DTS光纤测温系统在35kV电缆上应用
分布式光纤泄漏监测系统(DTS)在热力管道敷设施工中的应用
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第19期·53·文章编号：2095－6835（2020）19－0053－02分布式光纤泄漏监测系统（DTS ）在热力管道敷设施工中的应用邱华伟，李广山，胡春峰，王梓涵，邱晓霞，邱秀娟（唐山兴邦管道工程设备有限公司，河北唐山064100）摘要：对分布式光纤泄漏监测系统的监测原理、敷设施工要点方法、设备物料配置等方面进行总结，对光纤敷设施工提出建议，为今后泄漏监测系统在热力管道中高质量施工的应用积累经验，以更好地监测热力管道的安全运行。
关键词：光纤敷设；布线施工；泄漏监测；热力管道中图分类号：TU995.3文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.19.019近些年城镇集中供热供冷预制保温管道在中国飞速发展，得到广泛的应用，管道泄漏检测显然是维护活动的重要组成部分，且一直是一项艰巨的任务。
大多数情况下，需要对管道进行现场检查，发现泄漏点。
在过去的几年里，使用光纤的分布式温度监测技术已经证明是检测和定位管道泄漏的有效方法，通过使用光时域反射测量（OTDR ）的技术进行定位。
光缆作为温度传感的媒介，如何合理地布放施工，针对各个特殊地形地段如何更好更有效地敷设，保证布放施工质量是光纤测温精度的基础，也是后期高效使用的重中之重，并且该项目已经获得国家重点研发计划资助——“科技助力经济2020”重点专项（编号：SQ2020YFF0422268）。
1分布式光纤泄漏监测系统原理DTS 光纤分布式管道监测系统采用光纤作为传感器，通过监测管道外部的温度变化，实现对管道泄漏点的发现。
DTS 光纤分布式管道监测系统主要应用的原理是拉曼效应。
拉曼散射光是由热影响的分子振动引起的，背散射光携带关于散射发生的局部温度的信息。
事实上，拉曼背散射光有2个频移分量：斯托克斯分量和反斯托克斯分量。
DTS在电缆测温及载流量分析上的应用
DTS-2000分布式光纤温度监测系统设计手册（在电缆测温和载流量监测中的应用）聚光科技（杭州）有限公司目录1DTS技术概述 (3)2DTS在电网中的应用 (3)2.1应用背景 (3)2.2DTS产品的适用性 (5)3DTS-2000产品介绍 (6)3.1DTS-2000技术原理 (6)3.2DTS-2000产品组成 (7)3.3.1机柜部分 (7)3.3.2感温光缆 (8)3.3.3软件平台 (9)3.3产品技术参数 (14)4工程施工方式 (15)1DTS技术概述DTS是Distributed temperature sensing（分布式温度传感）的简称。
相对于传统点式温度传感器而言，分布式温度传感可以实现单传感器对线型区域甚至面型区域的检测。
DTS技术是利用某些特殊的光波在光纤中传播时光波会携带沿途各点的温度信息这一技术原理，结合微弱光信号探测、超高速信号监测等技术手段实现的，具有了精度高、稳定性强、寿命长等特点，是温度传感领域的发展趋势之一。
自从DTS技术于1986年首次投入商业化运作以来，该项技术被广泛应用于众多需要确保安全可靠运作的领域，包括高压动力电缆的温度分布监测、加工厂热点探测与定位、低温气体储存罐漏气点的探测，和沿生产油井的温度分布监测等领域，可以说国民经济体系中所有跟温度相关的行业都可以看到DTS的应用。
尤其是在电网中，DTS正逐渐成为电缆载流量监测、电缆隧道火情监测等方面的常规手段。
2DTS在电网中的应用2.1应用背景电网中电力电缆的工作温度是非常重要的电力系统运行参数，这个参数直接关系到系统是否可以长期安全、可靠运行。
通常来讲，要保障电力电缆正常运行，需要控制电缆芯表面的温度不能超过电缆绝缘层的耐受温度。
如果电缆芯表面温度超过绝缘层耐受温度，轻则引起绝缘层的慢性老化，久而久之引起火灾甚至爆炸，重则在很短的时间内引起火灾，导致线路烧坏和大范围断电。
无论那种情况，最终的结果都是线路损毁和大面积停电导致的重大财产损失。
光纤测温技术在无轨电车输电电缆上的应用
真知灼见Knowledge and InsightURBAN PUBLIC TRANSPORT 《城市公共交通》2019·0729光纤测温技术在无轨电车输电电缆上的应用北京公共交通控股（集团）有限公司 邵 强 赵汝亮终端四大部分组成。
根据需要可以采用多台测温主机进行组网，扩大测温范围。
2 光纤测温技术的应用与效果北京公交集团开展“分布式光纤测温系统”应用项目，对杨闸环岛公交站到慈云寺桥部分路段的无轨电车输电电缆运行温度实施在线监测和预警。
项目使用一台4公里8通道的分布式光纤测温仪（DSC-DTS4K-8P）布置在杨闸环岛公交站内的箱式变压器中，共使用测温主机的7个通道对架空段电缆、地埋段电缆及电缆接头的温度进行实时监测。
其中1个通道用于监测公交站内的电缆，4个通道用于监测走向三间房路二号闸箱的4根电缆，1个通道用于监测公交站至架空处区域的电缆，1个通道用于监测走向杨闸环岛方向的2根电缆，另留有1个通道备用。
测温主机的7个通道分别连接的光缆长度（即监测电缆长度）依次为2700米、2700米、1500米、1500米、800米、350米、400米。
系统通过北京公交集团内部网络将现场温度数据传到位于远端的北京公交电车公司供电所的管理终端，工作人员可以通过管理终端上的远端软件随时查看电缆运行过程中的温度状况。
由于无轨电车输电电缆有长距离的井下电缆和架空段电缆，故本项目研究了两种新型结构的测温光缆，分别用来监测架空段电缆及井下地埋电缆的实时运行温度。
架空段新型测温光缆需要设计使用一种非金属光缆，且该光缆要保证长时间防雨水、防阳光照射、耐高温、可靠性强、温度感测性能较好。
这种新型架空电缆温度监测光缆是把传感光纤放在一根充油塑料套管内，这样使光缆有很好的防水、防震性能；受技术水平限制，利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温系统均无法实现对无轨电车输电电缆温度长距离实时在线监测，尤其是对地下封闭环境的温度监测更是无能为力。
浅谈电网中高压开关柜点式光纤测温系统的运用论文
浅谈电网中高压开关柜点式光纤测温系统的运用论文浅谈电网中高压开关柜点式光纤测温系统的运用论文引言影响高压开关柜安全可靠运行的因素较多，而导电连接处的接触不良是最重要的因素之一，由于电流流过产生热量，所以几乎所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。
变电站开关柜的动静触头、电缆接头等连接处位置由于接触不良而导致过热是一种严重的事故隐患。
近年来，35kV窑子坡变电站、35kV四台沟变电站均发生过类似的事故，轻则造成断电，重则引发爆炸和火灾，严重影响生产安全。
一般从开关柜接头过热开始到形成事故会有时间间隔，若能及早发现温度异常并快速处理，将大大减少电气事故发生率。
通过分析研究，决定应用“AT501高压开关柜点式光纤在线测温系统”,通过在线监视的方法，对电气设备的运行温度，尤其是敏感位置温度的监测是故障预警和预防事故的重要手段，提前发现开关柜内设备接头发热的迹象，防止出现恶性事故。
1AT501点式光纤测温系统构成1.1AT501点式光纤测温系统结构该系统主要由ATS-100光纤传感器、AT501D光纤测温仪、AT501M集中监控主机等部件，以及上位监控计算机（含远程监控管理软件）、监控机柜及所需辅助设备组成。
系统结构如图1所示。
1.2ATS-100光纤传感器ATS-100光纤传感器（见图2）将被监测部位的'温度信息转换为光信号，并传送给AT501D光纤测温仪，光纤传感器的探头尺寸为目前业内最小，可直接安装在被测点上，测温准确，响应迅速。
1.3AT501D点式光纤测温AT501D点式光纤测温仪实时接收ATS-100光纤传感器送来的携带有温度信息的光信号，并解调为温度数值，实现对被监测部位的温度测量，当实际测量值大于报警设定值时发出报警信号。
AT501D点式光纤测温仪既可单机独立工作，也可多台组网使用。
1.4AT501M点式光纤集中监控主机AT501M集中监控主机（见图3）采集总线上所有AT501D的温度、报警、故障等数据，并通过以太网接口送入上层管理系统；当有火灾发生时，还可以把每个测温度的火灾报警信号通过继电器节点送入消防火灾报警系统。
应用于高压电缆的光纤分布式温度传感新技术
应用于高压电缆的光纤分布式温度传感新技术分布式温度传感(DTS:distributed temperature sensing)技术是一种用于实时测量空间温度场分布的传感技术。
该技术利用光时域反射(OTDR:optical time domain re flectometry)原理、激光喇曼光谱原理，经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大并将温度信息实时地计算出来［1］。
目前，国外(主要是英国、日本等国)已利用激光喇曼光谱效应研制出分布式光纤温度传感器产品［2］，而国内也在积极地开展这方面的研究工作，现已研制成功基于分布式光纤温度传感原理的一系列产品，可广泛应用在航空航天、石油测井、电力、冶金、煤矿等领域中［3］。
国内把分布式光纤温度传感技术引入电力系统电缆测温的研究工作只是刚刚开始。
分布式光纤传感技术具有抗电磁场干扰、工作频率宽、动态范围大等特点，它能够连续测量光纤沿线各点的温度，目前，国外产品的测量距离可在1~30km范围内，空间定位精度达到1m之内，温度分辨率达到1℃［4，5］。
其能够进行不间断的自动测量的特点，特别适用于需要大范围多点测量的应用场合。
由于这种光纤传感技术采用的是普通光纤，因而，其在高压电力电缆载流量的动态计算（用缆芯温度间接反映），长距离电缆接头处的温度监测以及电缆发生断线故障时断点位置的测量等场合具有广泛的应用前景。
2光纤分布式温度传感原理光纤温度传感原理的主要依据是光纤的光时域反射(OTDR)原理以及光纤的后向喇曼散射(raman scattering)温度效应［6］。
当一个光脉冲从光纤的一端射人光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。
因光纤内壁类似镜面，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反。
这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的关系。
反射点的温度(光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。
DTS分布式光纤温度监测系统
DTS分布式光纤温度监测系统DTS-082S分布式光纤监测系统引言DTS分布式光纤温度传感器系统是近年来发展起来，用于实时测量空间温度场的系统。
系统中光纤即是传输媒体又是传感媒体，存在很大的市场发展潜力。
系统介绍DTS分布式光纤温度监测系统，是国内外应用较成熟的分布式光纤测温技术，该系统利用光纤感测信号和传输信号，采用先进的OTDR技术和Raman散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度的变化，根据数据智能分析，实现真正分布式的测量，可及时预警火灾隐患，并精确定位火灾发生的位置。
北京金石智信科技有限公司的DTS产品，测量通道及测量距离根据实际情况而定，采用模块化设计，可靠性高；同时凭借高速微信号处理技术优势，实现0.5m空间分辨率，技术指标达到国际先进水平。
本产品可提供基于多模光纤和单模光纤的DTS测温，尤其适合高压电缆在线监测，在实际应用中得到了很好的反馈。
系统原理DTS的基本原理，当激光在光纤中传输时发生拉曼散射，拉曼散射光分为斯托克斯光和反斯托克斯光。
当光纤受热，反斯托克斯光强的变化相对斯托克斯光强的变化大很多。
利用反斯托克斯光强与斯托克斯光强的特性，经波分复用器和光电检测器采集带有温度信息的背向拉曼散射光信号，经信号处理可以解调出实时的温度信息。
在时域中，利用光时域反射技术（Optical Time Domain Reflection），根据光在光纤中的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间，可以对温度点进行定位。
实现对光纤温度场的分布式测量。
系统组成DTS分布式光纤温度监测系统由以下部分组成：1、工控主机功能：对各个温度监测主机采集的温度信号进行实施处理，可以实时观测各条电缆的实时温度曲线，历史温度数据，图标分析数据等。
2、温度监测主机功能：实时采集电缆温度数据。
3、测温光缆功能：现场敏感元件及数据媒介4、组态软件功能：显示电缆实时温度曲线、报警信息、历史数据、分析报表等。
5、分析软件功能：采集光信号，并将其转换为温度信号。
光纤测温系统在电缆输电线路中的运用
光纤测温系统在电缆输电线路中的运用随着高压电缆运用越来越来越广泛，电缆线路的日常维护检修的任务对于输电运行部门也越来越大，各种电缆线路的监测装置也应运而生。
电缆光纤测温系统能实现电缆温度的实时监测，记录电缆线路在不同荷载下的发热状态，收集详细数据；通过光纤测温系统反馈信息，可及时发现电缆线路存在故障，调整电缆运行状态，延长电缆线路的运行寿命；也能大大降低运行部门的工作强度，对保障电缆线路可靠运行具有重大现实意义。
一、光纤测温系统的功能电力系统中，线路分为电缆和架空线路。
电缆线路一般敷设于地面以下，运行检修困难。
电缆会因为过载或外部原因，导致电缆局部运行温度过高。
电缆温度过高，将大大缩短电缆的使用寿命。
经相关厂家试验论证，电缆持续运行在70℃以上时，电缆运行寿命缩短三分之一。
因此，有必要对电缆进行在线、实时监测，能将故障信息迅速发送至运行人员，运行人员及时处理故障，保障电力的供应。
光纤测温系统可以通过对电缆的运行状态进行实时监测，监测电缆在不同荷载下的运行温度，并对突发事件及时发送至运行人员手机中，提高运行部门管理水平；系统能对电缆沟、隧道内的火灾进行监测与报警，提前发现电缆故障并预警，预防事故的发生；可以优化电缆线路的运行状态，根据传输的负荷确定电缆温度变化的规律，在考虑电缆运行寿命的情况下，可选择传输最大的线路容量，提高线路的利用效率。
综上所述，光纤测温分析系统具体应具有以下主要功能：电缆运行温度监测功能，能实时监测记录电缆的不间断运行温度；温度异常报警功能，并且在该状态下电缆的实际运行载流量；系统能通过自主计算，在设定过载电流和最高允许温度计算出过载时间；设定运行电流和运行时间可以计算出电缆的运行温度；设定过载时间和最大允许温度可计算出最大允许过载电流；电缆动态载流量分析功能（日负荷）；自动生成运行报告功能，可方便地为项目调试和文件归档列出详细的报告。
二、测量原理光纤测温系统是基于光纤的拉曼散射效应，激光器发出的光脉冲与光纤SiO2分子相互作用，发生散射，其中拉曼散射与光纤SiO2分子的热振动能相互作用，对温度的变化敏感。
分布式光纤温度测量系统在电缆温度测量的应用
分布式光纤温度测量系统-----------------电缆温度测量的应用引言光纤传感技术是在上世纪七十年代伴随着光纤通信的蓬勃发展而提出来的,它与光时域反射技术密切结合迅速崛起,经过几十年的发展而在多个领域广泛应用。
与传统的传感器相比,光纤传感器具有轻质,耐腐蚀,耐高温,防水防潮,抗电磁干扰等一系列优点,因此在恶劣环境中颇具用途。
而分布式光纤传感技术除具备上述特点以外,还具备实时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的测量分布信息的能力。
准确的说,它可以精确测量光纤沿线上任一点的温度信息,如果把光纤纵横交错连接成网状,则可以构成规模庞大的地毯式动态监测网,实现对目标的实时全方位检测。
特别是在我国，每年发生的有关电器的火灾事故大多是因为电线或电缆长期运行过热烧穿绝缘所引起，所以对于温度的监测十分重要，这也是本文设计的分布式光纤温度测量系统的重要应用。
结构与测量原理分布式光纤温度传感器获取空间温度分部信息的原理是利用光在光线中传输能够产生向后散射。
在光线中诸如一定能量和宽度的激光脉冲，它在光线中传输的同时不断产生后向散射光波，这些广播的状态受到所在光纤散射点的温度影响而改变，将散射回来的光波经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光线中光波的传输速度和背向光回波的时间可对这些信息定位。
1 拉曼散射原理微观世界中任何分子和原子都在不停地运动,光纤的分子和原子也不例外,存在着分子振动。
泵浦光通过分子时打破了分子振动原有的平衡,振动分子将与之发生能量交换。
当产生光子的能量小于泵浦光子的能量(分子振荡吸收泵浦光子的能量)时,称为斯托克斯散射。
当产生光子的能量大于泵浦光子的能量(分子振荡的能量传给光子)时,称为反斯托克斯散射。
斯托克斯散射和反斯托克斯散射统称为拉曼散射。
拉曼散射过程的能级示意图如图1所示。
其中, E1、E2 分别表示分子振动的两个能级,两个能级之间相差h Δν,即E2 = E1 + h Δν。
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DTS光纤测温系统在35kV电缆上应用
摘要：在电力系统中，常由于绝缘材料老化放电或电缆接头压接不好，造成动力电缆过热现象，引起爆炸和火灾，并造成断电停产事故，严重危害企业安全生产，给企业带来巨大经济损失。
dts光纤测温系统采用先进可靠的技术，对电缆、接头、隧道环境的温度进行在线监测，及时掌握各被监测对象的温度变化状态，及早发现温度异常并及时处理，防止爆炸、火灾等恶性事故的发生，对保障企业安全生产具有重要的意义。
关键词：电缆 dts 光纤测温
【中图分类号】tn915.62
0前言
220kv钢铁变至电炉35kv电缆于1998年投入运行，为9根单芯电缆，型号为ytjv32-26/35。
该电缆无铠装，利用电缆桥架敷设。
电缆敷设时，由于线路较长、桥架弯角较多，敷设困难，造成电缆外皮多次破损，部分电缆铜屏蔽裸露，运行中已经多次发生单相接地故障，且有三个电缆对接头，属于带病运行。
电炉公司属于冲击性负荷，负荷大，对电缆损害较大。
近年来，为了节约成本，电炉公司开展避峰生产，频繁开、停，对电缆冲击较大。
单芯电缆运行时负荷冲击大，会造成电动力，与电缆桥架等进行摩擦。
因该电缆无铠装保护，外皮破损后，造成铜屏蔽多点接地，加速放电，最终将导致击穿。
另外，电炉公司初炼炉、精炼炉属于非线性负载，在冶炼过程中将会产生大量高次谐波及过电压，对电缆产生了严重的
影响，尤其是单芯电缆，一旦外皮破损，铜屏蔽多点接地，极易发生放电、着火等，加上高次谐波及过电压的影响，会加速放电，最终导致主绝缘击穿，甚至发生火灾，造成电炉公司停产。
但考虑整体更换电缆费用较大，只能采取一些行之有效的措施进行实施监控，为了有效地检测电缆的运行状态及早发现温度异常并及时处理，防止爆炸和火灾并造成断电停产事故，对该电缆采用了光纤分布式温度监测系统（dts）进行实时监测。
1 dts光纤测温系统介绍
光纤分布式温度监测系统（dts）首次投入应用以来，该项技术被广泛用于众多需要确保安全可靠运作的领域，包括高压动力电缆的温度在线监测、热点探测与定位、低温气体储存罐漏气点的探测，生产油井的温度分布监测等领域。
光纤分布式温度监测系统已成为解决越来越多的温度测量难题和最好解决办法，尤其是在长距离连续实时在线温度监测上优势突出，其在电缆、管道测温方面的应用就是一个典型的例子。
1.1光纤测温的机理：
当一个激光脉冲从光纤的一端射入，沿着光纤向前传播时，光脉冲在经过光纤中的每一点都会产生一种背向反（散）射光（背向喇曼raman 散射效应），此反射光又会背向传播返回到光纤的入射端。
这背向反射光的强弱却与光纤中该反射点的温度之间存在着一定
的比例关系。
利用这一原理就可以实现沿光纤对温度进行分布式的测量。
通过测出光纤各点的反射光的强弱，便可计算分析出各反射
点的温度及其反射点位置的相关数据。
2 测温光纤安装、监测
测温监测35kv高压电缆由动力公司钢铁变至电炉高配，长度为780 m的35kv电缆，计9路，分3层桥架铺设，用分布式光纤温度监测系统进行监测。
采用2公里4通道（每通道监测1层桥架，预留1通道扩展）的测温主机1台，配套2500 m感温光纤来监测安装主机安装在主控室或现场机柜内；通过串口和网口，将温度信息上传。
测温用的光缆安装：将光缆依附在动力电缆托盘上；光缆从主机背后接口引出，其中3个通道各接1根光缆，敷设于每层电缆桥架中间，粘附于电缆表面（用扎带扎紧）；因其中一根电缆有中间对接头，作特殊监控处理，由于光缆的光缆柔韧、纤细安装方便，对于电缆的加装和改装不会有任何影响。
采用class 1m级激光产品，即使是在光纤发生破损的情况下，系统对人体也不会构成伤害。
所有测温数据进入后台（有日常运行参数、告警信号，各种数据、曲线）保存6个月备查。
3 应用效果
光纤分布式温度监测系统（dts）自从2009年10月投入动力公司钢铁变至电炉高配35kv高压电缆实时监测运行以来，多次预报了因电缆桥架周边环境异常温度对电缆造成影响的告警，根据告警信息提供的内容管理部门及时有效地进行分析处理，光纤分布式温度监测系统（dts）的运行使用全面有效地监测了整条35kv高压电
缆本体温度变化及电缆所在环境的情况，电缆运行在可控、可靠状态下，使企业生产在可测可控状态中安全运行效果令人满意。
4 结论
光纤分布式温度监测系统（dts）的使用能全面有效监测地实时监测电缆运行温度及电缆隧道、桥架环境温度，为引入设备状态检修、智能化运行打下了基础，降低了人工巡检的劳动强度，消除漏检和监测盲区，提高了设备运行管理水平，特别是光纤分布式温度监测系统（dts）的连续分布式监测、多种设备的实时同步监测、测量距离远、抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度及测量精度高等与其它温度监测方式比有着无可比拟的优势值得推广使用。