引言

電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟發(fā)展的能源命脈，高壓電力電纜、母線槽、變壓器、電纜溝、綜合管廊電力艙、空冷島等電力設(shè)施長期承受大負荷電流、環(huán)境腐蝕、熱老化、外力破壞等多重因素影響。電纜接頭松動、絕緣老化、過載運行、接觸電阻增大都會造成設(shè)備局部異常發(fā)熱，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會逐步發(fā)展為電纜擊穿、短路起火，引發(fā)大面積停電事故，嚴(yán)重時造成電網(wǎng)故障，帶來巨大經(jīng)濟損失與安全隱患。

傳統(tǒng)電力溫度監(jiān)測手段以點式測溫傳感器、紅外測溫巡檢為主。點式測溫屬于離散點位采集，長距離電纜線路存在大量監(jiān)測盲區(qū)；人工紅外巡檢受天氣、人員到位情況制約，無法實現(xiàn)24小時不間斷在線監(jiān)測；傳統(tǒng)測溫設(shè)備大多為有源電子器件，在潮濕、強電磁干擾的電纜隧道環(huán)境容易出現(xiàn)故障。如何實現(xiàn)電力設(shè)備、電纜線路全線不間斷溫度監(jiān)測，捕捉早期局部過熱隱患，做到故障提前預(yù)警，已經(jīng)成為電網(wǎng)運維迫切需要解決的現(xiàn)實問題。

北京鴻鷗成運儀器設(shè)備有限公司深耕光纖傳感監(jiān)測裝備研發(fā)，推出面向電力行業(yè)DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)，依托拉曼散射光纖測溫核心技術(shù)，針對電力行業(yè)各類工況打造成套監(jiān)測解決方案。系統(tǒng)支持自定義多級溫度報警閾值，對高壓電纜、母線槽、變壓器、電纜溝、綜合管廊電力艙、空冷島開展全線連續(xù)溫度采集，捕捉局部過熱前兆信號，實現(xiàn)電力設(shè)備過熱隱患提前預(yù)警，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供全新技術(shù)手段。本方案適配變電站、電纜隧道、城市綜合管廊、電廠空冷島、母線槽、高壓輸變電等多類電力場景，解決傳統(tǒng)監(jiān)測手段存在監(jiān)測盲區(qū)、無法全天候在線、故障預(yù)警滯后等行業(yè)痛點，助力電力運維由事后故障處置向事前預(yù)判運維模式升級。

1 當(dāng)前電力溫度監(jiān)測行業(yè)現(xiàn)狀與現(xiàn)存痛點

電力設(shè)備故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大量電纜故障發(fā)生前期均伴隨局部異常升溫。電纜中間接頭、終端頭是故障高發(fā)位置，在過載電流作用下接觸電阻升高，持續(xù)發(fā)熱，絕緣加速老化，溫度不斷累積，最終發(fā)生擊穿起火。故障升溫周期較長，在沒有明火、短路現(xiàn)象發(fā)生時，傳統(tǒng)監(jiān)測方式很難識別隱患。

第一，點式溫度傳感器離散布點，存在監(jiān)測盲區(qū)。點式傳感器只能采集安裝點位溫度，電纜隧道數(shù)公里電纜線路，兩個傳感器之間存在大量未監(jiān)測區(qū)段，如果過熱點落在盲區(qū)，隱患無法被捕捉。想要實現(xiàn)全線覆蓋，需要布設(shè)海量傳感器，設(shè)備采購、施工、后期維護成本居高不下；傳感器現(xiàn)場需要供電，電纜隧道潮濕積水環(huán)境下，電子器件容易受潮損壞。

第二，人工紅外熱成像巡檢存在局限性。紅外巡檢依靠運維人員定期到場作業(yè)，只能做到周期性檢測，無法實現(xiàn)7×24小時實時在線監(jiān)測；夜間、隧道內(nèi)部光照差、粉塵水汽環(huán)境，紅外測溫精度大幅下降；人力巡檢受人員經(jīng)驗、巡檢頻次約束，無法第一時間捕捉突發(fā)過熱故障。

第三，普通開關(guān)量感溫電纜，僅能夠輸出開關(guān)報警信號，只反饋是否超溫，無法輸出沿線實時溫度數(shù)值，沒有溫度曲線，無法判斷溫升速率，故障定位精度差，只能確定大致故障區(qū)段，運維人員需要大范圍排查，故障處置效率低。

第四，電力現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜。高壓電纜周邊強電磁場會干擾普通電子傳感器信號，造成數(shù)據(jù)跳變、誤報；電纜隧道、管廊電力艙潮濕積水、存在腐蝕性氣體，普通電子設(shè)備使用壽命短。

第五，部分場景監(jiān)測難度大。高層配電室母線槽垂直敷設(shè)、電廠空冷島設(shè)備點位分散，傳統(tǒng)傳感器布線施工難度大。

基于以上行業(yè)痛點，分布式光纖測溫技術(shù)在電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。感溫光纜屬于無源器件，現(xiàn)場無需供電，抗強電磁干擾、耐潮濕腐蝕，單條光纜就可以實現(xiàn)數(shù)公里線路全線連續(xù)測溫，可配置多級溫度報警閾值，在故障發(fā)展早期捕捉過熱信號，實現(xiàn)隱患提前預(yù)警。北京鴻鷗成運儀器設(shè)備有限公司結(jié)合國內(nèi)電力項目實際工況，完成硬件優(yōu)化、軟件平臺開發(fā)，形成完整適配電力行業(yè)的DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)。

2 DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)工作原理及核心功能

2.1技術(shù)原理

DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)基于拉曼散射光學(xué)原理，測溫主機向感溫光纜發(fā)射激光脈沖，光信號在光纖內(nèi)部傳輸過程產(chǎn)生拉曼散射效應(yīng)；斯托克斯光與反斯托克斯光對溫度敏感度存在明顯差異，解調(diào)主機采集返回光信號，對比兩種光信號強度計算光纖沿線每一處位置實時溫度；依靠光信號發(fā)射與返回時間差，完成故障距離定位，實現(xiàn)光纜整條路徑上每米點位溫度采集。感溫光纜本身不包含任何電子元器件，整套傳感鏈路無源本安，抗電磁干擾，適配高壓電力各類復(fù)雜工況。

2.2系統(tǒng)硬件組成

整套系統(tǒng)由分布式光纖測溫主機、鎧裝感溫光纜、光纜接頭盒、聲光報警器、短信報警模塊、監(jiān)控顯示終端組成，可對接電力SCADA監(jiān)控平臺。

測溫主機為系統(tǒng)核心，北京鴻鷗成運DTS電力專用主機支持多通道輸出，單通道監(jiān)測距離可達10km以上；主機具備本地組態(tài)顯示，本地存儲歷史溫度數(shù)據(jù)，同時支持網(wǎng)絡(luò)遠傳。

鎧裝感溫光纜根據(jù)不同電力工況選型，電纜隧道潮濕環(huán)境選用不銹鋼鎧裝感溫光纜；橋架、母線槽室內(nèi)場景選用阻燃護套感溫光纜，光纜緊貼高壓電纜、母線槽外殼表面敷設(shè)。

外設(shè)輸出單元包含聲光報警、短信告警模塊，一旦溫度達到設(shè)定閾值立刻觸發(fā)報警信號。系統(tǒng)具備RS485、以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可以接入電力監(jiān)控上位平臺。

2.3核心電力監(jiān)測功能，多級閾值報警設(shè)置

電力設(shè)備負載動態(tài)變化，環(huán)境溫度隨季節(jié)波動，系統(tǒng)支持靈活配置多級報警溫度閾值，可分別設(shè)置55℃預(yù)警、70℃一級報警、90℃二級告警，三級閾值差異化處置：

1）55℃預(yù)警閾值：溫度達到55℃觸發(fā)預(yù)警提示。該溫度尚未達到電纜絕緣破壞條件，屬于早期異常升溫，提示運維人員開展現(xiàn)場巡檢排查，提前處理隱患，做到防患未然；

2）70℃一級報警閾值：溫度上升至70℃，代表電纜或者母線槽故障持續(xù)發(fā)展，絕緣老化速度加快，風(fēng)險等級升高，系統(tǒng)推送報警信息，安排人員緊急處置；

3）90℃二級告警閾值：溫度達到90℃，屬于高危狀態(tài)，電纜絕緣臨近熱分解，極易發(fā)生擊穿短路事故，系統(tǒng)啟動聲光、短信聯(lián)動報警，同步上傳電力監(jiān)控平臺，啟動應(yīng)急流程。

除固定溫度閾值報警之外，系統(tǒng)同時支持溫升速率報警，短時間溫度快速攀升，即便沒有達到55℃，同樣可以觸發(fā)告警。部分短路前兆故障會出現(xiàn)短時間急劇升溫，溫升速率報警可以更早捕捉故障前兆。系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示全線溫度曲線，米級精準(zhǔn)定位異常點位距離，輸出歷史溫度記錄報表，用于故障溯源分析。

3 分布式光纖測溫在電力領(lǐng)域典型應(yīng)用場景

3.1高壓電力電纜隧道、電纜溝

電纜隧道、電纜溝內(nèi)部敷設(shè)大量高壓電力電纜，電纜中間接頭是故障高發(fā)部位。廊道通風(fēng)條件有限，一旦接頭過熱起火，火勢沿電纜快速蔓延，地下空間搶修難度大。鎧裝感溫光纜沿著電纜橋架全程敷設(shè)，對電纜全線溫度實時監(jiān)測。55℃預(yù)警提醒巡檢，70℃、90℃分級報警，米級定位故障位置，減少運維人員大范圍排查工作量。光纜無源抗電磁干擾，適應(yīng)隧道潮濕積水環(huán)境。

3.2城市綜合管廊電力艙

綜合管廊電力艙集中敷設(shè)多回路高壓電纜，艙體封閉，空間狹小，一旦發(fā)生電纜火災(zāi)會威脅整條管廊運行安全。感溫光纜跟隨電纜敷設(shè)，實現(xiàn)電纜全線溫度在線監(jiān)測，分級閾值預(yù)警，提前識別接頭過熱隱患，保障管廊電力艙安全運行。

3.3配電室、高層樓宇母線槽監(jiān)測

母線槽接頭接觸電阻過大是母線槽故障主要誘因。光纜沿母線槽外殼全程敷設(shè)，重點對接頭位置監(jiān)測，捕捉母線槽早期過熱，防止母線槽短路起火，保障配電系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.4電廠空冷島設(shè)備溫度監(jiān)測

火電廠空冷島散熱單元點位分散，傳統(tǒng)點式傳感器布線復(fù)雜。感溫光纜沿空冷島散熱管束敷設(shè)，實現(xiàn)大面積設(shè)備溫度分布式監(jiān)測，及時識別散熱單元異常過熱，保障機組運行效率。

3.5變壓器、高壓柜設(shè)備溫度監(jiān)測

針對變壓器外殼、高壓配電柜重點發(fā)熱部位布設(shè)感溫光纜，監(jiān)測設(shè)備外殼溫度變化，捕捉設(shè)備異常發(fā)熱，輔助判斷設(shè)備內(nèi)部運行狀態(tài)。

4 北京鴻鷗成運設(shè)備對比傳統(tǒng)電力測溫方案優(yōu)勢

1. 無源傳感，抗強電磁干擾：感溫光纜現(xiàn)場無供電，無電子元器件，不受高壓電磁場干擾，潮濕、積水隧道工況可以長期穩(wěn)定運行。

2. 全線連續(xù)監(jiān)測，消除監(jiān)測盲區(qū)：一條光纜實現(xiàn)數(shù)公里連續(xù)測溫，區(qū)別于點狀探測器離散監(jiān)測，整條電纜線路無監(jiān)測死角。

3. 多級溫度閾值自由配置：55℃預(yù)警、70℃一級報警、90℃二級告警按需設(shè)置，同時支持溫升速率報警，真正實現(xiàn)電力故障提前預(yù)判。

4. 米級精準(zhǔn)定位故障點位：直接輸出異常點位距離主機位置，運維人員快速鎖定故障接頭，大幅縮短排查時間。

5. 豐富報警輸出方式：本地聲光報警、短信推送，支持485、以太網(wǎng)對接電力SCADA上位平臺，可聯(lián)動其他電力監(jiān)控設(shè)備。

6. 數(shù)據(jù)可追溯：持續(xù)記錄全線溫度歷史數(shù)據(jù)，生成曲線報表，用于隱患分析、故障復(fù)盤，為電力運維數(shù)字化提供數(shù)據(jù)支撐。

5 市場推廣方向與落地實施建議

在電力行業(yè)市場開拓過程中，北京鴻鷗成運儀器設(shè)備有限公司堅持以技術(shù)解決真實運維痛點。面向電網(wǎng)設(shè)計院、電力集成商、供電公司、電廠、綜合管廊建設(shè)單位、大型工業(yè)配電總包開展技術(shù)交流。

第一，定制化方案輸出：針對電纜隧道、管廊電力艙、母線槽、空冷島不同場景提供專項方案，明確光纜敷設(shè)路徑、報警閾值配置；電纜隧道常規(guī)設(shè)置55℃預(yù)警，70℃一級報警，90℃二級告警；

第二，樣板項目打造，依托示范項目形成工程案例，組織客戶實地考察設(shè)備運行效果；

第三，優(yōu)化全流程配套服務(wù)，包含現(xiàn)場勘查、方案設(shè)計、設(shè)備供貨、敷設(shè)指導(dǎo)、系統(tǒng)調(diào)試、運維人員培訓(xùn)；

第四，做好平臺對接適配，系統(tǒng)兼容電力行業(yè)主流SCADA系統(tǒng)通訊協(xié)議，方便項目接入現(xiàn)有電力監(jiān)控體系。

6 結(jié)語

電力運維工作，防患大于搶修。傳統(tǒng)電力監(jiān)測手段更多聚焦故障發(fā)生之后處置，而分布式光纖測溫監(jiān)測技術(shù)把安全防線前移到設(shè)備早期過熱升溫階段。通過設(shè)置55?70?90℃多級溫度報警閾值，捕捉電纜、母線槽等設(shè)備早期過熱信號，實現(xiàn)故障預(yù)判預(yù)警。北京鴻鷗成運儀器設(shè)備有限公司DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)，憑借無源抗電磁干擾、長距離連續(xù)監(jiān)測、米級故障定位等優(yōu)勢，為電纜隧道、綜合管廊電力艙、母線槽、電廠空冷島等各類電力場景提供全新技術(shù)解決方案。未來公司持續(xù)深耕光纖傳感監(jiān)測賽道，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，助力國內(nèi)電力行業(yè)向著“早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置"的數(shù)字化運維方向升級，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

電力領(lǐng)域光纖監(jiān)測全套關(guān)鍵詞

一、核心產(chǎn)品詞

分布式光纖測溫、DTS、DTS測溫主機、光纖測溫系統(tǒng)、感溫光纜、鎧裝感溫光纜、電力專用DTS、線型光纖感溫探測裝置、電纜光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)、拉曼分布式光纖測溫設(shè)備

二、技術(shù)原理關(guān)鍵詞

拉曼散射、斯托克斯光、反斯托克斯光、分布式傳感、光時域反射OTDR、連續(xù)測溫、全線測溫、無源傳感、抗電磁干擾、米級故障定位、溫升速率報警、光纖解調(diào)、空間?溫度對應(yīng)

三、報警閾值參數(shù)

55℃預(yù)警、70℃一級報警、90℃二級告警、多級溫度閾值、固定溫度報警、溫升速率報警、閾值整定、模擬加溫測試、超溫預(yù)警

四、監(jiān)測對象與故障類型

電纜過熱、電纜接頭發(fā)熱、母線槽過熱、接觸電阻過大、過載發(fā)熱、絕緣老化、高壓電纜故障、設(shè)備局部過熱、電纜短路前兆、電力設(shè)備熱故障、電纜絕緣熱分解

五、電力應(yīng)用場景關(guān)鍵詞

電纜隧道、電纜溝、綜合管廊電力艙、高壓電纜、配電室、母線槽、電廠空冷島、變電站、高壓開關(guān)柜、變壓器監(jiān)測、城市地下電網(wǎng)、輸變電工程、工業(yè)廠區(qū)配電

六、硬件配套配件

測溫解調(diào)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、繼電器輸出、網(wǎng)絡(luò)交換機

七、通訊與平臺協(xié)議

Modbus?TCP、RS485、以太網(wǎng)、電力SCADA平臺對接、數(shù)據(jù)遠傳、斷電存儲、歷史溫度曲線、溫度報表、報警上傳

八、論文專用檢索關(guān)鍵詞

分布式光纖測溫；DTS；電力設(shè)備；電纜隧道；母線槽；早期預(yù)警；多級溫度閾值；感溫光纜；拉曼散射；抗電磁干擾；故障定位；電纜過熱

九、營銷長尾關(guān)鍵詞

電力電纜在線測溫系統(tǒng)、電纜隧道光纖測溫解決方案、母線槽過熱監(jiān)測設(shè)備、管廊電力艙DTS監(jiān)測、無源抗電磁測溫裝置、高壓電纜故障預(yù)判系統(tǒng)、電廠空冷島分布式溫度監(jiān)測、消除電纜監(jiān)測盲區(qū)