1 序言 　　電纜是發(fā)電廠、變電站的重要組成部分。由于電纜分布廣，又易燃，著火后危害大，電纜的防火歷來為電力部門所重視。但是，近年來電纜火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近20年來，我國火電廠發(fā)生電纜火災(zāi)140多次，其中1986~1992年7年間竟達(dá)75次。有24個(gè)電廠發(fā)生過2次及以上電纜火災(zāi)事故，個(gè)別電廠達(dá)4~6次。70%以上的電纜火災(zāi)所造成的損失非常嚴(yán)重，其中40% 的火災(zāi)事故造成特大損失。1975~1985年間，因電纜著火延燃造成的重大事故發(fā)生60起，造成直接和間接損失達(dá)50多億元。 　　事故分析表明，引起電纜火災(zāi)的直接原因往往是電纜接頭制作質(zhì)量不良、壓接不緊、接觸電阻過大，從而電纜接頭過熱導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。例如，東北某發(fā)電廠因2#循環(huán)水電纜接頭過熱，引發(fā)電纜著火，燒損該電纜溝內(nèi)所有電纜，造成電廠停機(jī)事故。據(jù)了解，上午有人在距故障電纜接頭80多米遠(yuǎn)的豎井上已嗅到了絕緣燒焦的氣味，下午7時(shí)引發(fā)了火災(zāi)。又如，某發(fā)電廠兩臺(tái)200Mw發(fā)電機(jī)組，因一臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水電纜接頭過熱引燃并燒穿了本機(jī)的另一條循環(huán)水電纜，同時(shí)燒損了另一臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水電纜，造成兩臺(tái)200Mw發(fā)電機(jī)組被迫停機(jī)事故。1991年10月—11月，華北電網(wǎng)3座主力電廠接連發(fā)生低壓電纜著火，造成5臺(tái)200Mw機(jī)組停電。由上可見，電纜火災(zāi)發(fā)生的一個(gè)主要原因是由于動(dòng)力電纜接頭制作質(zhì)量不良所造成的。但是，電纜接頭的制作質(zhì)量的好壞，只能在運(yùn)行中才較易發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行時(shí)間越長越容易發(fā)生過熱燒穿事故。由于從電纜接頭過熱到事故發(fā)生有一個(gè)過程，因此，通過對電纜在線過熱監(jiān)測完全可以防止和杜絕此類事故的發(fā)生。 　　2、光纖測溫的工作原理 　　光纖溫度測量技術(shù)于1981年由南安普敦大學(xué)提出，其基本原理是：向光纖中發(fā)射一個(gè)光脈沖后，光纖中的每一個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)都將后向散射一小部分光，這一后向散射光包含有斯托克斯光和反斯托克斯光，其中，斯托克斯光與溫度無關(guān)，而反斯托克斯光的強(qiáng)度隨溫度的變化而變化，由反斯托克斯光與斯托克斯光之比和溫度的定量關(guān)系，可得溫度值T： 　　hΔf IS fO +Δf 　　T= ——- {ln（——）+ 4ln（————）-1} （1） K IAS fO—Δf 　　式中：h—普朗克常數(shù)（j.s）； 　　k—玻爾茲曼常數(shù)(j/k)； 　　IS—斯托克斯光強(qiáng)度； 　　IAS—反斯托克斯光強(qiáng)度； 　　fO—伴隨光的頻率(1/s)； 　　Δf—拉曼光頻率增量(1/s)； 　　K—絕對溫度。 　　利用入射光和后向散射光之間的時(shí)間差Δti和光纖內(nèi)的光傳播速度CK，可以計(jì)算不同散射點(diǎn)的位置距入射端的距離Xi，因而可以得到光纖沿程幾乎連續(xù)的溫度分布，Xi可按下式計(jì)算： 　　Δti 　　Xi=CK —— （2） 　　2 　　式中：Ck—光纖中的光傳播速度（m/s）； 　　Δti—后向散射延遲時(shí)間（s）。 　　為實(shí)施光纖沿程各點(diǎn)溫度的分布測量，必須同時(shí)確定后向散射各點(diǎn)的位置和與之相對應(yīng)的溫度。實(shí)施這些測量所必需的測量裝置為：a，嚴(yán)格校準(zhǔn)和功率強(qiáng)大的光源（激光）；b，傳輸和傳感光纜；c，確定溫度分布的處理單元，這些測量裝置構(gòu)成了DTS系統(tǒng)。 　　3、csts系統(tǒng) 　　csts系統(tǒng)是在DTS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，針對電纜安全監(jiān)控進(jìn)行軟件二次開發(fā)形成的。用DTS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測電纜溫度變化過程，在日本、德國等幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國家已有應(yīng)用實(shí)例，并取得了良好的效果，通過連續(xù)測量電纜及電纜接頭溫度情況，可以預(yù)測電纜過熱故障及預(yù)警電纜火災(zāi)發(fā)生。由于光纖抗電磁干擾和輻射，用于高壓電纜監(jiān)測更為合適。軟件二次開發(fā)后，csts系統(tǒng)的主要功能如下： 　?。?） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：從監(jiān)控電纜逐點(diǎn)實(shí)時(shí)采集溫度，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫； 　?。?） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：顯示電纜當(dāng)前采集得到的實(shí)時(shí)溫度； 　?。?） 超溫報(bào)警：根據(jù)用戶要求設(shè)置報(bào)警和預(yù)警溫度，并可對被監(jiān)控電纜按段設(shè)置不同分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以任意設(shè)置報(bào)警值，對不同的部位進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控； 　?。?） 升溫速率報(bào)警：對被監(jiān)控的電纜達(dá)到用戶要求設(shè)置的升溫速率預(yù)定值時(shí)，可以報(bào)警、指出報(bào)警電纜處位置、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和打印； 　?。?） 歷史數(shù)據(jù)顯示：用戶可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢得到電纜某時(shí)某刻溫度、某天電纜某點(diǎn)的溫度、某時(shí)段電纜某點(diǎn)的溫度、某天電纜最高溫度及某時(shí)段電纜某點(diǎn)的最高溫度； 　　（6） 特性曲線顯示：包括某時(shí)某刻電纜溫度分布曲線、某天電纜某點(diǎn)的溫度變化曲線、某時(shí)段電纜某點(diǎn)的溫度變化曲線、某天電纜最高溫度分布曲線和某時(shí)段電纜某點(diǎn)的最高溫度變化曲線； 　　（7） 遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷和維修：通過因特網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維修等。 　　4、 工程應(yīng)用 　　秦山核電公司有一條6000V的高壓電纜，長度約1Km、帶有接頭，鋪設(shè)在電纜槽溝內(nèi)，因負(fù)荷較大，該電纜溫度較其他電纜高。為了避免溫度過高，造成電纜、尤其是接頭處的短路、爆炸等事故產(chǎn)生，經(jīng)研究，決定采用csts系統(tǒng)對其進(jìn)行監(jiān)控。 　　在2001年12月，把特制的傳感光纜鋪設(shè)在待測電纜上方，為提高監(jiān)測的精度，以準(zhǔn)確地獲得被測電纜上各點(diǎn)的溫度情況，須將傳感光纜梆扎在電纜上，讓二者緊密接觸。2002年3月，又安裝了DTS 系統(tǒng)的主機(jī)和外圍設(shè)備，連接了傳感光纜，開通了DTS系統(tǒng)，并設(shè)置了預(yù)警溫度。由于高壓電纜較長，并有幾個(gè)接頭，因此對該電纜設(shè)置了8個(gè)區(qū)域，即電纜在配電房內(nèi)為第1區(qū)域，配電房與接頭1之間為區(qū)域2，接頭1為區(qū)域3，接頭1與接頭2之間為區(qū)域4，接頭2為區(qū)域5，接頭2與接頭3之間為區(qū)域6，接頭3為區(qū)域7，接頭3之后為區(qū)域8。圖1為分區(qū)監(jiān)控的顯示界面。 圖1 分區(qū)監(jiān)控的顯示界面 　　圖2為2003年7月25日17點(diǎn)電纜溫度分布曲線，從中可以清楚地看到當(dāng)時(shí)整條電纜的溫度分布情況，二端溫度低，是電纜在室內(nèi)部分；中間有若干個(gè)低谷，是電纜通過馬路部分；其余處于電纜槽溝內(nèi)，由于日照的影響，致使溫度升高；326m附近有溫度高峰，據(jù)查，該處有一個(gè)接頭，其溫度明顯偏高，表明該接頭質(zhì)量并不理想，存在一定問題； 圖2 2003年7月25日17點(diǎn)電纜溫度分布曲線 　　圖3為2003年7月18日—7月27日接頭2的溫度變化過程線，由該過程線可以看到、接頭2的溫度是規(guī)律性變化，下午16時(shí)溫度最高，而上午7時(shí)溫度最低； 圖3 2003年7月18日—27日接頭2的溫度變化曲線 　　圖4為2003年7月18日—7月27日接頭2的最高溫度分布直方圖，從該圖可以發(fā)現(xiàn)，在7月18日—7月27日期間，接頭2最高溫度在25日以前呈上升變化趨向，25日以后溫度又驟降了近10ºC，這期間，7月25日接頭2達(dá)最高溫度50ºC。 圖4 2003年7月18日—7月27日電纜接頭2的最高溫度變化曲線 　　結(jié)語 　　通過對秦山核電公司高壓電纜過熱實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)踐表明，csts系統(tǒng)不僅能夠得到電纜的實(shí)時(shí)溫度分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，還能超溫報(bào)警和升溫速率報(bào)警，并自動(dòng)生成電纜的各種溫度特性曲線。系統(tǒng)能將采集得到的數(shù)據(jù)、曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并形成數(shù)據(jù)庫，以供用戶查詢。 　　由于csts系統(tǒng)可以精確量測光程沿線各點(diǎn)的溫度，信息密度大；可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障位置，數(shù)據(jù)可靠；施工方便，性價(jià)比合理；光纖抗電磁干擾和輻射，使用壽命長。因此是一種理想的電纜過熱監(jiān)控系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠和變電站的電纜過熱監(jiān)控中，也可以應(yīng)用于地鐵、船舶、石油平臺(tái)、銀行和大型圖書館等重要場合的電纜過熱監(jiān)控中。