一．方案背景
電力系統中，從發電廠到輸變電設備以及到終端用戶電器的整個傳輸過程中都有大量的可變溫度需要檢測。其中保證電纜的穩定運行是供電連續安全的重要保障，而電纜穩定運行的重要參數是由它的絕緣性能決定的，由于大量高壓電纜是鋪設在戶外，各種錯綜復雜的因素會成為高壓電纜故障的原因，包括本身施工質量的問題、惡劣天氣環境影響、外力破壞原因等等，通常情況下，電力電纜在出現問題后就會導致其溫度上升，進而引發嚴重的故障問題。結合某石化行業項目闡述由南京國高電氣自動化有限公司推出的一種綜合式電纜測溫檢測系統解決方案。
此項目位于東部沿海某城市，整個項目供電系統來自于兩條不同區域的35kV變電所，進廠為兩條10kV主備電源，高壓電纜遠距離敷設在跨海大橋內，屬于典型的特殊使用環境，橋梁的熱伸縮和振動問題會大大增加高壓電纜出現故障的概率，為了解決這一問題，通過和客戶的溝通，經過我們內部分析，提出了高可靠性的綜合解決方案。
GDTS-4 分布式光纖溫度監測系統對電纜主體進行連續的長距離的在線監測，同時配合GCW-A-9W無線測溫集中顯示檢測系統，針對高壓電纜接頭和一些易出現故障部位，實時對溫升故障點的運行狀態進行動態監測。
通過大量的實際情況發現，電力電纜在運行過程中發生故障并不是突然發生的，是一個由量變到質變的過程，所以檢測系統通過精確連續的在線溫度監測，及時發現存在的問題，及時采取措施，既可避免故障的擴大化。
綜合解決方案通過點和面的結合，大大的提高了采樣的精度、準確性和及時性，提高了系統的可靠性，同時先進的光纖感溫技術具有可靠性強、無源本質安全、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐溫性好、傳輸距離遠等特點。
二、方案概述
1.工作原理
GDTS-4 分布式光纖溫度在線監測系統是一款基于拉曼背向散射原理和光時域反射技術的分布式溫度檢測系統，其原理如下圖1。
圖1
激光脈沖在光纖內部的傳輸過程中有背向散射光出現，散射光 Stokes 和Anti-stokes 受到溫度變化影響，其中 Anti-stokes 受溫度影響較大，其它波長則不受溫度變化影響。當光纖沿線某處溫度發生變化時，它的強度會發生變化。通過精確地測量散射光的信號強度差，可以準確地測量溫度。測量返回光脈沖的到達時間，可以確定溫度讀數的位置，這與顯示汽車或飛機距離的雷達回聲類似。
2.方案理念
由于客戶現場使用環境的特殊性，在設計方案時，需要兼顧考慮采樣的精度、溫度測量的準確性和及時性、現場的各種抗干擾能力以及后續的維護問題。光纖測溫方案實現了整條電纜連續采樣點的獲得，大大減少了不確定因素，感溫光纖本身沒有電部件和活動部件，具有30年使用壽命，使得維護費用減少，溫度信息通過光信號傳輸，防震、抗電磁干擾、適應各種惡劣環境。同時與無線測溫方案的配合，能夠有效及時的監測到接頭及一些易損點的故障，更加提高了采樣的密度，提高了監測系統的可靠性。在綜合方案中，通過設置可與一級管理平臺、二級遠程集控平臺數據交換，數據接口對外開放，實現電纜管廊內的各種信息互通，達到很高的信息檢索效率與報警準確率，實現了電纜運行的綜合監控。
3.方案構架
通過和客戶的溝通，了解了客戶現場的實際需求，整體的方案構架如下圖2所示：
圖2
GDTS-4 分布式光纖溫度在線監測系統是由一臺分布式光纖溫度監測主機與 PC 相關外設、感溫光纜組成。為保障被監測電纜絕對安全，本系統采用技術先進、性能優越的線式光纖測溫系統，將感溫光纖敷設在電纜溝和電纜通廊里的高壓電纜上，然后接入控制室的監測主機上，監測主機將攜帶有溫度信息的光信號解調后就得到沿電纜的分布溫度。監測主機通過通訊口將數據傳送到顯示操作系統，生成直觀的圖文畫面供用戶查詢瀏覽。
GCW-A-9W無線測溫集中顯示檢測系統由服務器后臺和無線測溫裝置組成，服務器后臺可以和GDTS-4后臺二合為一，無線測溫裝置由多臺無線溫度集中監測裝置和多個無線溫度傳感器組成，一臺測溫裝置最多可接入240個傳感器。傳感器捆綁與電纜接頭處或一些易損部位，實時對溫升故障點的運行狀態進行動態追蹤監測，數據包括溫度、濕度和工作電壓，測溫裝置可通過多種通訊手段把數據傳給后臺服務器，進行數據分析操作。
三、性能特點
1. GDTS-4 分布式光纖溫度在線監測系統
溫度的實時在線監測，做到早期預警，防患未燃。
◆ 高安全可靠性：采樣光波信號，免受高壓環境下強電磁干擾，數據穩定可靠。 另外，光纖本身絕緣，不導電，能充分保障操作人員人身安全。
◆ 環境適應性好：光纖主要成分為石英，性能十分穩定，耐水浸，耐酸堿腐蝕，使用壽命長達30年。此外，光纖可彎曲，韌性好，不易折斷，方便施工。加上特殊外護套后可有效防止粉塵堆積 、潮濕水汽引起的爬電現象。
◆ 系統性能優異：測溫精度一般為1℃，空間分辨率一般為1米；通過配置適當的光開關可同時實現對多達64條通路的監控。
◆ 軟件功能豐富：可設置多重溫度超限報警，如40℃預報警，50℃采取措施等，并且可以根據現場環境情況進行修正；在設定過溫報警的同時，還可以設定溫升速率異常報警，或定溫和差溫結合報警，并把火災報警信息以聲光、繼電控制和消防連動等方式輸出并采取適當處理措施。
◆ 自檢校正功能：設備具備實時自檢功能，一旦發生折斷或老鼠咬斷等意外情況系統會馬上發出提示信息并指示工作人員定位檢修，斷開的光纖用光纖熔接機接上即可繼續使用。此外，內置數據校正單元會對采集回來的溫度數據進行實時校正，避免因長期使用光源老化或其它情況引起偏差。
◆ 兼容性：系統可以通過RS232、干接點、以太網等形式與PC、消防報警系統、SCADA等其他控制系統進行互連；
2. GCW-A-9W無線測溫集中顯示檢測系統
2.1無線測溫監測裝置
外形結構如下圖3
面板顯示：
①報警指示燈 ②告警指示燈 ③運行指示燈 ④電源指示燈
⑤溫度值顯示 ⑥溫度自身供電電壓顯示 ⑦報警狀態顯示 ⑧時鐘顯示
圖3
產品性能參數如下圖4
圖4
2.2無線測溫傳感器
無線測溫傳感器有多種規格和型號可供選擇，可根據現場的實際使用情況進行確認。參數介紹如下圖5。
圖5
四、系統設備安裝
1．計算機和監測主機的安裝
工控機、分析儀和顯示器安裝在控制室的監控柜或是操作臺內。
2．感溫光纖的安裝
將測溫光纖沿著被測高壓電纜的走向展開，用阻燃扎帶將測溫光纖扎在高壓電纜上。如果是對多條高壓電纜進行同時監測時，可以將測溫光纖以S形敷設在高壓電纜上，以增大覆蓋面。安裝效果顯示如下圖6
圖6
因為測溫光纖不僅是信號的載體，還是溫度傳感器，安裝的質量直接關系到測量的準確性，因此應該注意以下幾個方面：
測溫光纖如同電線，應盡量避免被外力損傷，折斷；
測溫光纖是石英制品，在需要彎曲鋪設時只能以大于5cm的圓弧實現，否則會引起光纖損耗，影響測量精度；
測溫光纖接頭必須保持清潔，為此可先鋪設光纖，再安裝接頭。
3.電纜接頭部分的安裝
由于電纜接頭是極易產生過溫故障的部位，大部分的電纜火災都是因為電纜接頭的發熱而引起，一旦不及時處理，就會引發大面積的電纜著火，造成重大損失。所以電纜接頭也是需要重點監測的部位。
將無線測溫傳感器捆綁與電纜接頭或一些易損部位。
五、現場驗收
現場驗收的時間和條件由買方根據現場安裝和調試的進度確定。賣方全部完成現場安裝和調試的各項工作，根據現場試驗數據，優化設置參數，達到預期最佳效果，負責培訓買方技術人員，使其掌握系統維護的各項技能，現場驗收試驗結束后，雙方將簽字確認試驗結束。
六、技術培訓及服務
技術培訓，為了便于設備的安裝、調試和投運，買方可派出高級技術人員參與安裝調試，起動投運等技術服務。
賣方技術人員除了解答和解決由買方在合同范圍內所提的問題外，還將詳細地解釋圖紙、運行方式、設備設置以及使用注意事項。
質保期后的技術服務，質保期后，賣方仍將向買方提供優惠服務，以合理的價格向買方提供所需的備件。合同提供的所有設備的備品備件，5年內如再需要購買，賣方保證能夠提供。