利用光纤对电缆实时温度监测的初探
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１ 引 言
作为 电力传输重要 基础 设施之一 的电缆 ，现在 已经广泛应用在
送变电各种环境 中，发挥着 基础而又重要 的作用 。但 是，对于 电缆 的安全使 用状况 的监控 ，一直 是电力行业的一个难题 ，如何有效地 对电缆 温度和负载状况进行 监测，并在监测数据 的基础 上实时确定 激光脉冲与光纤分子相 互作 用，发生散射，散射有多种 ，如瑞 利（ Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ ） 散射 、 布里渊 （ Ｂ ｒ ｉ １ ｌ ｏ ｕ ｉ ｎ ） 散射和喇曼 （ Ｒ ａ ｍ ａ ｎ ） 散射等 。 其中喇曼散射是 由于光纤分子 的热振动 ，它 会产 生一个比光源波长 长的光，称斯托克斯 （ Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ ） 光，和一个 比光源波 长短的光，称为
常 通 过 监测 电 缆 温 度 的变 化 来 发现 问 题 及 报 警 ， 目前 常用 的 电 缆 温 度监测方法有 ：
反斯托克斯 （ Ａ ｎ ｔ ｉ － Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ ） 光。 光纤受外部温度的调制使光纤中的反
斯托克斯 （ Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ ） 光强发生变化，Ａ ｎ ｔ ｉ ＿ Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ与 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ的 比值提供了温度的绝对指示 ，利用这 一原理可 以实现 对沿光纤温度 场的分布 式测量 。
３ 工 作 原 理
Ｄ Ｔ Ｓ主机采用 Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ的 Ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｌ — Ｄ Ｔ Ｓ分布式光纤温度监测
得到沿着光纤所有 点的准确温度值 。Ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｌ — Ｄ Ｔ Ｓ用一个 ｌ Ｏ ｎ ｓ延 迟 的激光脉冲 ，能够实现对最大 ３ ０ ｋ ｍ的光纤空间分辨率 １ ｍ的温度 测量 ，也就是相 当于 ３ ０ ， ０ ０ ０个测量 点。 本文 的电缆 安全监 测系统 （ 简称 ：Ｃ Ｓ Ｍ Ｓ ）正是利用上述 分布式 光纤温度测量技术 ，沿被 测电缆安装探测光缆 ，可 以实时得到 电缆 的运行温度 ，不但 能及 时做出电缆的火警和过热预报 ，更是通过独 特的Ｃ Ｓ Ｍ Ｓ上位系统实现 了电缆载流量 的动态计算与分析 、 异常 点的 预测与判断等功 能，所 以不但 能对 近期的电缆运行情况进行管理并 能对远期 的情况做 出预测 与判 断，从而帮助使用者对 电缆 的运行状 态进行调整 以免 出现险情 ，做到未雨绸缪 。
Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ Ａ ｎ ｔ ｉ － ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 这里： Ｐ （ ｚ ） ＝ Ｐ ｎ ｋ 。 ｅ ｅ Ｐ Ａ （ ｚ ） ： Ｐ 。 ｋ Ａ ｅ ｅ ‘Ｘ ＝ ｅ ” ‘ ） ＝ ｅ Ｉ
（ １ ）感 温电缆式测温系统 ：将感温 电缆 与电缆平 行安放 ，当电 缆温度超过规 定温度 时 ，感温 电缆 短路。该系统一次性使用 ，不能 测 出电缆 的实 时温度 ； 由于 电缆数量 多，系统安装及维护工作 不够 方便 ，设备 易损坏 ；不 能进 行早期故障预测 。 （ ２ ）热敏 电阻式测 温系统：可 以显示温度值 ，但 由于每个 热敏 电阻都需要独立 的接 线，且热敏 电阻易损坏 、维护量大 ；传感 器不 具备 自检功能 ，需要经 常校验 。 （ ３ ）分布式光 纤测 温系统 （ Ｄ Ｔ Ｓ ）：可对 电缆温度进行在线检 测 ，随时 了解 电缆 的温度变化 ，及 时发现 电缆故障并进行报警 。 上述三类方法 中， 由于分布式光 纤测 温系统中的检测光纤不带
高新技术
利用光纤对电缆实时温度监测的初探
王 亚 茹
（ 西 安 西 电 光 电 缆 有 限 责 任 公 司 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ８ ２）
【 摘
要 Ｉ 本文针对利 用光 纤对电缆 实时温度监测和动 态电缆
载 流 量 分 析 系统 进 行 技 术探 讨 。
【 关键词 】电缆 载流量 ；热电偶 ；分布式光 纤温度传感 器
电缆导体线芯实 际工作温度 ，动态 评估 电缆短时 间过 负荷 能力 ，对
于保障 电缆的安全使用和 电缆传输能力 的优化利用 具有重 要意义。 ２ 技术现状 因电缆故障 引起火 灾导致 电缆烧损而被迫停机 ，短 时间 内无法 恢复生 产，从而造成重大经济损 失 。为了避免此类事故 的发生 ，通
４ Ｄ Ｔ Ｓ主 机 及 探 测 光 缆 的 选 用
智能大厦、桥梁 、高速 公路等 在线动态检测 ，因其独 有的特点 已成
为 工业过 程控制中的一种新的检测方法与技术 。 ’ ． 目前Ｄ Ｔ Ｓ 已经在欧美等 国得 到了成熟应用 ，Ｄ Ｔ Ｓ 技术 在我国的应 用才 刚刚开始起 步， 应用的功能也局限于火警和 显在 温度异 常报警 ， 而 电力 电缆 的专业用户需要获得 比较完整的解决方案 ，包 括以下两 个 内容，一是实时分析Ｄ Ｔ Ｓ 分布式数据 ，发现潜在 的异 常点，实现故 障早期 预警，二是动态计算 电缆许 用电流， 以更有效地利 用电缆输 送 能力，电缆 的能力约束条件 是线芯 （ 导体 ）温度不 允许超 过９ ０ ￣ Ｃ， 而Ｄ Ｔ Ｓ 只能测 量到电缆表面的温度 ， 因此需要专业模 型推 倒出内部温 度 ，这项功 能特 别适合于负荷调度 决策 ，适用于夏季峰值 负荷 的安 全 营运 。Ｄ Ｔ Ｓ 系统正是基于这一技术和市场发展趋势应用而生 的。
所以：
Ｔ （ ｚ ）
结合 高品质的脉冲 光源和高速的信号采集与处 理技 术，就可 以
电、抗 电磁干扰 ，防燃 防爆、抗腐蚀 ，能在有 害环境中安全运行
等特点，是实用 的 “ 本 安”型传感器 。 分布式光纤测温系 统在２ ０ 世纪８ Ｏ 年代 中期 出现， 目前技术 日趋 成熟，并开始应用于煤矿 、隧道的温度报警 、火 灾防治；大 、中型 变压器、发 电机组 的温度分布 测量 ，热保护和故 障诊断；地下和架 空高压电力电缆的热检测与监控 ； 输 油管道的热点检测 ；高层建筑 、
作为 电力传输重要 基础 设施之一 的电缆 ，现在 已经广泛应用在
送变电各种环境 中，发挥着 基础而又重要 的作用 。但 是，对于 电缆 的安全使 用状况 的监控 ，一直 是电力行业的一个难题 ，如何有效地 对电缆 温度和负载状况进行 监测，并在监测数据 的基础 上实时确定 激光脉冲与光纤分子相 互作 用，发生散射，散射有多种 ，如瑞 利（ Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ ） 散射 、 布里渊 （ Ｂ ｒ ｉ １ ｌ ｏ ｕ ｉ ｎ ） 散射和喇曼 （ Ｒ ａ ｍ ａ ｎ ） 散射等 。 其中喇曼散射是 由于光纤分子 的热振动 ，它 会产 生一个比光源波长 长的光，称斯托克斯 （ Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ ） 光，和一个 比光源波 长短的光，称为
常 通 过 监测 电 缆 温 度 的变 化 来 发现 问 题 及 报 警 ， 目前 常用 的 电 缆 温 度监测方法有 ：
反斯托克斯 （ Ａ ｎ ｔ ｉ － Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ ） 光。 光纤受外部温度的调制使光纤中的反
斯托克斯 （ Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ ） 光强发生变化，Ａ ｎ ｔ ｉ ＿ Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ与 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ的 比值提供了温度的绝对指示 ，利用这 一原理可 以实现 对沿光纤温度 场的分布 式测量 。
３ 工 作 原 理
Ｄ Ｔ Ｓ主机采用 Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ的 Ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｌ — Ｄ Ｔ Ｓ分布式光纤温度监测
得到沿着光纤所有 点的准确温度值 。Ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｌ — Ｄ Ｔ Ｓ用一个 ｌ Ｏ ｎ ｓ延 迟 的激光脉冲 ，能够实现对最大 ３ ０ ｋ ｍ的光纤空间分辨率 １ ｍ的温度 测量 ，也就是相 当于 ３ ０ ， ０ ０ ０个测量 点。 本文 的电缆 安全监 测系统 （ 简称 ：Ｃ Ｓ Ｍ Ｓ ）正是利用上述 分布式 光纤温度测量技术 ，沿被 测电缆安装探测光缆 ，可 以实时得到 电缆 的运行温度 ，不但 能及 时做出电缆的火警和过热预报 ，更是通过独 特的Ｃ Ｓ Ｍ Ｓ上位系统实现 了电缆载流量 的动态计算与分析 、 异常 点的 预测与判断等功 能，所 以不但 能对 近期的电缆运行情况进行管理并 能对远期 的情况做 出预测 与判 断，从而帮助使用者对 电缆 的运行状 态进行调整 以免 出现险情 ，做到未雨绸缪 。
Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ Ａ ｎ ｔ ｉ － ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 这里： Ｐ （ ｚ ） ＝ Ｐ ｎ ｋ 。 ｅ ｅ Ｐ Ａ （ ｚ ） ： Ｐ 。 ｋ Ａ ｅ ｅ ‘Ｘ ＝ ｅ ” ‘ ） ＝ ｅ Ｉ
（ １ ）感 温电缆式测温系统 ：将感温 电缆 与电缆平 行安放 ，当电 缆温度超过规 定温度 时 ，感温 电缆 短路。该系统一次性使用 ，不能 测 出电缆 的实 时温度 ； 由于 电缆数量 多，系统安装及维护工作 不够 方便 ，设备 易损坏 ；不 能进 行早期故障预测 。 （ ２ ）热敏 电阻式测 温系统：可 以显示温度值 ，但 由于每个 热敏 电阻都需要独立 的接 线，且热敏 电阻易损坏 、维护量大 ；传感 器不 具备 自检功能 ，需要经 常校验 。 （ ３ ）分布式光 纤测 温系统 （ Ｄ Ｔ Ｓ ）：可对 电缆温度进行在线检 测 ，随时 了解 电缆 的温度变化 ，及 时发现 电缆故障并进行报警 。 上述三类方法 中， 由于分布式光 纤测 温系统中的检测光纤不带
高新技术
利用光纤对电缆实时温度监测的初探
王 亚 茹
（ 西 安 西 电 光 电 缆 有 限 责 任 公 司 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ８ ２）
【 摘
要 Ｉ 本文针对利 用光 纤对电缆 实时温度监测和动 态电缆
载 流 量 分 析 系统 进 行 技 术探 讨 。
【 关键词 】电缆 载流量 ；热电偶 ；分布式光 纤温度传感 器
电缆导体线芯实 际工作温度 ，动态 评估 电缆短时 间过 负荷 能力 ，对
于保障 电缆的安全使用和 电缆传输能力 的优化利用 具有重 要意义。 ２ 技术现状 因电缆故障 引起火 灾导致 电缆烧损而被迫停机 ，短 时间 内无法 恢复生 产，从而造成重大经济损 失 。为了避免此类事故 的发生 ，通
４ Ｄ Ｔ Ｓ主 机 及 探 测 光 缆 的 选 用
智能大厦、桥梁 、高速 公路等 在线动态检测 ，因其独 有的特点 已成
为 工业过 程控制中的一种新的检测方法与技术 。 ’ ． 目前Ｄ Ｔ Ｓ 已经在欧美等 国得 到了成熟应用 ，Ｄ Ｔ Ｓ 技术 在我国的应 用才 刚刚开始起 步， 应用的功能也局限于火警和 显在 温度异 常报警 ， 而 电力 电缆 的专业用户需要获得 比较完整的解决方案 ，包 括以下两 个 内容，一是实时分析Ｄ Ｔ Ｓ 分布式数据 ，发现潜在 的异 常点，实现故 障早期 预警，二是动态计算 电缆许 用电流， 以更有效地利 用电缆输 送 能力，电缆 的能力约束条件 是线芯 （ 导体 ）温度不 允许超 过９ ０ ￣ Ｃ， 而Ｄ Ｔ Ｓ 只能测 量到电缆表面的温度 ， 因此需要专业模 型推 倒出内部温 度 ，这项功 能特 别适合于负荷调度 决策 ，适用于夏季峰值 负荷 的安 全 营运 。Ｄ Ｔ Ｓ 系统正是基于这一技术和市场发展趋势应用而生 的。
所以：
Ｔ （ ｚ ）
结合 高品质的脉冲 光源和高速的信号采集与处 理技 术，就可 以
电、抗 电磁干扰 ，防燃 防爆、抗腐蚀 ，能在有 害环境中安全运行
等特点，是实用 的 “ 本 安”型传感器 。 分布式光纤测温系 统在２ ０ 世纪８ Ｏ 年代 中期 出现， 目前技术 日趋 成熟，并开始应用于煤矿 、隧道的温度报警 、火 灾防治；大 、中型 变压器、发 电机组 的温度分布 测量 ，热保护和故 障诊断；地下和架 空高压电力电缆的热检测与监控 ； 输 油管道的热点检测 ；高层建筑 、