基于热偶型测温电缆构建电厂温度在线监测预警系统

基于热偶型测温电缆构建电厂温度在线监测预警系统

发表时间：2018-04-19T10:09:29.067Z 来源：《电力设备》2017年第33期作者：李信

[导读] 摘要：分析了温度报警系统对于电厂的重要性，对比了感温电缆和热偶型测温电缆在工作原理及功能特点上的差异，探讨了以热偶型测温电缆作为核心温度传感器构建电厂温度在线监测预警系统。

(山西漳泽电力长治发电有限责任公司山西省长治市 046021)

摘要：分析了温度报警系统对于电厂的重要性，对比了感温电缆和热偶型测温电缆在工作原理及功能特点上的差异，探讨了以热偶型测温电缆作为核心温度传感器构建电厂温度在线监测预警系统。

关键词：热偶型测温电缆；热点探测器；感温电缆；在线监测

1. 概述

近年来，我国火电厂的发展非常迅速，而且设计规模越来越大。而目前的多数火电厂依然采取传统的感温电缆无法对现场设备运行的温度状况进行在线监测和预警，只能在火灾发生后进行事后报警，所造成的损失已不可挽回。因此，急需在火灾发生前及时有效的发现温度异变并提前预警，从而避免火灾事故的发生。

本文提出的电厂温度在线监测预警系统以热偶型测温电缆（又称热点探测器HSD-T）为主要温度传感器，采用合理无盲区、实时最高温度监测，对现场出现的温度过高及温度变化过快的异常状况进行及时捕捉和报警，避免或减少火灾事故的发生。

2.感温电缆热偶型测温电缆的对比

电厂目前国内市场上用于火灾报警系统的缆式线形火灾探测器主要有感温电缆和热偶型测温电缆，由于两种产品工作原理和材料的不同，从而使得其性能也有着巨大的差异。

2.1感温电缆

感温电缆主要分为2种类型，一种是定温型感温电缆，另一种是电阻型感温电缆。

2.1.1定温型感温电缆

定温型感温电缆是近几十年间一种常规的线型感温传感器，常称为“开关量型感温电缆”或“不可恢复型感温电缆”。定温型感温电缆由两根分别用热敏聚合物包括的钢导线组成，两个绝缘的导线相互扭绞在一起，外加保护胶带，然后用一个适应安装环境的外套将感温电缆封装好。其探测原理是当某一个点受热达到报警温度的时候，热敏聚合物融化，钢导体短路，给出报警信号，因此其上的热敏聚合物决定了感温电缆的报警温度。

2.1.2电阻型感温电缆

电阻型感温电缆，市场上也叫做“可恢复线型感温电缆”或“模拟量线型感温电缆”。该类传感器由其上涂覆负温度系数绝缘物质的1对或2对导线组成。当温度增加时，传感器内的负温度系数绝缘材料的电阻值会按照一定的规律相对于温度进行变化，通过测量绝缘材料的电阻值，可以得到热点的温度。

2.2热偶型测温电缆

热偶型测温电缆，又称热点探测器（HSD-T，Hot Spot Detector –Thermocouple），作为最新一代线型温度传感器，它能连续测量与其长度所及范围之内的最高温度。

2.2.1工作原理：与普通的热电偶相似，利用热电效应原理进行测温。

同时，热偶型测温电缆与普通热电偶又有本质的区别：普通热电偶热接点固定，因此只能测量热接点处的温度，而热偶型测温电缆通过其内部填充的NTC材料（负温度系数绝缘材料），常温下呈高阻，受热时呈低阻，热接点不固定，可以对其沿线的区域进行连续、实时测温并输出最高温度。

2.2.2技术参数

型号：HSD-T

外层护套：PTFE（聚四氟乙烯）

输出信号：与线缆最高温度点温度相对应的直流mV信号

绝缘保护：使用注入特殊绝缘材料的玻璃纤维

线缆结构：双绞线、NTC绝缘、EMI屏蔽、外层护套、功能线

正常工作温度：-40℃～200℃

极限工作温度：-40℃～260℃

电磁干扰保护：双绞线、金属箔、地线

最大长度：500m

外径尺寸：4mm

弯曲半径：40mm

2.2.3产品特点：

热接点不固定，始终与热偶型测温电缆沿线最高温度相对应；

连续、实时探测被测区域或设备的最高温度；

输出K型热电偶信号，可接入各种温度采集设备或DCS/PLC等系统；

测温范围宽：-40℃～+260℃；

无需外加电源，自动产生信号，本质安全，可用于危险区域；

外层护套为PTFE，防湿防潮，耐腐蚀，耐高低温，抗老化，抗电磁干扰，能够在潮湿、高温等恶劣环境下期使用；

弯曲性好，抗拉性强，在世界各国广泛应用，无故障运行十年以上。

3. 系统原理与设计

3.1系统概述

电厂温度在线监测系统要求通过对电厂中的电缆、变压器、输煤系统、油装置以及机房机柜等重要区域进行实时温度监测并输出最高温度，利用热偶型测温电缆为核心温度传感器构建电厂温度在线监测预警系统可以对所监测区域进行实时温度监测并输出最高温度，可自由设定报警温度值，温度过高或变化过快系统都会发出报警，及时、准确、可靠地发出预警信号，避免事故发生，减少损失。

3.2系统架构

热偶型测温电缆作为线型温度传感器，处于系统的最前端，实时监测被监测区域的最高温度，输出直流mV信号。

现场采集单元采集各路热偶型测温电缆的信号，以RS485总线方式传输至系统主机。

系统主机集中监测所有区域的温度信号，输出干接点或RS485总线接口与火灾自动报警系统连接，同时通过以太网或无线接口将数据传送至中央监控主机。

3.3系统功能特点

1)最高温度：热接点不固定，始终与热偶型测温电缆沿线最高温度相对应；

2)实时监测、无盲区：连续、实时监测电缆、变压器的温度；

3)多级报警：2级温度超限报警、温升速率（ROC）预警，报警值灵活可调；

4)测温范围宽：-40℃～+260℃，探测器在此温度范围内报警后自动恢复；

5)本质安全：探测器部分无需外加电源，自动产生信号，本质安全，可直接用于危险区域（1区、2区）；

6)无需现场标定：测温报警性能不受外界环境与使用时间影响，不需要定期标定，稳定可靠，维护方便；

7)多种报警输出：干接点、声光、无线、总线接口输出；

8)使用简单，维护方便：根据监控区域大小，灵活选择热偶型测温电缆长度，分区铺设，定位准确，快速查找隐患位置；

9)使用寿命长：探测器弯曲性好，抗拉性强，防湿防潮，耐腐蚀，耐高低温，抗老化，抗电磁干扰，能够在等恶劣环境下期运行，使用寿命大于10年；

10)可靠性、稳定性高：完善可靠的系统自检功能，自动检测系统主机、现场采集单元等设备的状态；

11)分级监控与管理，系统相对独立，运行状况不会影响变电站其他系统的运行，安全、稳定、可靠；

12)系统组网灵活，兼容性、扩展性强：模块化结构，多种信号输出接口，既可单独使用，也可组装大型温度监控预警系统；

3.4系统热偶型测温电缆安装方式

热偶型测温电缆可采用直线式、环绕或正弦波方式安装，以便多点监测。布置位置应尽量接近被保护对象，距离被保护对象不应超过2米。热偶型测温电缆弯曲半径不应小于0.05米。

3.4.1在电缆桥架/夹层上的安装

热偶型测温电缆安装在电缆桥架上或夹层时，宜以正弦波方式铺设。具体安装方法参照下图，使用固定夹具将热偶型测温电缆器固定于电缆的表面，使之接触良好，固定卡具选用阻燃塑料卡具。

3.4.2在电缆沟的安装：

热偶型测温电缆在电缆沟上安装时，在两侧最上层电缆夹层敷设。具体安装方法参见下图，使用固定卡具将热偶型测温电缆固定于电缆的表面。

3.4.3在变压器上的安装：

热偶型测温电缆安装于变压器上时,热偶型测温电缆采用专用磁铁固定在变压器壳体及油枕上。

3.4.4在输煤皮带上的安装：

热偶型测温电缆在输煤皮带上安装时，在皮带托辊支架两侧铺设。具体安装方法参见下图，使用不锈钢丝或镀锌钢丝作为支撑线，每隔1m用固定卡具将热偶型测温电缆和支撑线卡紧，防止热偶型测温电缆下落。

4.结语

基于热偶型测温电缆构建的电厂温度在线监测预警系统，可实时监测电缆夹层、电缆竖井中的电缆以及变压器、油装置和输煤系统等设备的温度，解决了以往该类区域无法在线监测最高温度的难题，同时该系统具有多级报警和温升速率报警功能，即使所监测设备没有达到起火点，只要温度变化超过温升设定值，系统也能发出预警信号，提升了电厂整体测温防火预警水平，为电厂的安全运行提供了保障。

参考文献:

[1]牛海滨.火灾报警系统感温电缆和光纤感温火灾探测器在火电厂应用中的对比浅析.《黑龙江科技信息》, 2013(23):26-26.

[2]罗啟明，石强招.开关量线型感温电缆的应用研究.《城市轨道交通研究》, 2011, 14(5):125-126.