光纤在线监测技术在包钢电网中的应用

杨忠君　胡涛　高智辉

摘 要：隧道无人点巡检已逐步形成为一种电网运行管理模式，在电力企业日益得到重视和推广应用。文章通过对包钢隧道现有状况的分析，简述了光纤在线监测技术在包钢电网中的应用。

关键词：光纤在线监测；隧道；效益

1 概述

钢铁工业是在上个世纪二十年代随着铁矿的开采和炼制等工业的发展而形成的一项工业，在现在的生活中随着社会和经济的发展，钢铁工业系统对国家的经济和人民群众的日常生活中的地位就显得更加的重要。在钢铁工业系统的稳定、安全、可靠的运行维护工作中，电气设备安全运行的可靠性是首要考虑的问题[1]。

这些年来随着科学技术的发展以及供电用电部门使用要求的提高，钢铁行业系统向高电压、大规模、网络技术信息化方面的发展，传统检修维护方法己不太适用于当今迅速发展的大型钢铁企业，其主要原因在于：（1）某些重要装置设备的检修和维护工作需要停电操作，而很多情况下为了能够使生产生活安全平稳可靠的连续运行，重要电气设备退出运行状态非常困难；（2）停电后检查电气设备时，设备试验检查状态往往与电气设备单独运行时状态不一致，如设备运行电流、振动值、温度等物理量，都会在一定程度上影响对设备运行状态的准确判断；（3）受到检修維护周期的影响，有一些并不是连续运行的电气设备的检修维护工作主要由我维修人员凭经验来进行判断，由于业务能力和经验上的差别，检修维护时间选择无法做到准确可靠，使得相邻两次检修期间发生的电气设备问题没有很好的解决方法[2]。

钢铁企业电气设备涵盖广泛，包括各种变压器、高低压开关设备、高低压发电机、电动机、高低压电容器、电抗器、UPS不间断电源、高低压变频器、电流电压互感器和高低压电力电缆等。由于这些电气设备经常处于大电压、大电流和强磁场工作环境中，在实际监控中要求状态监测仪器与监控对象之间进行适当隔离，在某些场合传统监测技术手段往往会受到一定限制[3]，而先进光纤传感技术能够广泛适应于高电压环境、抗电磁干扰、耐腐蚀和实现实时在线监测电气设备特征物理量（如电流电压波动、设备温度和应变等）的系统。

2 系统概述

分布式光纤在线温度监测系统是针对研发的基于分布式光纤传感技术的新型温度监测及火灾报警系统，通过实时检测测温光缆中反射光信号随温度的变化情况，实现分布式光纤在线温度监测系统是根据电缆夹层、电缆隧道、电缆桥架、高压电气设备内部多个测点的温度在线监测和火灾报警。

测温光缆具有体积小、重量轻、无源检测、防电磁干扰、阻燃防爆、易于远程监测等优点，采用测温光缆的火灾监测系统具备以下独特优点：（1）将测点的温度变化转换成测温光缆中拉曼散射光信号的变化，通过对两个拉曼散射光信号的差分检测，从本质上消除了系统光功率波动、传输链路损耗变化对测量精度的影响。（2）测温光缆的每一点都是温度传感器，真正实现了分布式温度测量，整个测温范围无盲区。（3）测量精度高，响应时间短。测温精度可达±1℃，对5Km测温光缆的检测时间不超过5秒。（4）传感器不受环境湿度、应力应变的影响，测量结果具有良好的重复性，长期稳定性好。

分布式光纤在线温度渐监测主机通过以太网络与监控计算机进行通信，可实现远程集中监控；通过RS232/RS485接口与报警控制器相连，实现分区过温报警；通过多级可配置报警温度设置，实现火灾预警与报警。另外，系统的调试、区域设置、报警参数设置等操作均可在测温主机或远程监控计算机上完成，操作、维护方便。

3 工作原理

分布式光纤在线温度监测系统基于分布式光纤传感技术，利用光纤中拉曼散射光信号对温度的敏感特性，实现对温度变化的精确测量。

分布式光纤温度传感是将整条传输光纤作为传感器，光纤（光缆）上的每一点都兼具“传”和“感”的功能。在分布式光纤温度传感系统中，一束较强的脉冲激光信号在光纤（光缆）中传输时，光纤中的每一点都会对激光信号产生极其微弱的散射，散射光信号的特性与该点所处位置的温度有关，通过检测每一点散射光信号的光学特性，获得改点的温度信息，进而得到整条光纤（光缆）上的温度分布。

根据所检测的反射光信号的不同，分布式光纤温度传感系统可分为瑞利（Rayleigh）散射系统、拉曼（Raman）散射系统和布里渊（Brillouin）散射系统。激光脉冲信号在光纤中传输时，由于激光与光纤材料的相互作用，会产生三种不同的散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，其中瑞利散射光对温度变化较不敏感，拉曼散射光对温度变化较为敏感，布里渊散射光对温度和应变都敏感，因此拉曼散射和布里渊散射都可以用来测量温度。另一方面，由于布里渊散射和瑞利散射在频谱上靠的非常近，很难通过滤波器分开，同时布里渊散射受应力、应变的影响也较大，因此应用最多的还是采用拉曼散射实现温度传感。

4 系统组成

光纤光栅隧道火灾监测系统主要由以下五部分组成：

测温光缆；测温主机；监控软件；火灾报警控制器（可选）；光纤通信模块（可选）。

5 系统软件功能

系统软件包括13个主要功能：数据采集、数据显示、数据交换、数据存储、数据备份、用户管理、报警输出、分区设置、日志记录、曲线图保存、短信报警、历史温度查询，显示火灾蔓延方向。

6 运行管理

6.1 安全事项

使用光纤在线监测系统时，为了人身安全以及减少火灾、触电或人员伤害的危险起见，请遵守以下安全规则：（1）仔细阅读并理解光纤传感器全部说明，按照说明书操作相应仪器；（2）请勿将眼睛直接对准机箱光纤出口处；（3）请使用接地良好的插座供电；（4）请将仪器放在通风处，请勿在仪器的通风口堆放物品，以免散热不良造成机器过热，损坏仪器；（5）为了防止触电或火灾，请勿将仪器暴露在雨水中；（6）应使仪器避开灰尘、高温和振动；（7）请勿将仪器直接暴露在阳光照射下；（8）勿在仪器上放置重物；（9）勿用湿手触摸插头；（10）如果要搬运仪器，务必小心轻放，请勿受压，避免潮湿，避免剧烈振动。

6.2 仪器维护

产品属于贵重精密光学仪器，请妥善使用。请勿用手指或其它物品直接接触光纤接头端面。平时要注意仪器的维护，主要包括以下几个方面：（1）光纤头的清洁。清洁光纤头时要谨慎小心，采用无水酒精浸泡的棉花球或光纤端面专用清洁器，轻轻擦拭APC光纤接头上的灰尘，注意要沿一个方向，不可来回擦拭，以免损坏光纤端面，且每次光纤头和酒精棉（或专用清洁器）的接触位置都不能相同，以免二次污染。（2）外壳清洗。仪器运行一段时间后需要外壳清洗，清洗时请拔下本机的电源插头。不要使用液体或者喷雾清洁器。使用湿布进行清洁。（3）仪器供电采用220V交流供电，切勿乱动机柜内部走线，以防漏电造成的伤害。

7 结束语

光纤在线监测技术大大减少了人工成本，电缆维护避免事故，起到了不可估量的作用。

参考文献

[1]黄雅罗，黄树红.发电设备状态检修[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]雷鸣.电力设备诊断手册[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]朱德恒，谈克雄.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2001.