基于光纤测温的电缆过热在线监测及预警系统的应用

　　1、 序言

　　电缆是发电厂、变电站的重要组成部分。由于电缆分布广，又易燃，着火后危害大，电缆的防火历来为电力部门所重视。但是，近年来电缆火灾事故频繁发生，据有关资料统计，近20年来，我国火电厂发生电缆火灾140多次，其中1986~1992年7年间竟达75次。有24个电厂发生过2次及以上电缆火灾事故，个别电厂达4~6次。70%以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，其中40% 的火灾事故造成特大损失。1975~1985年间，因电缆着火延燃造成的重大事故发生60起，造成直接和间接损失达50多亿元。

　　事故分析表明，引起电缆火灾的直接原因往往是电缆接头制作质量不良、压接不紧、接触电阻过大，从而电缆接头过热导致火灾发生。例如，东北某发电厂因2#循环水电缆接头过热，引发电缆着火，烧损该电缆沟内所有电缆，造成电厂停机事故。据了解，上午有人在距故障电缆接头80多米远的竖井上已嗅到了绝缘烧焦的气味，下午7时引发了火灾。又如，某发电厂两台200Mw发电机组，因一台机组的循环水电缆接头过热引燃并烧穿了本机的另一条循环水电缆，同时烧损了另一台机组的循环水电缆，造成两台200Mw发电机组被迫停机事故。1991年10月—11月，华北电网3座主力电厂接连发生低压电缆着火，造成5台200Mw机组停电。由上可见，电缆火灾发生的一个主要原因是由于动力电缆接头制作质量不良所造成的。但是，电缆接头的制作质量的好坏，只能在运行中才较易发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。由于从电缆接头过热到事故发生有一个过程，因此，通过对电缆在线过热监测完全可以防止和杜绝此类事故的发生。

　　2、光纤测温的工作原理

　　光纤温度测量技术于1981年由南安普敦大学提出，其基本原理是：向光纤中发射一个光脉冲后，光纤中的每一个单独的点都将后向散射一小部分光，这一后向散射光包含有斯托克斯光和反斯托克斯光，其中，斯托克斯光与温度无关，而反斯托克斯光的强度随温度的变化而变化，由反斯托克斯光与斯托克斯光之比和温度的定量关系，可得温度值T：

　　hΔf IS fO +Δf

　　T= ——- {ln(——)+ 4ln(————)-1} (1) K IAS fO—Δf

　　式中：h—普朗克常数(j.s);

　　k—玻尔兹曼常数(j/k);

　　IS—斯托克斯光强度;

　　IAS—反斯托克斯光强度;

　　fO—伴随光的频率(1/s);

　　Δf—拉曼光频率增量(1/s);

　　K—绝对温度。

　　利用入射光和后向散射光之间的时间差Δti和光纤内的光传播速度CK，可以计算不同散射点的位置距入射端的距离Xi，因而可以得到光纤沿程几乎连续的温度分布，Xi可按下式计算：