光纖在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在包鋼電網(wǎng)中的應(yīng)用

楊忠君　胡濤　高智輝

摘 要：隧道無(wú)人點(diǎn)巡檢已逐步形成為一種電網(wǎng)運(yùn)行管理模式，在電力企業(yè)日益得到重視和推廣應(yīng)用。文章通過(guò)對(duì)包鋼隧道現(xiàn)有狀況的分析，簡(jiǎn)述了光纖在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在包鋼電網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光纖在線監(jiān)測(cè)；隧道；效益

1 概述

鋼鐵工業(yè)是在上個(gè)世紀(jì)二十年代隨著鐵礦的開采和煉制等工業(yè)的發(fā)展而形成的一項(xiàng)工業(yè)，在現(xiàn)在的生活中隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和人民群眾的日常生活中的地位就顯得更加的重要。在鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行維護(hù)工作中，電氣設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性是首要考慮的問(wèn)題[1]。

這些年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及供電用電部門使用要求的提高，鋼鐵行業(yè)系統(tǒng)向高電壓、大規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息化方面的發(fā)展，傳統(tǒng)檢修維護(hù)方法己不太適用于當(dāng)今迅速發(fā)展的大型鋼鐵企業(yè)，其主要原因在于：（1）某些重要裝置設(shè)備的檢修和維護(hù)工作需要停電操作，而很多情況下為了能夠使生產(chǎn)生活安全平穩(wěn)可靠的連續(xù)運(yùn)行，重要電氣設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài)非常困難；（2）停電后檢查電氣設(shè)備時(shí)，設(shè)備試驗(yàn)檢查狀態(tài)往往與電氣設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)不一致，如設(shè)備運(yùn)行電流、振動(dòng)值、溫度等物理量，都會(huì)在一定程度上影響對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷；（3）受到檢修維護(hù)周期的影響，有一些并不是連續(xù)運(yùn)行的電氣設(shè)備的檢修維護(hù)工作主要由我維修人員憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行判斷，由于業(yè)務(wù)能力和經(jīng)驗(yàn)上的差別，檢修維護(hù)時(shí)間選擇無(wú)法做到準(zhǔn)確可靠，使得相鄰兩次檢修期間發(fā)生的電氣設(shè)備問(wèn)題沒(méi)有很好的解決方法[2]。

鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備涵蓋廣泛，包括各種變壓器、高低壓開關(guān)設(shè)備、高低壓發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、高低壓電容器、電抗器、UPS不間斷電源、高低壓變頻器、電流電壓互感器和高低壓電力電纜等。由于這些電氣設(shè)備經(jīng)常處于大電壓、大電流和強(qiáng)磁場(chǎng)工作環(huán)境中，在實(shí)際監(jiān)控中要求狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀器與監(jiān)控對(duì)象之間進(jìn)行適當(dāng)隔離，在某些場(chǎng)合傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段往往會(huì)受到一定限制[3]，而先進(jìn)光纖傳感技術(shù)能夠廣泛適應(yīng)于高電壓環(huán)境、抗電磁干擾、耐腐蝕和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備特征物理量（如電流電壓波動(dòng)、設(shè)備溫度和應(yīng)變等）的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)概述

分布式光纖在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)研發(fā)的基于分布式光纖傳感技術(shù)的新型溫度監(jiān)測(cè)及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)測(cè)溫光纜中反射光信號(hào)隨溫度的變化情況，實(shí)現(xiàn)分布式光纖在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是根據(jù)電纜夾層、電纜隧道、電纜橋架、高壓電氣設(shè)備內(nèi)部多個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度在線監(jiān)測(cè)和火災(zāi)報(bào)警。

測(cè)溫光纜具有體積小、重量輕、無(wú)源檢測(cè)、防電磁干擾、阻燃防爆、易于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，采用測(cè)溫光纜的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：（1）將測(cè)點(diǎn)的溫度變化轉(zhuǎn)換成測(cè)溫光纜中拉曼散射光信號(hào)的變化，通過(guò)對(duì)兩個(gè)拉曼散射光信號(hào)的差分檢測(cè)，從本質(zhì)上消除了系統(tǒng)光功率波動(dòng)、傳輸鏈路損耗變化對(duì)測(cè)量精度的影響。（2）測(cè)溫光纜的每一點(diǎn)都是溫度傳感器，真正實(shí)現(xiàn)了分布式溫度測(cè)量，整個(gè)測(cè)溫范圍無(wú)盲區(qū)。（3）測(cè)量精度高，響應(yīng)時(shí)間短。測(cè)溫精度可達(dá)±1℃，對(duì)5Km測(cè)溫光纜的檢測(cè)時(shí)間不超過(guò)5秒。（4）傳感器不受環(huán)境濕度、應(yīng)力應(yīng)變的影響，測(cè)量結(jié)果具有良好的重復(fù)性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。

分布式光纖在線溫度漸監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控；通過(guò)RS232/RS485接口與報(bào)警控制器相連，實(shí)現(xiàn)分區(qū)過(guò)溫報(bào)警；通過(guò)多級(jí)可配置報(bào)警溫度設(shè)置，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警與報(bào)警。另外，系統(tǒng)的調(diào)試、區(qū)域設(shè)置、報(bào)警參數(shù)設(shè)置等操作均可在測(cè)溫主機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)上完成，操作、維護(hù)方便。

3 工作原理

分布式光纖在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于分布式光纖傳感技術(shù)，利用光纖中拉曼散射光信號(hào)對(duì)溫度的敏感特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度變化的精確測(cè)量。

分布式光纖溫度傳感是將整條傳輸光纖作為傳感器，光纖（光纜）上的每一點(diǎn)都兼具“傳”和“感”的功能。在分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中，一束較強(qiáng)的脈沖激光信號(hào)在光纖（光纜）中傳輸時(shí)，光纖中的每一點(diǎn)都會(huì)對(duì)激光信號(hào)產(chǎn)生極其微弱的散射，散射光信號(hào)的特性與該點(diǎn)所處位置的溫度有關(guān)，通過(guò)檢測(cè)每一點(diǎn)散射光信號(hào)的光學(xué)特性，獲得改點(diǎn)的溫度信息，進(jìn)而得到整條光纖（光纜）上的溫度分布。

根據(jù)所檢測(cè)的反射光信號(hào)的不同，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)可分為瑞利（Rayleigh）散射系統(tǒng)、拉曼（Raman）散射系統(tǒng)和布里淵（Brillouin）散射系統(tǒng)。激光脈沖信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，由于激光與光纖材料的相互作用，會(huì)產(chǎn)生三種不同的散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，其中瑞利散射光對(duì)溫度變化較不敏感，拉曼散射光對(duì)溫度變化較為敏感，布里淵散射光對(duì)溫度和應(yīng)變都敏感，因此拉曼散射和布里淵散射都可以用來(lái)測(cè)量溫度。另一方面，由于布里淵散射和瑞利散射在頻譜上靠的非常近，很難通過(guò)濾波器分開，同時(shí)布里淵散射受應(yīng)力、應(yīng)變的影響也較大，因此應(yīng)用最多的還是采用拉曼散射實(shí)現(xiàn)溫度傳感。

4 系統(tǒng)組成

光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由以下五部分組成：

測(cè)溫光纜；測(cè)溫主機(jī)；監(jiān)控軟件；火災(zāi)報(bào)警控制器（可選）；光纖通信模塊（可選）。

5 系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)軟件包括13個(gè)主要功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、用戶管理、報(bào)警輸出、分區(qū)設(shè)置、日志記錄、曲線圖保存、短信報(bào)警、歷史溫度查詢，顯示火災(zāi)蔓延方向。

6 運(yùn)行管理

6.1 安全事項(xiàng)

使用光纖在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，為了人身安全以及減少火災(zāi)、觸電或人員傷害的危險(xiǎn)起見(jiàn)，請(qǐng)遵守以下安全規(guī)則：（1）仔細(xì)閱讀并理解光纖傳感器全部說(shuō)明，按照說(shuō)明書操作相應(yīng)儀器；（2）請(qǐng)勿將眼睛直接對(duì)準(zhǔn)機(jī)箱光纖出口處；（3）請(qǐng)使用接地良好的插座供電；（4）請(qǐng)將儀器放在通風(fēng)處，請(qǐng)勿在儀器的通風(fēng)口堆放物品，以免散熱不良造成機(jī)器過(guò)熱，損壞儀器；（5）為了防止觸電或火災(zāi)，請(qǐng)勿將儀器暴露在雨水中；（6）應(yīng)使儀器避開灰塵、高溫和振動(dòng)；（7）請(qǐng)勿將儀器直接暴露在陽(yáng)光照射下；（8）勿在儀器上放置重物；（9）勿用濕手觸摸插頭；（10）如果要搬運(yùn)儀器，務(wù)必小心輕放，請(qǐng)勿受壓，避免潮濕，避免劇烈振動(dòng)。

6.2 儀器維護(hù)

產(chǎn)品屬于貴重精密光學(xué)儀器，請(qǐng)妥善使用。請(qǐng)勿用手指或其它物品直接接觸光纖接頭端面。平時(shí)要注意儀器的維護(hù)，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）光纖頭的清潔。清潔光纖頭時(shí)要謹(jǐn)慎小心，采用無(wú)水酒精浸泡的棉花球或光纖端面專用清潔器，輕輕擦拭APC光纖接頭上的灰塵，注意要沿一個(gè)方向，不可來(lái)回擦拭，以免損壞光纖端面，且每次光纖頭和酒精棉（或?qū)Ｓ们鍧嵠鳎┑慕佑|位置都不能相同，以免二次污染。（2）外殼清洗。儀器運(yùn)行一段時(shí)間后需要外殼清洗，清洗時(shí)請(qǐng)拔下本機(jī)的電源插頭。不要使用液體或者噴霧清潔器。使用濕布進(jìn)行清潔。（3）儀器供電采用220V交流供電，切勿亂動(dòng)機(jī)柜內(nèi)部走線，以防漏電造成的傷害。

7 結(jié)束語(yǔ)

光纖在線監(jiān)測(cè)技術(shù)大大減少了人工成本，電纜維護(hù)避免事故，起到了不可估量的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]黃雅羅，黃樹紅.發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[2]雷鳴.電力設(shè)備診斷手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[3]朱德恒，談克雄.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.