摘要

電氣火災在各類火災事故中占比居高不下，傳統煙感、火焰探測、點式感溫設備大多屬于事后報警，難以識別火災前期局部升溫隱患。分布式光纖測溫（DTS）傳感技術以光纜作為傳感單元，具備無源防爆、長距離連續(xù)測溫、故障定位精度高等特點。本文圍繞DTS分布式光纖測溫系統消防應用開展研究，闡述拉曼散射測溫基本原理；研究50℃預警、60℃一級報警、80℃二級火警多級閾值配置策略，分析溫升速率輔助報警機制；結合綜合管廊、高層建筑豎井、儲能電站、輸煤廊道等典型消防工況，對比傳統消防探測手段的性能差異；結合北京鴻鷗成運儀器設備有限公司DTS工程樣機開展應用分析，探討系統硬件架構、軟件邏輯、現場施工要點，論證光纖測溫技術在火災早期預判方面巨大應用價值。研究表明，分布式光纖測溫可以在明火、煙霧產生之前捕捉局部過熱，將消防處置關口前移，對提升國內消防安全防控水平具有重要工程意義。

關鍵詞：分布式光纖測溫；DTS；消防預警；多級溫度閾值；火災預判；感溫光纜；電氣火災

1 引言

隨著我國城市基礎設施、新能源產業(yè)、大型工業(yè)項目高速建設，綜合管廊、地下電纜隧道、儲能集裝箱、高層建筑母線槽大量投入運行。電氣設備接頭老化、電纜過載、絕緣破損摩擦等故障，會造成局部異常發(fā)熱，當熱量持續(xù)累積，溫度達到可燃物燃點之后，就會引發(fā)火災事故。大量事故案例表明，電氣火災發(fā)展過程存在明顯的升溫前置階段，故障點溫度逐步升高，在出現煙霧與明火之前存在寶貴預警窗口。

現階段主流消防探測設備存在固有短板：點式感溫探測器屬于離散采樣，長距離管線場景存在大量監(jiān)測盲區(qū)；普通定溫感溫電纜僅輸出開關量信號，無法獲取實時溫度數值，故障定位精度差；煙感、火焰探測器必須等火情已經發(fā)生才觸發(fā)報警，無法實現早期預判。在易燃易爆、潮濕地下等高危場景，電子類傳感器供電本身引入新安全風險。

分布式光纖測溫DTS基于拉曼光散射效應，感溫光纜為無源傳感介質，現場無需供電，抗電磁干擾，可實現數公里路徑上連續(xù)溫度測量，能夠設置多級溫度報警閾值，識別早期過熱，實現火災預判。北京鴻鷗成運儀器設備有限公司針對消防行業(yè)工況，完成DTS測溫主機軟硬件開發(fā)，適配國內消防工程落地條件。本文針對該技術開展系統研究，分析其在消防火災預判領域應用潛力與工程實施要點。

2 分布式光纖測溫系統基本原理與系統架構

2.1拉曼散射測溫原理

激光脈沖注入感溫光纖內部，光在光纖介質傳輸產生瑞利散射、拉曼散射。拉曼散射包含斯托克斯光與反斯托克斯光，反斯托克斯光強度對環(huán)境溫度變化十分敏感。測溫主機采集反射回來兩種散射光信號，經過濾波、放大、解調運算，對比兩者光強比值，計算光纖各個位置實時溫度。依據光脈沖發(fā)射與信號返回時間差，計算故障點位距離，實現沿著光纜全線空間?溫度對應，得到整條光纜路徑溫度分布數據。感溫光纜本身不包含任何電子元器件，僅作為光傳輸與傳感載體，本安防爆，適配各類高危消防環(huán)境。

2.2系統整體架構

整套DTS分布式光纖測溫消防監(jiān)測系統由四大模塊組成：測溫解調主機、鎧裝感溫光纜、報警輸出單元、監(jiān)控上位軟件。

1）測溫解調主機：北京鴻鷗成運DTS主機，內置激光發(fā)射模塊、光電接收解調單元、數據存儲單元；支持多通道輸出，單通道最大監(jiān)測距離可達10km；本地屏幕顯示溫度數據，支持歷史數據存儲，具備以太網、RS485通訊接口，可對接第三方消防平臺。

2）鎧裝感溫光纜：根據現場環(huán)境選型，地下潮濕腐蝕性環(huán)境選用不銹鋼鎧裝感溫光纜；普通室內場景選用阻燃護套感溫光纜，施工時緊貼電纜、母線槽、被監(jiān)測設備表面敷設。

3）報警輸出單元：包含聲光報警器、短信報警模塊。當溫度達到預設閾值，繼電器觸發(fā)，實現現場聲光提示、遠程短信推送告警信息。

4）監(jiān)控上位軟件：實時展示全線溫度曲線，展示報警點位距離，存儲歷史溫度數據，生成報表，支持多級報警參數配置。

2.3多級報警閾值設置邏輯

火災發(fā)展是循序漸進過程，僅僅設置單一報警溫度，無法區(qū)分隱患風險等級，系統設置三級固定溫度閾值，同時疊加溫升速率報警作為輔助判斷條件：

1）50℃預警閾值：50℃還遠達不到電纜絕緣引燃溫度，屬于異常升溫早期階段。該閾值用于早期隱患預警，提示運維人員開展巡檢排查，在故障尚未升級的時候開展維護，實現隱患消除。

2）60℃一級報警閾值：溫度升高至60℃，設備故障持續(xù)發(fā)展，絕緣加速老化，風險等級顯著提升，系統觸發(fā)一級報警，通知運維人員緊急處置。

3）80℃二級火警閾值：溫度達到80℃，已經屬于高危狀態(tài)，電纜絕緣材料臨近分解溫度，極短時間內就可能發(fā)展成為起火事故，系統觸發(fā)二級火警，聯動聲光、短信，上傳消防平臺，啟動應急處置流程。

僅僅依靠固定溫度閾值存在局限性。部分故障會發(fā)生短時間急劇升溫，初始溫度不高，但是幾分鐘之內快速沖高。系統增設溫升速率報警，例如設置每分鐘升溫≥3℃即可觸發(fā)告警，即便實時溫度尚未達到50℃，依然識別異常，進一步提升預判能力。

3 不同消防場景下DTS系統應用分析

3.1城市綜合管廊、電力電纜隧道

綜合管廊集中敷設大量高壓電力電纜，廊體封閉通風條件差，一旦電纜接頭過熱起火，火勢蔓延速度快，地下空間人員巡檢作業(yè)難度大。將鎧裝感溫光纜沿著電纜橋架全程敷設，跟隨電纜走向布置。系統實時采集全線溫度，50℃預警提醒定期巡檢；60℃一級報警開展緊急排查；80℃二級火警啟動消防應急流程，米級定位故障點，避免運維人員數公里廊道盲目排查。DTS無源特性，適配管廊內部潮濕積水環(huán)境，不會因為濕度造成設備損壞。

3.2高層建筑電纜豎井與母線槽

高層建筑電纜豎井、母線槽垂直貫通多層建筑，存在煙囪效應，一旦起火煙火快速擴散至各個樓層。傳統探測器在豎井內安裝維護難度大。感溫光纜順著豎井母線槽、電纜敷設，重點監(jiān)測電纜接頭位置發(fā)熱，實現早期過熱預判，防止豎井電氣火災事故。

3.3儲能電站、鋰電池倉庫消防

儲能艙、鋰電池倉庫熱失控事故危害巨大。電池熱失控前期會出現持續(xù)升溫過程。DTS光纖測溫系統沿儲能艙內部、貨架布置光纜，50℃預警捕捉電池異常發(fā)熱信號，在熱失控明火出現之前發(fā)出預警，彌補煙感、氣體探測滯后的短板。

3.4化工園區(qū)與輸煤皮帶廊道消防

化工廠區(qū)存在易燃易爆介質，現場不允許布置帶電傳感設備，DTS感溫光纜無源防爆，滿足化工防爆規(guī)范。輸煤皮帶機托輥、滾筒摩擦發(fā)熱是火災高發(fā)誘因，光纜沿皮帶機架敷設，監(jiān)測摩擦高溫隱患，分級溫度報警，防范皮帶火災。

4 DTS光纖測溫與傳統消防探測技術對比分析

將分布式光纖測溫系統，與點式感溫探測器、開關量感溫電纜、煙感火焰探測器從傳感方式、是否無源、監(jiān)測連續(xù)性、報警時機、定位精度幾個維度對比：

1）點式感溫探測器：離散點位監(jiān)測，現場需要供電，存在監(jiān)測盲區(qū)，只能探測安裝點位溫度，長距離管線場景布設成本高；

2）開關量感溫電纜：線型傳感，但是只輸出開關報警信號，無實時溫度數值，沒有多級閾值區(qū)分，故障定位精度差；

3）煙感、火焰探測器：事后報警，必須產生煙霧明火才響應，不具備火災預判能力；

4）DTS分布式光纖測溫：全線連續(xù)測溫，光纜無源防爆；可設置50?60?80℃多級閾值，支持溫升速率報警；米級故障定位；在煙霧明火出現之前識別過熱隱患，實現火災預判。

當然DTS技術同樣存在局限性：項目前期需要敷設感溫光纜，前期施工投入；對于已經建成的存量項目，需要結合現場條件完成光纜布設優(yōu)化。

5 工程實施關鍵技術要點（基于鴻鷗成運項目實踐）

5.1光纜敷設要點

感溫光纜盡可能緊貼被測發(fā)熱載體（電纜外護套、母線槽外殼），保證熱傳導效率；光纜不要懸空遠離被測物體，否則測溫會存在偏差。拐彎位置保持光纜彎曲半徑滿足技術要求，避免光纖折損。地下潮濕環(huán)境選用不銹鋼鎧裝光纜，提升抗擠壓耐腐蝕能力。做好接頭盒防水密封處理。

5.2報警閾值現場整定

50℃、60℃、80℃為通用參考閾值，不同工況下結合現場介質、環(huán)境溫度做微調。例如夏季地下管廊環(huán)境本底溫度升高，適當修正預警閾值，減少誤報警。合理設置溫升速率參數，平衡靈敏度與誤報率。

5.3系統對接與調試

DTS主機具備標準Modbus?TCP、RS485接口，調試階段完成和消防監(jiān)控平臺聯調，保證報警信號可以可靠上傳。完成模擬加溫測試，驗證50℃預警、60℃一級報警、80℃二級火警各檔位是否正常觸發(fā)，聲光、短信報警輸出工作正常。

5.4后期運維

光纖傳感光纜壽命長，幾乎免維護；定期巡檢主機運行狀態(tài)，核對歷史溫度數據，檢查接頭盒完好，定期做模擬報警測試，保障整套系統可靠可用。

6 結論

消防工作的核心思路是預防優(yōu)先，把安全防線前移到火災萌芽階段。傳統消防探測手段大多聚焦火情發(fā)生之后開展報警處置，很難識別前期局部升溫隱患。分布式光纖測溫DTS技術依靠拉曼散射原理，感溫光纜無源防爆，實現長距離全線連續(xù)溫度監(jiān)測。通過配置50℃預警、60℃一級報警、80℃二級火警多級閾值，疊加溫升速率輔助報警機制，可以在煙霧、明火產生之前捕捉過熱故障信號，實現火災預判。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發(fā)DTS分布式光纖測溫系統，適配綜合管廊、高層建筑豎井、儲能電站、化工廠區(qū)、輸煤廊道多種消防場景。工程實踐證明，該技術能夠有效彌補傳統消防探測方案短板，提升電氣火災早期識別能力，具有很高推廣應用價值。后續(xù)還需要持續(xù)優(yōu)化算法，進一步降低誤報概率，和現有消防體系融合標準，推動分布式光纖測溫技術在國內消防領域更加廣泛落地應用。

參考文獻

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[2] GB 51374?2019，城市綜合管廊工程技術規(guī)范[S]

[3] 李川.分布式光纖傳感技術及工程應用[M].北京：科學出版社，2021

[4] 王健.電纜隧道分布式光纖測溫火災預警系統應用[J].消防科學與技術，2022

消防?分布式光纖測溫行業(yè)關鍵詞匯總

分為：核心產品詞、技術原理詞、報警閾值參數、病害/風險、應用場景、硬件配件、通訊協議、論文檢索關鍵詞、營銷長尾詞9大類，可直接用于論文、標書、宣傳、SEO。

一、核心產品詞

分布式光纖測溫、DTS、分布式光纖測溫系統、光纖測溫主機、DTS測溫主機、感溫光纜、鎧裝感溫光纜、消防型DTS、光纖火災預警系統、光纖感溫探測系統、線型光纖感溫火災探測器、拉曼光纖測溫設備、無源光纖測溫監(jiān)測裝置

二、技術原理關鍵詞

拉曼散射、斯托克斯光、反斯托克斯光、分布式傳感、光纖分布式測溫、光時域反射、OTDR、空間?溫度對應、連續(xù)測溫、全線測溫、無源傳感、本安防爆、米級定位、故障定位、溫升速率報警、多點連續(xù)測量、光纖解調、光信號解調

三、報警閾值參數（項目重點）

50℃預警、60℃一級報警、80℃二級火警、多級溫度閾值、固定溫度報警、溫升速率報警、閾值整定、超溫預警、分級告警、模擬加溫測試

四、風險與監(jiān)測對象

電氣火災、電纜過熱、電纜接頭發(fā)熱、母線槽過熱、絕緣老化、過載發(fā)熱、接觸電阻過大、局部過熱、熱失控、陰燃前兆、火災預判、早期火災預警、火災前兆監(jiān)測、火情事前預警

五、消防應用場景關鍵詞

工業(yè)消防、電力消防、管廊消防、綜合管廊、電纜隧道、地下管廊消防、高層建筑電纜豎井、母線槽消防、化工園區(qū)消防、儲能電站消防、鋰電池倉庫消防、輸煤皮帶廊道、皮帶機消防、電廠消防、地下電纜、化工防爆消防、城市地下管網消防、大型廠房消防

六、硬件配套配件

測溫解調主機、不銹鋼鎧裝感溫光纜、阻燃感溫光纜、光纜接頭盒、聲光報警器、短信報警模塊、監(jiān)控上位軟件、顯示終端、繼電器輸出、光纜敷設套件

七、通訊與平臺協議

Modbus?TCP、RS485、以太網、485通訊、消防平臺對接、數據遠傳、斷電存儲、歷史溫度曲線、溫度報表、報警上傳、消防聯動

八、論文專用檢索關鍵詞（適合摘要、關鍵詞欄）

分布式光纖測溫；DTS；線型光纖感溫；電氣火災；早期火災預警；火災預判；多級溫度閾值；工業(yè)消防；感溫光纜；拉曼散射；本安防爆；電纜隧道；綜合管廊；溫升速率；故障定位

九、營銷長尾關鍵詞（朋友圈、標書、網站推廣）

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