综合式电缆测温检测系统
一种综合式电缆测温检测系统
一．背景
电力系统中，从发电厂到输变电设备以及到终端用户电器的整个传输过程中都有大量的可变温度需要检测。其中保证电缆的稳定运行是供电连续安全的重要保障，而电缆稳定运行的重要参数是由它的绝缘性能决定的，由于大量高压电缆是铺设在户外，各种错综复杂的因素会成为高压电缆故障的原因，包括本身施工质量的问题、恶劣天气环境影响、外力破坏原因等等，通常情况下，电力电缆在出现问题后就会导致其温度上升，进而引发严重的故障问题。结合某石化行业项目阐述由南京国高电气自动化有限公司推出的一种综合式电缆测温检测系统解决方案。
此项目位于东部沿海某城市，整个项目供电系统来自于两条不同区域的35kV变电所，进厂为两条10kV主备电源，高压电缆远距离敷设在跨海大桥内，属于典型的特殊使用环境，桥梁的热伸缩和振动问题会大大增加高压电缆出现故障的概率，为了解决这一问题，通过和客户的沟通，经过我们内部分析，提出了高可靠性的综合解决方案。
GDTS-4 分布式光纤温度监测系统对电缆主体进行连续的长距离的在线监测，同时配合GCW-A-9W无线测温集中显示检测系统，针对高压电缆接头和一些易出现故障部位，实时对温升故障点的运行状态进行动态监测。
通过大量的实际情况发现，电力电缆在运行过程中发生故障并不是突然发生的，是一个由量变到质变的过程，所以检测系统通过精确连续的在线温度监测，及时发现存在的问题，及时采取措施，既可避免故障的扩大化。
综合解决方案通过点和面的结合，大大的提高了采样的精度、准确性和及时性，提高了系统的可靠性，同时先进的光纤感温技术具有可靠性强、无源本质安全、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐温性好、传输距离远等特点。
二、方案概述
1.工作原理
GDTS-4 分布式光纤温度在线监测系统是一款基于拉曼背向散射原理和光时域反射技术的分布式温度检测系统，其原理如下图1。
图1
激光脉冲在光纤内部的传输过程中有背向散射光出现，散射光 Stokes 和Anti-stokes 受到温度变化影响，其中 Anti-stokes 受温度影响较大，其它波长则不受温度变化影响。当光纤沿线某处温度发生变化时，它的强度会发生变化。通过精确地测量散射光的信号强度差，可以准确地测量温度。测量返回光脉冲的到达时间，可以确定温度读数的位置，这与显示汽车或飞机距离的雷达回声类似。
2.方案理念
由于客户现场使用环境的特殊性，在设计方案时，需要兼顾考虑采样的精度、温度测量的准确性和及时性、现场的各种抗干扰能力以及后续的维护问题。光纤测温方案实现了整条电缆连续采样点的获得，大大减少了不确定因素，感温光纤本身没有电部件和活动部件，具有30年使用寿命，使得维护费用减少，温度信息通过光信号传输，防震、抗电磁干扰、适应各种恶劣环境。同时与无线测温方案的配合，能够有效及时的监测到接头及一些易损点的故障，更加提高了采样的密度，提高了监测系统的可靠性。在综合方案中，通过设置可与一级管理平台、二级远程集控平台数据交换，数据接口对外开放，实现电缆管廊内的各种信息互通，达到很高的信息检索效率与报警准确率，实现了电缆运行的综合监控。
3.方案构架
通过和客户的沟通，了解了客户现场的实际需求，整体的方案构架如下图2所示：
图2
GDTS-4 分布式光纤温度在线监测系统是由一台分布式光纤温度监测主机与 PC 相关外设、感温光缆组成。为保障被监测电缆绝对安全，本系统采用技术先进、性能优越的线式光纤测温系统，将感温光纤敷设在电缆沟和电缆通廊里的高压电缆上，然后接入控制室的监测主机上，监测主机将携带有温度信息的光信号解调后就得到沿电缆的分布温度。监测主机通过通讯口将数据传送到显示操作系统，生成直观的图文画面供用户查询浏览。
GCW-A-9W无线测温集中显示检测系统由服务器后台和无线测温装置组成，服务器后台可以和GDTS-4后台二合为一，无线测温装置由多台无线温度集中监测装置和多个无线温度传感器组成，一台测温装置最多可接入240个传感器。传感器捆绑与电缆接头处或一些易损部位，实时对温升故障点的运行状态进行动态追踪监测，数据包括温度、湿度和工作电压，测温装置可通过多种通讯手段把数据传给后台服务器，进行数据分析操作。
三、性能特点
1. GDTS-4 分布式光纤温度在线监测系统
温度的实时在线监测，做到早期预警，防患未燃。
◆ 高安全可靠性：采样光波信号，免受高压环境下强电磁干扰，数据稳定可靠。 另外，光纤本身绝缘，不导电，能充分保障操作人员人身安全。
◆ 环境适应性好：光纤主要成分为石英，性能十分稳定，耐水浸，耐酸碱腐蚀，使用寿命长达30年。此外，光纤可弯曲，韧性好，不易折断，方便施工。加上特殊外护套后可有效防止粉尘堆积 、潮湿水汽引起的爬电现象。
◆ 系统性能优异：测温精度一般为1℃，空间分辨率一般为1米；通过配置适当的光开关可同时实现对多达64条通路的监控。
◆ 软件功能丰富：可设置多重温度超限报警，如40℃预报警，50℃采取措施等，并且可以根据现场环境情况进行修正；在设定过温报警的同时，还可以设定温升速率异常报警，或定温和差温结合报警，并把火灾报警信息以声光、继电控制和消防连动等方式输出并采取适当处理措施。
◆ 自检校正功能：设备具备实时自检功能，一旦发生折断或老鼠咬断等意外情况系统会马上发出提示信息并指示工作人员定位检修，断开的光纤用光纤熔接机接上即可继续使用。此外，内置数据校正单元会对采集回来的温度数据进行实时校正，避免因长期使用光源老化或其它情况引起偏差。
◆ 兼容性：
系统可以通过RS232、干接点、以太网等形式与PC、消防报警系统、SCADA等其他控制系统进行互连；
2. GCW-A-9W无线测温集中显示检测系统
2.1无线测温监测装置
外形结构如下图3
面板显示：
①报警指示灯 ②告警指示灯 ③运行指示灯 ④电源指示灯
⑤温度值显示 ⑥温度自身供电电压显示 ⑦报警状态显示
⑧时钟显示
图3
产品性能参数如下图4
图4
2.2无线测温传感器
无线测温传感器有多种规格和型号可供选择，可根据现场的实际使用情况进行确认。参数介绍如下图5。
图5
四、系统设备安装
1．计算机和监测主机的安装
工控机、分析仪和显示器安装在控制室的监控柜或是操作台内。
2．感温光纤的安装
将测温光纤沿着被测高压电缆的走向展开，用阻燃扎带将测温光纤扎在高压电缆上。如果是对多条高压电缆进行同时监测时，可以将测温光纤以S形敷设在高压电缆上，以增大覆盖面。安装效果显示如下图6
图6
因为测温光纤不仅是信号的载体，还是温度传感器，安装的质量直接关系到测量的准确性，因此应该注意以下几个方面：
测温光纤如同电线，应尽量避免被外力损伤，折断。
测温光纤是石英制品，在需要弯曲铺设时只能以大于5cm的圆弧实现，否则会引起光纤损耗，影响测量精度。
测温光纤接头必须保持清洁，为此可先铺设光纤，再安装接头。
3.电缆接头部分的安装
由于电缆接头是极易产生过温故障的部位，大部分的电缆火灾都是因为电缆接头的发热而引起，一旦不及时处理，就会引发大面积的电缆着火，造成重大损失。所以电缆接头也是需要重点监测的部位。
将无线测温传感器捆绑与电缆接头或一些易损部位。
五、现场验收
现场验收的时间和条件由买方根据现场安装和调试的进度确定。卖方全部完成现场安装和调试的各项工作，根据现场试验数据，优化设置参数，达到预期最佳效果，负责培训买方技术人员，使其掌握系统维护的各项技能，现场验收试验结束后，双方将签字确认试验结束。
六、技术培训及服务
技术培训，为了便于设备的安装、调试和投运，买方可派出高级技术人员参与安装调试，起动投运等技术服务。
卖方技术人员除了解答和解决由买方在合同范围内所提的问题外，还将详细地解释
图纸、运行方式、设备设置以及使用注意事项。
质保期后的技术服务，质保期后，卖方仍将向买方提供优惠服务，以合理的价格向买方提供所需的备件。合同提供的所有设备的备品备件，5年内如再需要购买，卖方保证能够提供。