消防領(lǐng)域分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的工程運(yùn)用

解家澤

（云南省臨滄市鳳慶縣消防大隊(duì)，云南 臨滄677000）

引言

由于線型光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及功能具有特殊性，目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有制定其設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收規(guī)范，小灣水電站位于臨滄鳳慶縣與大理南澗縣交界的瀾滄江中游河段，總裝機(jī)容量420萬(wàn)千瓦（70萬(wàn)×6臺(tái)）屬大（1）型一等工程，是國(guó)家重點(diǎn)工程和實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)、“西電東送”戰(zhàn)略的標(biāo)志性工程，是云南有史以來(lái)單項(xiàng)投資最大的工程項(xiàng)目。為確保工程的消防安全，達(dá)到“一防、二斷、三滅、四排”的消防技術(shù)要求，小灣水電站在電纜橋架、電纜溝、主變電抗器、高壓出線電纜等設(shè)備上敷設(shè)了光纖測(cè)溫裝置。

1 小灣水電站光纖測(cè)溫報(bào)警系統(tǒng)總體布置方案

按照火災(zāi)報(bào)警分區(qū)的具體要求，針對(duì)小灣水電站機(jī)組建設(shè)工程中電力電纜、變壓器、電抗器、高壓出線電纜等部位特點(diǎn)，共采用10套DTS200-240光纖分布式溫度探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，總長(zhǎng)約8萬(wàn)米的探測(cè)光纜，分別對(duì)電站各個(gè)部位進(jìn)行有效的在線火情監(jiān)控。

具體設(shè)置情況如下：

DTS1：監(jiān)測(cè)主廠房1#機(jī)組段尾水管層、供水設(shè)備層、蝸殼層、水輪機(jī)層、1#機(jī)旁副廠房、1#機(jī)旁交通洞橋架內(nèi)電纜及1#主變。

DTS2:監(jiān)測(cè) 2#、3#、4# 機(jī)主廠房各層及母線洞橋架內(nèi)電纜。

DTS3:監(jiān)測(cè)5#機(jī)、6#機(jī)主廠房各層、母線洞及安裝場(chǎng)副廠房橋架內(nèi)電纜；

DTS4: 監(jiān)測(cè) 2#、3#、4#、5# 機(jī)主變及主變電纜層橋架內(nèi)電纜；

DTS5：監(jiān)測(cè)6#機(jī)主變及1#機(jī)出線洞橋架內(nèi)電纜；

DTS6：監(jiān)測(cè)所有電抗器共16臺(tái)。

DTS7:監(jiān)測(cè)地面開(kāi)關(guān)樓所有橋架及2#出線橋架內(nèi)電纜；

DTS8:監(jiān)測(cè)1#出線洞所有高壓出線電纜；

DTS9:監(jiān)測(cè)2#出線洞所有高壓出線電纜；

DTS10:監(jiān)測(cè)中控樓、廠壩聯(lián)系電纜井所有橋架及中控樓至地面開(kāi)關(guān)樓、柴油發(fā)電機(jī)房電纜溝內(nèi)電纜。

2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)依據(jù)

2.1 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的發(fā)展歷程

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量溫度場(chǎng)分布的傳感系統(tǒng)。該技術(shù)在1981年由英國(guó)南安普頓大學(xué)提出,目前國(guó)外(主要是英國(guó)、日本等國(guó))已研制出了該領(lǐng)域的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)在這方面的研究也取得新的進(jìn)展,研制出分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)系列產(chǎn)品,并在工業(yè)、交通、電力等領(lǐng)域得到了應(yīng)用,效果非常理想。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)具有抗干擾、抗腐蝕、寬信號(hào)傳輸帶等特點(diǎn),它能夠連續(xù)測(cè)量光纖沿線所在處的溫度,測(cè)量距離4000m,測(cè)溫范圍-300℃～+900℃,最高測(cè)溫可達(dá)60000℃,能夠進(jìn)行不間斷的自動(dòng)測(cè)量,特別適用于需要大范圍多點(diǎn)測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合。在電力系統(tǒng)中,這種光纖傳感技術(shù)在高壓電力電纜、電氣設(shè)備因接觸不良引起的發(fā)熱部位、電纜夾層、電纜通道、大型變壓器、鍋爐等設(shè)施的溫度定點(diǎn)傳感場(chǎng)得到普遍的應(yīng)用。

2.2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是隨著光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種新型測(cè)溫手段,它是利用一根光導(dǎo)纖維光纖作為溫度的信息傳感媒介和傳導(dǎo)介質(zhì),實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量整個(gè)光纖長(zhǎng)度上的溫度信息,在解決大型重要結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確測(cè)量、預(yù)測(cè)報(bào)警等方面具有重要價(jià)值和應(yīng)用潛力。

2.2.1 系統(tǒng)的測(cè)量原理主要是依據(jù)光纖的時(shí)域反射理論和光纖的背向拉曼散射溫度效應(yīng)。利用光纖的時(shí)域反射原理可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的定位功能,是典型的光纖激光雷達(dá)系統(tǒng),利用光纖背向拉曼散射原理可以實(shí)現(xiàn)溫度的感知和測(cè)量,是典型的光纖通信系統(tǒng)。

2.2.2 分布光纖測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成

分布光纖測(cè)溫系統(tǒng)的主要構(gòu)成:主機(jī)、信號(hào)采集和處理部分以及傳感光纖三部分。

(1)主機(jī)部分由光源、光纖波分復(fù)用系統(tǒng)以及光電接收和放大模塊構(gòu)成。光源采用脈沖激光器;光纖波分復(fù)用系統(tǒng)由1×3雙向光纖耦合器和濾波器組成;光電接收、放大模塊由帶尾纖和前置放大器的光雪崩二極管(APD)以及高增益、寬帶、低噪聲的放大器組成。

(2)信號(hào)采集和處理部分可分為硬件和軟件兩部分,其中硬件由數(shù)據(jù)采集累加卡和計(jì)算機(jī)構(gòu)成;軟件由數(shù)據(jù)采集累加卡控制和數(shù)據(jù)采集程序、保存和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和顯示軟件三部分構(gòu)成。

3 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 能對(duì)感溫光纖上的溫度報(bào)警的位置給與確認(rèn)，可指示出報(bào)警溫度的長(zhǎng)度表示等定位信息，報(bào)警定位精度高；

3.2 能根據(jù)探測(cè)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況設(shè)置溫度報(bào)警值，而且在同一系統(tǒng)中還可以針對(duì)不同的探測(cè)區(qū)域，結(jié)合其環(huán)境特點(diǎn)設(shè)置不同的溫度報(bào)警值；

3.3 可實(shí)現(xiàn)沿溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量范圍內(nèi)各點(diǎn)的溫度變化；

3.4 集傳感與傳輸于一體，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，系統(tǒng)簡(jiǎn)單；

3.5 可以設(shè)置溫度的預(yù)警值、火災(zāi)報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)多級(jí)、早期報(bào)警；

3.6 具有抗干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)性，適用于高溫、高熱，強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等復(fù)雜環(huán)境。

3.7 通過(guò)采用不同的外護(hù)套材料,分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)可以適應(yīng)各種工作環(huán)境。

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電力線路以及隧道(特別是地鐵)的潛在過(guò)熱點(diǎn),并及時(shí)發(fā)出預(yù)警;(2)對(duì)建筑物及化工、電子、冶金、制藥等行業(yè)進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)控;(3)測(cè)量大型工業(yè)變壓器線圈、鐵芯及其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng);(4)用于煉油廠、文物單位、檔案館、井下等需要無(wú)電流監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合;(5)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的場(chǎng)合;(6)爆炸環(huán)境。

4 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的安裝敷設(shè)

4.1 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的安裝

分布光纖測(cè)溫系統(tǒng)主要由主機(jī)、信號(hào)采集和處理部分以及傳感光纖三部分構(gòu)成。在施工安裝的過(guò)程中，應(yīng)分別使主機(jī)、控制臺(tái)及機(jī)柜、光纖的安裝符合要求。

4.1.1 主機(jī)的安裝要求

主機(jī)的安裝位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)和環(huán)境條件要求，并應(yīng)采用螺釘固定安裝在機(jī)柜內(nèi)，當(dāng)有不可避免的強(qiáng)光直射時(shí)，應(yīng)加遮光罩遮擋。

主電源應(yīng)明顯標(biāo)志，主電源引入線，應(yīng)直接與消防電源連接，嚴(yán)禁適用電源插頭。

尾纖、同軸電纜應(yīng)固定，外露部分應(yīng)穿金屬軟管，并應(yīng)在金屬軟管上采取防火保護(hù)措施。

線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器的每一接線端子上都應(yīng)清晰、牢固地標(biāo)注上其編號(hào)或符號(hào)。

4.1.2 感溫光纖的安裝要求

感溫光纖應(yīng)采用單獨(dú)的卡具吊裝或支撐物固定，直線段應(yīng)每隔1.0-1.5m設(shè)置吊點(diǎn)或支點(diǎn)。在感溫光纖走向改變或轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)置吊點(diǎn)或支點(diǎn)。消防控制室內(nèi)感溫光纖在架空地板下腹設(shè)時(shí)，主機(jī)上的感溫光纖宜留10m長(zhǎng)的余量并妥善放置。在盒槽式橋架、電纜豎井、油罐、貯油箱等處敷設(shè)感溫光纖時(shí)，宜每隔2m左右的用捆扎帶和被測(cè)物綁縛。

4.1.3 引入控制臺(tái)的感溫光纖及導(dǎo)線的安裝要求

感溫光纖應(yīng)整齊，避免交叉，拐彎處應(yīng)電纜曲率半徑的要求，并應(yīng)固定牢靠；感溫光纖和所配導(dǎo)線的端部，均應(yīng)標(biāo)明感溫光纖和導(dǎo)線編號(hào)，并與設(shè)計(jì)圖紙一致；端子板的每個(gè)接線端，接線不得超過(guò)兩根；感溫光纖和導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)留有少小于200mm的余量；感溫光纖應(yīng)綁扎成束；感溫光纖引入線穿管后，在進(jìn)線管處應(yīng)封堵。

4.2 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的敷設(shè)

為保證測(cè)溫光纖達(dá)到所要求的測(cè)溫精度和空間分辨率，實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確最有效的測(cè)量，就必須遵從以下敷設(shè)原則：

4.2.1 對(duì)管狀被測(cè)溫對(duì)象（如電纜、管道、隧道等）：應(yīng)直接把光纖敷設(shè)在被測(cè)對(duì)象的外表面，并加以固定。

4.2.2 面狀被測(cè)溫對(duì)象（如油罐、鍋爐等）：可依照其外部形狀和定位要求把光纖緊貼其表面加以固定，或者將光纖裝入套管直接埋入其內(nèi)部。

4.2.3 立體被測(cè)溫對(duì)象（如倉(cāng)庫(kù)、發(fā)電機(jī)定子等）：可把測(cè)溫光纖立體地吊裝在倉(cāng)庫(kù)的不同位置，或把光纖嵌入發(fā)電機(jī)定子的線槽內(nèi)；

4.2.4 需要大范圍測(cè)溫的場(chǎng)合：可選用光線切換模塊，用一臺(tái)主機(jī)實(shí)現(xiàn)多路側(cè)溫光纖的巡檢。

4.2.5 需要精確定位的對(duì)象（如電纜的接頭、設(shè)備易發(fā)熱點(diǎn)等重要檢測(cè)部位）：可把光纖的一段繞成直徑大于3㎝的繞組，直接固定在需要精確定位的地方。

4.3 光纖線路的敷設(shè)

針對(duì)電纜的分布情況和相關(guān)設(shè)備的具體情況采取以下的敷設(shè)方法：

4.3.1 電纜架測(cè)溫光纖的敷設(shè)

光纖沿電纜層平面蛇行繞置以測(cè)量該層面電纜的平均溫度。用帶有外絕緣護(hù)套的鎧裝多模光纖，以防電纜局部放電時(shí)危及設(shè)備與人身安全。

4.3.2 電纜中間連接接頭的光纖敷設(shè)

對(duì)已接好的電纜接頭，光纖沿接頭繞行以提高測(cè)溫和定位精度。接頭處光纖用直徑3mm的絕緣護(hù)套普通光纖。對(duì)電纜間尚未連接處，光纖可直接敷設(shè)在其金屬部位。

4.3.3 與高壓柜連接的電纜頭的光纖測(cè)溫

用光纖繞盤的形式測(cè)量電纜頭溫度，確保發(fā)熱點(diǎn)溫度測(cè)量和定位的準(zhǔn)確性，用直徑0.9mm的絕緣護(hù)套普通光纖，以螺絲固定光纖繞盤。

4.4 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的驗(yàn)收

4.4.1 審查技術(shù)資料和施工記錄

光纖測(cè)溫系統(tǒng)目前還沒(méi)有國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，在驗(yàn)收時(shí)更應(yīng)該嚴(yán)格檢查驗(yàn)收申請(qǐng)報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、施工記錄及設(shè)計(jì)變更文字記錄、系統(tǒng)產(chǎn)品的檢驗(yàn)報(bào)告、試驗(yàn)報(bào)告、出廠合格證及使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)等技術(shù)文件。

4.4.2 系統(tǒng)調(diào)試

線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)調(diào)試是保證系統(tǒng)能正常工作的重要步驟。系統(tǒng)調(diào)試有利于調(diào)試人員確認(rèn)所采用的設(shè)備是否是符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的合格產(chǎn)品，確認(rèn)系統(tǒng)的安裝質(zhì)量及發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，并且有利于調(diào)試人員熟悉系統(tǒng)及組件的結(jié)構(gòu)及性能。系統(tǒng)的調(diào)試內(nèi)容包括：

(1)主機(jī)的調(diào)試：線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)能正常工作，其工作及故障狀態(tài)應(yīng)能在火災(zāi)報(bào)警控制器顯示。(2)模擬故障：模擬線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器故障時(shí)，應(yīng)輸出故障信號(hào)，點(diǎn)亮黃色故障指示燈，多通道線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器還應(yīng)指示出故障通道。(3)連接線斷路調(diào)試：線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器連接其他輔助設(shè)備時(shí)，應(yīng)模擬輔助設(shè)備與系統(tǒng)之間的連接線開(kāi)路或者斷路，不應(yīng)影響線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器的正常工作。(4)達(dá)到報(bào)警條件：模擬被監(jiān)視區(qū)域溫度參數(shù)達(dá)到報(bào)警條件時(shí)，線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)輸出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)和報(bào)警定位信息，點(diǎn)亮紅色報(bào)警確認(rèn)燈，多通道線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器還應(yīng)指示出報(bào)警通道，并保持至復(fù)位。(5)對(duì)現(xiàn)行光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)手動(dòng)進(jìn)行聲、光信號(hào)指示部件功能試驗(yàn)，聲信號(hào)應(yīng)能手動(dòng)消除，開(kāi)關(guān)電源操作、手動(dòng)復(fù)位操作、手動(dòng)屏蔽/解除屏蔽操作，應(yīng)僅能通過(guò)專用工具、密碼等特殊手段實(shí)現(xiàn)。(6)線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的電源應(yīng)具有主、備電源轉(zhuǎn)換功能，主備電源的轉(zhuǎn)換不應(yīng)使線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)輸出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。

4.4.3 系統(tǒng)驗(yàn)收

線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)由建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和公安消防機(jī)構(gòu)等單位組成驗(yàn)收組，與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一并驗(yàn)收。應(yīng)對(duì)其設(shè)計(jì)、施工及產(chǎn)品質(zhì)量的全面驗(yàn)收并做出評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)各負(fù)其責(zé)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施，以保證經(jīng)驗(yàn)收后的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能可靠地投入運(yùn)行，起到預(yù)期的防護(hù)作用。

線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)判斷系統(tǒng)電源、模擬火災(zāi)響應(yīng)、故障報(bào)警等試驗(yàn)結(jié)果，并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收系統(tǒng)主機(jī)、火災(zāi)探測(cè)器、電源、顯示器等裝置的安裝位置、型號(hào)、數(shù)量、類別、功能及安裝質(zhì)量。

[1]山西省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》.

[2]GB/T21197-2007.線型光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]夏宇聞.從算法設(shè)計(jì)到硬線邏輯的實(shí)現(xiàn)[M].北京:高等教育出版社，2001.