分布式光纤测温技术在电缆火灾探测中的应用

高春莹

（合肥科大立安安全技术股份有限公司，合肥 230088）

分布式光纤测温技术在电缆火灾探测中的应用

高春莹

（合肥科大立安安全技术股份有限公司，合肥 230088）

本文介绍了一种分布式光纤感温探测系统（DTS），在火灾发生以前检测到被保护体的温升或过热的现象，并通过火灾自动报警控制器发出早期预警及报警信号，使危险源信号能够在火灾初期被有效识别。该技术非常适合于电缆管井、电缆夹层、地铁隧道及电缆隧道等早期火灾探测。

分布式光纤感温探测系统；电缆火灾探测；防火设计

0 引言

随着社会经济和现代化建设的迅速发展，在民用建筑尤其高层建筑中电缆管井、电缆夹层、设备管廊及市政工程中电缆隧道、地铁隧道等应用越来越广泛。在防火设计时，火灾初期的探测、报警系统的设计是灭火的关键。分布式光纤感温探测系统（DTS），通过对被保护物体的直接敷设，可对被测对象的温度进行实时监控、实时显示，可以做到早期预警，对提高灭火效率有重要的意义。

1 电缆火灾特点及火灾原因分析

电缆管井、电缆夹层等一般为封闭空间，内部低矮狭长，电缆及各种管道布置密集，通风及采光条件很差，极易发生火灾尤其电缆火灾。由于电缆本身的可燃性，其间距很小，主要靠绝缘材料绝缘。而电缆的绝缘材料、填充物及覆盖层为如橡胶、塑料、绝缘油等，都属于可燃物质，虽然添加阻燃物质，也很容易被过热引燃。另外，由于外因造成电缆保护层损伤及电缆绝缘层击穿等容易产生电弧，也会导致绝缘层和填料层起火。

发生电缆火灾时电缆管井、电缆夹层内热量集聚，散热缓慢，空间的温度提升很快，可能较早出现轰燃现象，使各种有害气体浓度迅速增大。由于内部空间狭小，烟气排除困难，内部能见度几乎为零，外部扑救人员及消防设备几乎不可能进入，使火灾扑救非常困难。因此，火灾的早期识别和精准定位，对消防灭火就显得尤为重要。

2 电缆火灾探测系统选型

到目前为止，火灾探测报警系统类型主要有：点式感温、感烟探测器、感温电缆、火焰探测器、图像火灾探测器、光纤感温火灾探测器、极早期主动吸气式火灾探测系统等。

普通的点式感温、感烟探测器为非接触式探测方式，响应慢，误报高、且检修维护困难，不适用于电缆管井等处初期多为阴燃火灾的探测识别；极早期主动吸气式探测器对环境清洁度要求极高，在湿热及污染环境中耐用性比较差。在当前的电缆类火灾探测中，比较常见的是感温电缆火灾探测方式，随电力电缆分层蛇形布置于电缆托架上。但感温电缆火灾探测方式有以下缺点：报警时无法定点定位，误报率高，易老化、使用寿命短，而且将电源引入危险区。

随着火灾探测技术的日新月异，近年来，光纤感温火灾探测器开始逐渐被设计人员所了解。线型光纤感温探测器分为光纤光栅感温火灾探测器和分布式光纤感温火灾探测器，光纤光栅感温火灾探测器以光纤连接的多点光栅为温度检测单元，分布式光纤感温火灾探测器以整根光纤为温度检测单元。这两者均可实时监测安装区域的温度，根据温度的阈值、升温速度等特征实现电缆管井、电缆夹层内的火灾探测。但由于光纤光栅感温系统是通过多个单体光栅熔接在光纤上，因此在长距离的电缆探测应用中，系统成本较高，且后期维护检查点较多，不便于系统运行维护。本文重点介绍分布式光纤测温系统。

分布式光纤测温系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器系统，它利用同一根光纤作为温度信息的传感和传导介质，光纤后向拉曼（Raman）散射光谱的温度效应可以测量光纤所在的温度场信息，光纤的光时域反射（OTDR）技术可以对测量点进行定位。其原理见图1。

图1 分布式光纤测温原理

分布式光纤测温系统区别于传统的点式测量系统，可实现被测对象全长度范围内的连续监测，没有探测盲点。DTS测温主机可通过一条传感光缆实现每10 s上万个温度点的测量，在整个光缆所及之处没有测量死角，能够实时监测安装区域的温度，根据温度的阈值、升温速度等特征，火灾能够被快速确定且能够精确定位，做到早期预警。能够节约应急小组的宝贵时间，在最短的时间内采取有效的消防联动。因此，非常适合于电缆管井、电缆夹层的初期温升预警和火灾探测。

较好的DTS分布式测量系统的温度分辨率可以达到0.1℃，温度精度可以达到1℃，并且是连续的温度测量，可设置多种报警模式，如定温报警，温升报警，分区极大温度报警等；可按照用户的要求进行分区，每个分区的报警条件相互独立，有很强的灵活性、扩展性。同时，探测光缆本征安全，采用光信号，不会与动力电缆之间产生相互电磁干扰。

3 分布式光纤感温探测系统应用设计

在现行设计规范《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116—2013）中，对线型光纤测温系统的适用场所有相关规定。第9.3.1条规定：“测温式电气火灾监控探测器应设置在电缆接头、端子、重点发热部件等部位”；第9.3.2条规定：“保护对象为1 000 V及以下的配电线路，测温式电气火灾监控探测器应采用接触式布置”；第12.3.2条规定：“无外部火源进入的电缆隧道应在电缆层上表面设置线型感温火灾探测器，有外部火源进入可能的电缆隧道在电缆层上表面和隧道顶部，均应设置线型感温火灾探测器”；第12.3.4条规定：“线型光纤感温火灾探测器应采用一根感温光缆保护一根动力电缆的方式，并应沿动力电缆敷设。”

一套完整的光纤测温系统是由探测光缆与光纤测温主机组成的。探测光缆既作为温度传感器感知温度信号，同时又将温度信号传输到测温主机。探测光缆与测温主机通过尾纤进行连接，将温度信息传输至测温主机进行分析、处理，可以根据环境情况设置不同报警值。光纤测温主机可以根据电缆的实际情况对监测区域进行分区，对重点区域进行重点监测，根据环境情况设置不同报警值。

感温光纤在电缆管井、电缆夹层的桥架或支架上设置时，采用接触式布置，并按正弦波形敷设。布防区域可按照电缆管井、夹层的防火隔断设置或按照防火隔断中的每层电缆桥架、夹层设置，电缆竖井宜单独设置探测区域。对高压电缆探测时，采取每个回路每相布置一根光纤的方式。测温光纤的安装布线示意见图2、3。

图2 分布式光纤在电缆桥架内的敷设

图3 光纤光缆在电缆接头处的敷设

测温光纤的安装布线方式：

1）每路探测光缆通过尾纤接入DTS主机，尾纤的一端为与DTS主机连接，另一端需通过接线盒与探测光缆相连。

2）电缆接头处光缆敷设采用跳线方式，即测温光缆采用双环形缠绕方式固定在电缆终端及蹭接头处，测温光缆与电缆终端及中间接头紧密接触，双环形缠绕光缆展开长度分别为5 m、10 m。

4 结论

分布式光纤测温系统有着测量距离长，测量周期短，测量精度高，响应快速，灵敏度高，误报率、漏报率低等特点，而且由于光纤本身的无电检测安全防爆，不受电磁干扰，不受雷击，维护简单，使用寿命长等优点，十分适合于电缆的温度探测和初期火灾监测；建议在建筑工程电缆管井、电缆夹层及地下管廊火灾探测中广泛应用，并可推广到城市地铁隧道等市政工程。

[1]丁宏军，电缆隧道火灾分析建模与线型感温火灾探测器研究[J].武汉理工大学学报，2013.

[2]GB 50116—2013，火灾自动报警系统设计规范[S].

[3]GB/T 21197—2007，线型光纤感温火灾探测器[S].

TU892

A

1673-1093（2015）05-0089-03

高春莹，女，电气工程师，现就职于合肥科大立安安全技术股份有限公司，研究方向：高大空间及特殊场所消防技术的应用。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.05.018

2015-01-29；

2015-02-02