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分布式光纖測溫技術(shù)在新能源儲能及鋰電池倉儲熱隱患預(yù)警中的應(yīng)用研究

更新時(shí)間：2026-09-01　點(diǎn)擊量：154

摘要

我國新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，電化學(xué)儲能電站、鋰電池倉儲庫建設(shè)數(shù)量快速增長。鋰電池?zé)崾Э厥侵萍s儲能與鋰電池倉儲安全運(yùn)行的核心風(fēng)險(xiǎn)，電池模組局部溫升若不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，極易誘發(fā)連鎖熱失控，造成起火爆炸事故。傳統(tǒng)點(diǎn)式溫度傳感器測點(diǎn)稀疏，存在大量監(jiān)測盲區(qū)；煙霧、可燃?xì)怏w探測器屬于事后報(bào)警手段，難以捕捉熱失控初期微弱溫度變化。分布式光纖測溫（DTS）依托拉曼散射光學(xué)傳感機(jī)理，監(jiān)測現(xiàn)場僅布設(shè)無源感溫光纜，抗腐蝕、抗電磁干擾，可實(shí)現(xiàn)長距離連續(xù)分布式溫度采集。本文闡述DTS系統(tǒng)工作原理，研究固定溫度閾值與溫升速率聯(lián)合報(bào)警算法；針對集裝箱儲能電站、鋰電池倉儲庫、光伏電站、水電站機(jī)電設(shè)備等新能源典型場景開展應(yīng)用分析；論述光纜敷設(shè)方案、報(bào)警參數(shù)整定、第三方平臺對接等工程關(guān)鍵技術(shù)。工程實(shí)踐表明，分布式光纖測溫技術(shù)可以在熱失控發(fā)展早期識別電池局部溫度異常，為新能源項(xiàng)目熱隱患超前預(yù)警提供可靠技術(shù)手段，對提升新能源項(xiàng)目安全運(yùn)維水平具備重要工程價(jià)值。

**關(guān)鍵詞：**分布式光纖測溫；DTS；新能源；儲能電站；集裝箱儲能；鋰電池倉儲；熱失控預(yù)警；感溫光纜；智慧儲能；光纖傳感

1 引言

雙碳戰(zhàn)略背景下，電化學(xué)儲能在新型電力系統(tǒng)當(dāng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、備用等重要功能，電網(wǎng)側(cè)儲能、用戶側(cè)工商業(yè)儲能項(xiàng)目大規(guī)模投運(yùn)。鋰電池原料及成品倉儲庫作為產(chǎn)業(yè)鏈配套設(shè)施，存儲體量持續(xù)增大。鋰電池化學(xué)性質(zhì)較為活潑，在電芯老化、內(nèi)部短路、過充、外力損傷條件下會出現(xiàn)局部產(chǎn)熱激增，引發(fā)連鎖熱失控。儲能集裝箱內(nèi)部電池排布密集，熱量不易擴(kuò)散，一旦發(fā)生熱失控，起火爆炸風(fēng)險(xiǎn)高，事故處置難度大，會帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失與安全威脅。

現(xiàn)階段多數(shù)儲能系統(tǒng)依靠BMS自帶NTC點(diǎn)式傳感器采集電池溫度，傳感器僅布置在部分模組點(diǎn)位，電池簇內(nèi)部、模組間隙存在大量監(jiān)測盲區(qū)；儲能艙內(nèi)部存在粉塵以及電化學(xué)腐蝕性氣體，有源電子傳感器長期工作可靠性受限。煙霧、可燃?xì)怏w探測器需要電池發(fā)生熱分解產(chǎn)生煙氣之后才觸發(fā)報(bào)警，此時(shí)熱失控已經(jīng)進(jìn)入中后期，處置時(shí)間十分有限。人工巡檢無法實(shí)現(xiàn)儲能艙內(nèi)部全天候不間斷監(jiān)測。國家陸續(xù)出臺電化學(xué)儲能安全相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對儲能系統(tǒng)熱隱患早期感知能力提出更高要求，傳統(tǒng)監(jiān)測手段已經(jīng)難以滿足安全預(yù)警需求。

分布式光纖測溫DTS技術(shù)，現(xiàn)場無電子元器件，依靠感溫光纜實(shí)現(xiàn)連續(xù)分布式測溫，可以完整覆蓋電池簇、貨架全區(qū)域，近年來逐步在儲能、鋰電池倉儲工程項(xiàng)目落地應(yīng)用。本文圍繞DTS系統(tǒng)原理、新能源典型場景應(yīng)用、工程實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)開展研究，為新能源溫度監(jiān)測項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

2 分布式光纖測溫系統(tǒng)工作原理

分布式光纖測溫基于拉曼散射物理效應(yīng)。脈沖激光注入感溫光纜，光信號在光纖內(nèi)部產(chǎn)生瑞利散射與拉曼散射，拉曼散射分為斯托克斯光和反斯托克斯光，反斯托克斯光的光強(qiáng)對溫度變化高度敏感。DTS主機(jī)采集光纖返回的散射光信號，對比兩種散射光光強(qiáng)比值解算出光纖沿線各點(diǎn)溫度；結(jié)合光信號往返傳播時(shí)間，計(jì)算溫度異常對應(yīng)的空間位置，同步獲取溫度數(shù)值與異常點(diǎn)位信息。

整套系統(tǒng)硬件由DTS測溫主機(jī)、感溫光纜、聲光報(bào)警單元、顯示模塊、通訊接口模塊組成。感溫光纜布設(shè)于儲能艙、鋰電池倉庫監(jiān)測現(xiàn)場，現(xiàn)場無需供電；測溫主機(jī)部署于控制室內(nèi)，完成光信號解調(diào)、溫度計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲、報(bào)警邏輯判斷。系統(tǒng)通過以太網(wǎng)、RS485輸出標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)，對接儲能BMS系統(tǒng)、消防報(bào)警主機(jī)、新能源智慧運(yùn)維平臺。

系統(tǒng)采用雙重報(bào)警機(jī)制：固定溫度閾值報(bào)警，溫度超過設(shè)定限值觸發(fā)告警；溫升速率報(bào)警，監(jiān)測單位時(shí)間溫度上升幅度，針對鋰電池?zé)崾Э乜焖偕郎貙?shí)現(xiàn)快速告警。設(shè)置多級預(yù)警等級，具備米級空間定位精度，精準(zhǔn)輸出異常區(qū)域位置信息。

3 新能源領(lǐng)域典型應(yīng)用場景分析

3.1 集裝箱式儲能電站監(jiān)測

集裝箱儲能艙內(nèi)部密集布置多組電池簇，屬于熱失控高風(fēng)險(xiǎn)場景。將感溫光纜沿電池簇間隙或者上部空間敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)電池簇連續(xù)分布式溫度監(jiān)測。突破傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器測點(diǎn)局限，捕捉電池簇內(nèi)部局部異常溫升，在熱失控早期發(fā)出預(yù)警，定位異常電池簇位置，提醒運(yùn)維人員及時(shí)處置，防范儲能艙起火事故。

3.2 鋰電池倉儲庫監(jiān)測

鋰電池原料庫、成品電池倉庫貨架密集，電池存儲總量大。感溫光纜沿貨架分層敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)貨架各存儲區(qū)域連續(xù)溫度監(jiān)測，識別倉儲電池異常發(fā)熱，彌補(bǔ)倉庫傳統(tǒng)消防監(jiān)測手段不足，規(guī)避鋰電池倉儲火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 光伏電站設(shè)備溫度監(jiān)測

針對光伏組件熱斑故障、匯流箱、逆變器開展溫度監(jiān)測，識別設(shè)備過熱缺陷，保障光伏發(fā)電設(shè)備運(yùn)行效率，延緩設(shè)備老化，延長光伏裝備使用壽命。

3.4 新能源工廠及水電站設(shè)備監(jiān)測

新能源電池生產(chǎn)車間針對配電母線、動力電纜開展全線測溫，保障工廠供電系統(tǒng)安全；對水電站水輪機(jī)組、高壓開關(guān)柜開展溫度監(jiān)測，提前識別機(jī)電設(shè)備過熱故障，保障水電站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

4 工程實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)

4.1 感溫光纜選型與敷設(shè)工藝

儲能場景選用阻燃、耐磨損、抗電化學(xué)腐蝕外護(hù)套專用感溫光纜。儲能集裝箱內(nèi)部光纜走線避開電池模組尖銳棱角，做好機(jī)械防護(hù)；鋰電池倉庫跟隨貨架分層布置；光纜熔接接頭做好防塵密封處理。存量儲能技改項(xiàng)目可利用停機(jī)檢修窗口期施工，減少對儲能系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。

4.2 報(bào)警閾值參數(shù)整定

報(bào)警閾值不可直接采用通用參數(shù)，需要結(jié)合儲能艙、倉庫現(xiàn)場環(huán)境溫度、設(shè)備正常工作溫升進(jìn)行現(xiàn)場整定。區(qū)分設(shè)備正常溫度波動和故障溫升，合理設(shè)置預(yù)警、告警、火警多級閾值，同時(shí)配置溫升速率報(bào)警參數(shù)，兼顧緩慢老化溫升與熱失控快速升溫工況，降低誤報(bào)、漏報(bào)概率。

4.3 系統(tǒng)平臺對接

DTS主機(jī)輸出標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，對接儲能BMS管理系統(tǒng)、消防報(bào)警主機(jī)、新能源智慧運(yùn)維平臺，溫度歷史曲線、報(bào)警信息集中上傳，實(shí)現(xiàn)彈窗、聲光聯(lián)動報(bào)警，納入項(xiàng)目整體安全管控體系。

4.4 后期運(yùn)維管理

系統(tǒng)投運(yùn)之后建立定期巡檢機(jī)制，檢查光纜護(hù)套完好狀態(tài)，核查測溫?cái)?shù)據(jù)有效性，防止光纜外力破損，保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

5 技術(shù)局限性與優(yōu)化方向

分布式光纖測溫存在一定局限性：光纜一旦斷裂，斷裂點(diǎn)后方區(qū)段喪失監(jiān)測能力，項(xiàng)目實(shí)施階段必須重視光纜防護(hù)；光纖測溫采集的是電池外部環(huán)境溫度，電芯本體內(nèi)部溫度需要依靠算法模型換算。后續(xù)可以融合可燃?xì)怏w探測、BMS電池?cái)?shù)據(jù)，構(gòu)建多參量聯(lián)合預(yù)警體系，進(jìn)一步提升熱失控綜合研判能力。

6 結(jié)論

鋰電池?zé)崾Э仉[患隱蔽性強(qiáng)、發(fā)展速度快，是新能源儲能及鋰電池倉儲最主要的安全威脅。傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器、煙感設(shè)備存在監(jiān)測盲區(qū)、事后報(bào)警的短板。分布式光纖測溫DTS技術(shù)依托現(xiàn)場無源安全、連續(xù)分布式測溫、長距離大范圍監(jiān)測的優(yōu)勢，能夠捕捉電池早期局部溫升，實(shí)現(xiàn)熱隱患超前預(yù)警，有效提升儲能、鋰電池倉庫安全等級。該技術(shù)契合儲能行業(yè)安全升級發(fā)展方向，在新能源領(lǐng)域具備廣闊推廣應(yīng)用價(jià)值。