分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在任家莊選煤廠預(yù)防電力電纜火災(zāi)中的應(yīng)用

徐家勇

摘 要：針對(duì)目前選煤廠安全中突出的火災(zāi)探測(cè)問題，提出了一種比較成熟的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用光時(shí)域反射技術(shù)和拉曼散射測(cè)溫技術(shù)，由測(cè)溫光纜、分布式光纖溫度分析儀和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成，具有極高的靈敏度和定位精度。它的應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)選煤廠的安全生產(chǎn)起了很大的作用，對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：選煤廠；電力電纜火災(zāi)；DTS系統(tǒng)；火災(zāi)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.124

近年來(lái)煤礦事故頻繁發(fā)生，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。事故原因很多，火災(zāi)事故就是其中之一，一旦發(fā)生，后果非常嚴(yán)重。而分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行溫度，在溫度異常時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便及時(shí)采取措施，避免事故的發(fā)生。

1 火災(zāi)成因及選煤廠傳統(tǒng)的預(yù)防措施

1.1 火災(zāi)原因

電纜燃燒主要原因有以下幾個(gè)：①電纜本身存在質(zhì)量問題，過載能力不夠。因材質(zhì)和工藝的不同，各種電纜之間有一定的壽命差別，特別是在條件惡劣的電纜溝內(nèi)，電纜老化速度會(huì)加快。②電氣故障。由于短路電流沖擊，導(dǎo)致電纜絕緣性能急劇下降，容易發(fā)生火災(zāi)。③施工因素。施工時(shí)，未按規(guī)定分層敷設(shè)、絕緣距離不夠、敷設(shè)密度超標(biāo)，容易引起電纜發(fā)熱。此外，電纜頭壓接不緊、三相壓接頭幾何位置不對(duì)稱、壓接管壓接后有金屬毛刺、接地電阻值超標(biāo)等都會(huì)導(dǎo)致電纜接頭發(fā)熱。④外力因素。電纜溝浸水事故或者由于老鼠啃咬等都會(huì)造成電纜損傷，埋下電纜火災(zāi)隱患。

綜上所述，火災(zāi)事故大部分是由于溫度過高引起的，如果在火災(zāi)發(fā)生之前能及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電纜、環(huán)境溫度變化并發(fā)出預(yù)警，使用戶有充分的時(shí)間采取相應(yīng)的措施，就能夠避免事故發(fā)生。選煤廠分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)專門為長(zhǎng)距離、大范圍、多點(diǎn)鏈接溫度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

1.2 選煤廠傳統(tǒng)的預(yù)防措施

針對(duì)外因引起的火災(zāi)，一般通過監(jiān)測(cè)各機(jī)電設(shè)備或環(huán)境溫

度變化來(lái)判斷各設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)或區(qū)域環(huán)境溫度是否正常。大功率主要機(jī)電設(shè)備一般安裝電子傳感器，該方法只能測(cè)一個(gè)點(diǎn)或者局部溫度，如果對(duì)整個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行大范圍連續(xù)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)造價(jià)成本會(huì)很高。采用煙霧傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度也是監(jiān)測(cè)選煤的另一種監(jiān)測(cè)方法。但該方法存在較大的滯后性和局限性，一般煙霧傳感器僅布置在配電室和集控室。

目前，選煤廠對(duì)電纜溝的管理大多還處于計(jì)劃?rùn)z修階段，一般采用定期巡視的方法對(duì)電纜溝的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查。這種管理方式已經(jīng)成為電纜溝管理的短板，潛在的火災(zāi)故障也很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在我公司《寧夏寧魯煤電有限責(zé)任公司任家莊洗煤廠擴(kuò)建工程》EPC總承包工程項(xiàng)目工程中的實(shí)際應(yīng)用，通過跟蹤YT-DTS2000分布式光纖測(cè)溫的運(yùn)行情況，對(duì)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在選煤廠的應(yīng)用現(xiàn)狀作以下介紹。

該系統(tǒng)由感溫光纜、光纖測(cè)溫主機(jī)（雙通道）、監(jiān)控電腦組成。其中通道1為電纜溝及3.5 km長(zhǎng)的電纜橋架，通道2為電纜溝及4.5 km長(zhǎng)的電纜橋架。

分布式溫度傳感器（distributed temperature sensing，簡(jiǎn)稱DTS）是相對(duì)于傳統(tǒng)點(diǎn)式溫度傳感器而言的。由于采用了光纖作為傳感器，因而 DTS 技術(shù)具有了精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是溫度傳感領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)之一。DTS 可以連續(xù)得到沿探測(cè)光纜的所有溫度信息，不存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)。而且光纖本身由石英材料組成，具備完全的電絕緣性。同時(shí)，光纖傳感器的信號(hào)是以光纖為載體的，具有本質(zhì)安全性，在惡劣的電磁環(huán)境中仍可以正常工作。更為重要的是，DTS不僅可以監(jiān)測(cè)電纜上的異常熱點(diǎn)，還可以對(duì)電纜進(jìn)行載流量監(jiān)控。這使得 DTS既能有效預(yù)防火災(zāi)事故，還可以為電纜工作情況的分析提供參考。

本項(xiàng)目DTS系統(tǒng)中測(cè)溫光纜內(nèi)芯采用美國(guó)康寧62.5/125 μm多模光纖，護(hù)套采用鎧裝保護(hù)，外套采用阻燃的低鹵PVC材料。其特點(diǎn)是測(cè)溫部分采用全光纖結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)，自身不帶電、不發(fā)熱，不會(huì)因?yàn)閭鞲邢到y(tǒng)的布設(shè)帶來(lái)安全隱患；測(cè)溫精度高，能夠提供連續(xù)的動(dòng)態(tài)測(cè)溫度信號(hào)，形成溫度隨空間變化的曲線；整個(gè)溫度傳感系統(tǒng)的溫度分辨率為0.1 ℃，溫度測(cè)量精度為±2 ℃；響應(yīng)時(shí)間短，采用高速數(shù)據(jù)總線和FPGA進(jìn)行高速數(shù)據(jù)處理，對(duì)8 km測(cè)溫光纜的溫度檢測(cè)時(shí)間不超過4 s。

通過光纖溫度分析主機(jī)和監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)的處理，DTS系統(tǒng)可以順利完成如下工作：①分布式監(jiān)測(cè)，無(wú)監(jiān)測(cè)盲區(qū)。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)中測(cè)溫光纜的每一點(diǎn)都是溫度傳感器，可以對(duì)測(cè)溫光纜布設(shè)范圍內(nèi)的每一點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，消除監(jiān)測(cè)盲區(qū)，從原理上避免了火情漏報(bào)的可能。②實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)?？扇我鈩澐謭?bào)警分區(qū)，每個(gè)報(bào)警分區(qū)都可設(shè)置多級(jí)溫度的溫度點(diǎn)報(bào)警、溫升速率報(bào)警等參數(shù)。報(bào)警信息以不同的聲、光、顏色的圖形界面、繼電器輸出等形式及時(shí)提供報(bào)警種類、位置、溫度值等信息。③圖文顯示功能。軟件系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求、被監(jiān)測(cè)對(duì)象的地理位置信息設(shè)計(jì)出用戶偏好的地圖顯示模式，并具有深度圖層擴(kuò)展功能，非常直觀，符合用戶的使用習(xí)慣，能夠反映出監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度、運(yùn)行狀態(tài)等信息，圖層功能很好地實(shí)現(xiàn)了由面到點(diǎn)、由大到小的分散/集中管理模式。④靈活的報(bào)警控制。用戶可以直接遠(yuǎn)程登錄主機(jī)或通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件設(shè)置整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警參數(shù)，并根據(jù)測(cè)溫光纜位置及當(dāng)期氣候條件，分別設(shè)置每個(gè)測(cè)溫分區(qū)的報(bào)警溫度，也可設(shè)置多級(jí)報(bào)警條件，例如溫度預(yù)警、溫升預(yù)警、溫度報(bào)警和溫升報(bào)警等，結(jié)合實(shí)測(cè)溫度和溫度變化情況，對(duì)真實(shí)的火災(zāi)事故進(jìn)行甄別，基本消除誤報(bào)和漏報(bào)。⑤完善自我診斷功能。對(duì)于斷電管理，系統(tǒng)具有自己的蓄電池和斷電管理模塊，當(dāng)失去市電后自動(dòng)切換到蓄電池工作模式，并可獨(dú)立正常工作8 h以上。⑥自我診斷。本系統(tǒng)中在對(duì)每條測(cè)溫光纜溫度進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，還能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)每條測(cè)溫光纜的工作狀態(tài)，例如光纜破損、折彎造成的額外損耗，并對(duì)破損、折彎的位置進(jìn)行精確定位。系統(tǒng)每進(jìn)行一次溫度測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢測(cè)與診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)損壞光纜，便于及時(shí)維修與維護(hù)。⑦數(shù)據(jù)分析和處理功能。提供對(duì)數(shù)據(jù)的管理功能，按照用戶要求按時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，形成記錄曲線、文字圖表等。還可根據(jù)查詢條件查詢歷史數(shù)據(jù)，繪制曲線圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

選煤廠必須高度重視火災(zāi)隱患，對(duì)于供電線路的電纜橋架和電纜溝，建議采取 DTS 光纖溫度監(jiān)測(cè)。光纖測(cè)溫系統(tǒng)一次性投入相對(duì)較大，但施工難度不大、精度高、壽命長(zhǎng)、信號(hào)傳輸可靠、不需要外接電源，不但能有效防止火災(zāi)的發(fā)生，還能提高電網(wǎng)運(yùn)行管理的水平，促進(jìn)智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

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