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分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在智能電力電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

更新時(shí)間：2026-09-01　點(diǎn)擊量：257

摘要

高壓電力電纜是城市電網(wǎng)、工業(yè)供配電系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，電纜接頭接觸不良、過(guò)載運(yùn)行、絕緣老化、溝道惡劣環(huán)境侵蝕容易引發(fā)局部過(guò)熱，進(jìn)一步發(fā)展為電纜絕緣擊穿、短路起火，電纜隧道火災(zāi)會(huì)造成大面積停電事故。傳統(tǒng)電纜監(jiān)測(cè)手段以點(diǎn)式傳感器、周期性紅外巡檢為主，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)，且煙霧報(bào)警多屬于事后報(bào)警，難以實(shí)現(xiàn)電纜全線過(guò)熱隱患早期預(yù)警。分布式光纖測(cè)溫（DTS）基于拉曼散射光學(xué)傳感原理，感溫光纜現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源，具備抗潮濕積水、抗強(qiáng)電磁干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離電力電纜連續(xù)分布式溫度采集。本文闡述分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)工作原理，研究固定閾值與溫升速率聯(lián)合報(bào)警策略；針對(duì)電纜隧道、電纜溝、綜合管廊電力艙、工業(yè)廠區(qū)電纜等典型場(chǎng)景開(kāi)展應(yīng)用分析；論述光纜敷設(shè)方案、報(bào)警參數(shù)整定、平臺(tái)對(duì)接、載流量評(píng)估等工程關(guān)鍵技術(shù)。工程實(shí)踐表明，DTS系統(tǒng)可以獲取電纜全線溫度分布，提前識(shí)別電纜局部過(guò)熱隱患，同時(shí)可以基于溫度數(shù)據(jù)開(kāi)展電纜載流能力研判，實(shí)現(xiàn)電纜預(yù)測(cè)性維護(hù)，對(duì)智能電纜與智慧電網(wǎng)建設(shè)具備較高工程實(shí)用價(jià)值。

**關(guān)鍵詞：**分布式光纖測(cè)溫；DTS；智能電纜；高壓電力電纜；電纜隧道；電纜溝；電纜接頭過(guò)熱；載流量評(píng)估；預(yù)測(cè)性維護(hù)；線型感溫火災(zāi)探測(cè)

1 引言

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)過(guò)程中，城市電網(wǎng)、工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心的電力電纜用量持續(xù)增長(zhǎng)，大量高壓電纜布置于地下電纜隧道、電纜溝、綜合管廊電力艙。電纜長(zhǎng)期運(yùn)行，受負(fù)荷波動(dòng)、潮濕積水、化學(xué)腐蝕、機(jī)械損傷影響，電纜接頭、電纜本體容易出現(xiàn)劣化，產(chǎn)生局部過(guò)熱。電纜過(guò)熱屬于漸進(jìn)式隱患，從溫度異常升高到起火存在較長(zhǎng)窗口期，如果能夠在此階段識(shí)別隱患，就可以避免火災(zāi)事故。

傳統(tǒng)運(yùn)維模式下，依靠人工紅外巡檢，只能在一定時(shí)間窗口開(kāi)展外部檢測(cè)，電纜溝、密閉夾層人員很難進(jìn)入；點(diǎn)式溫度傳感器僅布置于少數(shù)接頭位置，電纜中間本體無(wú)法覆蓋；煙霧報(bào)警需要燃燒產(chǎn)生煙氣之后才觸發(fā)，處置時(shí)間非常緊張。電纜溝道內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜、濕度大，有源電子傳感器長(zhǎng)期運(yùn)行故障率較高。傳統(tǒng)運(yùn)維模式偏向事后搶修，很難滿足智能電纜對(duì)狀態(tài)感知、超前預(yù)警的要求。

分布式光纖測(cè)溫DTS技術(shù)將感溫光纜作為傳感介質(zhì)，溝道內(nèi)無(wú)任何有源器件，依靠光信號(hào)感知沿線溫度變化，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)公里電纜全線連續(xù)測(cè)溫，近些年逐步在電力電纜監(jiān)測(cè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。本文圍繞DTS技術(shù)原理、典型場(chǎng)景應(yīng)用、工程實(shí)施要點(diǎn)、載流量評(píng)估應(yīng)用開(kāi)展研究，為同類電纜監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)工作原理

分布式光纖測(cè)溫基于拉曼散射效應(yīng)。脈沖激光注入感溫光纜，光在光纖內(nèi)部產(chǎn)生瑞利散射、拉曼散射。拉曼散射包含斯托克斯光與反斯托克斯光，反斯托克斯光強(qiáng)度對(duì)溫度變化十分敏感。DTS主機(jī)采集回傳散射光信號(hào)，對(duì)比兩種散射光光強(qiáng)比值解算出光纖沿線各點(diǎn)溫度；依據(jù)光信號(hào)往返時(shí)間，計(jì)算溫度異常對(duì)應(yīng)的空間位置，同步得到溫度數(shù)值與空間位置信息。

整套系統(tǒng)硬件主要包含DTS測(cè)溫主機(jī)、感溫光纜、聲光報(bào)警器、工控顯示單元、通訊接口模塊。感溫光纜敷設(shè)在電力電纜表面或者橋架之上，電纜溝/隧道現(xiàn)場(chǎng)只有光纜，無(wú)需供電；測(cè)溫主機(jī)部署于控制室，完成光信號(hào)解調(diào)、溫度計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警邏輯判斷。系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)、RS485協(xié)議向外輸出數(shù)據(jù)，對(duì)接電力監(jiān)控系統(tǒng)與消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備。

系統(tǒng)采用雙重報(bào)警機(jī)制：固定溫度閾值報(bào)警，當(dāng)測(cè)點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)定限值觸發(fā)告警；溫升速率報(bào)警，監(jiān)測(cè)單位時(shí)間溫度上升幅度，針對(duì)短路、接觸不良帶來(lái)的快速發(fā)熱實(shí)現(xiàn)快速預(yù)警。兩種報(bào)警模式協(xié)同工作，適配電纜緩慢老化升溫和突發(fā)性故障升溫兩類工況，同時(shí)具備米級(jí)空間定位精度。

3 典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

3.1 高壓電纜隧道監(jiān)測(cè)

電纜隧道集中敷設(shè)多回高壓電纜，電纜價(jià)值高，一旦起火火勢(shì)沿電纜快速蔓延，事故損失巨大。將感溫光纜緊貼高壓電纜外護(hù)套敷設(shè)，跟隨電纜全程布設(shè)，實(shí)現(xiàn)多回電纜全線溫度監(jiān)測(cè)?？梢约皶r(shí)發(fā)現(xiàn)電纜接頭過(guò)熱、電纜本體絕緣劣化發(fā)熱，米級(jí)定位異常點(diǎn)，不等煙霧明火出現(xiàn)輸出預(yù)警，提醒運(yùn)維人員開(kāi)展檢修處置，防范隧道電纜火災(zāi)。

3.2 變電站及廠區(qū)電纜溝監(jiān)測(cè)

變電站、大型工廠電纜溝空間狹小密閉，內(nèi)部潮濕積水，日常人員巡檢頻次有限。電纜溝內(nèi)電纜數(shù)量多，接頭分布分散。感溫光纜沿電纜橋架敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)溝內(nèi)電纜連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)，解決人工巡檢難以常態(tài)化進(jìn)入溝道作業(yè)的痛點(diǎn)，及時(shí)捕捉溝內(nèi)電纜過(guò)熱隱患。

3.3 綜合管廊電力艙監(jiān)測(cè)

城市綜合管廊電力艙集中收納多條高壓電纜，管廊屬于密閉地下構(gòu)筑物，消防與安全監(jiān)測(cè)要求嚴(yán)格。DTS分布式光纖測(cè)溫滿足管廊無(wú)人值守運(yùn)行要求，光纜沿電纜布置，實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)電纜全線溫度監(jiān)測(cè)，報(bào)警信號(hào)接入管廊智慧運(yùn)維平臺(tái)，滿足綜合管廊智能化建設(shè)規(guī)范要求。

3.4 基于溫度數(shù)據(jù)的電纜載流量評(píng)估

電纜允許載流量受環(huán)境溫度、散熱條件影響。電纜實(shí)際運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)由DTS系統(tǒng)連續(xù)采集，可以反演電纜真實(shí)發(fā)熱狀態(tài)，評(píng)估當(dāng)前工況下電纜實(shí)際可承載負(fù)荷。在安全溫度限值以內(nèi)，充分挖掘現(xiàn)有電纜剩余載流能力，合理分配負(fù)荷，避免盲目擴(kuò)容改造，優(yōu)化輸配電資產(chǎn)投入，延長(zhǎng)電纜服役壽命。

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

電力電纜場(chǎng)景選用耐溫、抗壓、阻燃護(hù)套感溫光纜。敷設(shè)優(yōu)先緊貼電纜外護(hù)套；橋架敷設(shè)時(shí)固定于電纜上部；隧道內(nèi)做好光纜防護(hù)，規(guī)避尖銳棱角、機(jī)械剮蹭。光纜熔接接頭做好防水密封處理，降低光路損耗。存量電纜改造項(xiàng)目，可利用停電檢修窗口期完成光纜布設(shè)，不破壞原有電纜結(jié)構(gòu)。

4.2 報(bào)警閾值參數(shù)整定

報(bào)警閾值不能直接套用通用數(shù)值，需要結(jié)合電纜型號(hào)、額定載流量、溝道常年環(huán)境溫度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定，區(qū)分電纜正常負(fù)荷溫升與故障過(guò)熱，設(shè)置預(yù)警、一級(jí)報(bào)警、火警多級(jí)閾值，同步配置溫升速率參數(shù)，減少誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象。

4.3 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)與平臺(tái)對(duì)接

DTS主機(jī)輸出標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，對(duì)接電力監(jiān)控后臺(tái)、綜合管廊運(yùn)維平臺(tái)、消防報(bào)警控制器，實(shí)現(xiàn)溫度曲線存儲(chǔ)、報(bào)警彈窗、聲光報(bào)警聯(lián)動(dòng)，完成數(shù)據(jù)集中展示。

4.4 后期運(yùn)維管理

系統(tǒng)投運(yùn)后建立定期巡檢機(jī)制，檢查光纜護(hù)套完好情況，核查測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)有效性，防止光纜外力破損，保障系統(tǒng)長(zhǎng)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(cè)溫同樣存在應(yīng)用局限：光纜一旦斷裂，斷裂點(diǎn)之后區(qū)段失去監(jiān)測(cè)能力，工程實(shí)施必須重視光纜防護(hù)；光纖測(cè)溫采集電纜外表面溫度，電纜芯線內(nèi)部溫度需要依靠模型換算得到。后續(xù)可以結(jié)合電纜局部放電監(jiān)測(cè)，形成溫度?局部放電多參量聯(lián)合監(jiān)測(cè)體系，進(jìn)一步提升電纜故障綜合研判能力。

6 結(jié)論

高壓電力電纜過(guò)熱起火事故隱蔽性強(qiáng)，事故后果嚴(yán)重，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段難以實(shí)現(xiàn)電纜全線狀態(tài)感知。分布式光纖測(cè)溫DTS技術(shù)依靠溝道現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源、抗潮濕抗電磁干擾、長(zhǎng)距離連續(xù)分布式測(cè)溫的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電纜全線溫度在線監(jiān)測(cè)，提前識(shí)別電纜局部過(guò)熱隱患；同時(shí)依托溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完成電纜載流量評(píng)估，支撐電纜預(yù)測(cè)性維護(hù)。該技術(shù)可以有效提升電纜運(yùn)行安全水平，降低電纜火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)，在智能電纜、智慧電網(wǎng)、綜合管廊領(lǐng)域具備廣闊應(yīng)用前景。