口储运及装卸设备状态在线监测技术已经刻不容缓。先进的分布式光纤测温技术将为港口的生产安全提供更多领域的技术支持和保障，因此，全面发展分布式测温技术在港口各个领域的应用意义重大。

[1]江毅.高级光纤传感技术[M].科学出版社.

[2]方祖捷.光纤传感基础[M].科学出版社.

[3]李唐军.光纤通讯原理[M].北京交通大学出版社.

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1671-0711（2015）06-0045-04

（2015-04-03）