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              解決方案

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              電纜測溫光纖傳感方案

              詳情


               

              目  錄

              1電力設備在線測溫概述 3

              1.1電力設備溫度監控的意義和必要性 3

              1.2分布式光纖測溫系統的技術優勢 3

              1.3電力設備溫度監控關鍵技術分析 4

              2煤礦選礦廠及主井電纜在線測溫報警系統方案設計 5

              2.1 系統配置清單和施工方案 5

              2.2 分布式光纖DTS測溫系統介紹 5

              2.3 分布式光纖DTS測溫系統技術優勢 6

              2.4 分布式光纖DTS測溫系統介紹 8

              2.5 分布式光纖測溫報警系統的功能 10

              探測光纜的安裝方式 11

               


              1電力設備在線測溫概述

              1.1電力設備溫度監控的意義和必要性

              現代工業中,工作溫度的升降反映了設備運行狀態和許多物理特征的變化,工業設備運行異?;蚬收贤ǔ1憩F出溫度的異常變化。因此工業設備運行溫度監測是設備安全監控最為有效、最為經濟的手段,對設備的安全運行具有重大意義。隨著光纖傳感器技術的發展和應用,分布式光纖光柵測溫系統是目前世界上最先進、最有效的溫度在線監測系統,特別是在電力系統、石油化工、交通運輸、工業消防等領域。

              電纜是發電廠、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,近年來電纜火災事故頻繁發生,據有關資料統計,近20年來,我國火電廠發生電纜火災140多次,其中1986~19927年間竟達75次。有24個電廠發生過2次及以上電纜火災事故,個別電廠達4~6次。70%以上的電纜火災所造成的損失非常嚴重,其中40% 的火災事故造成特大損失。1975~1985年間,因電纜著火延燃造成的重大事故發生60起,造成直接和間接損失達50多億元。事故分析表明,引起電纜火災的直接原因往往是電纜接頭制作質量不良、壓接不緊、接觸電阻過大,從而電纜接頭過熱導致火災發生。例如,東北某發電廠因2#循環水電纜接頭過熱,引發電纜著火,燒損該電纜溝內所有電纜,造成電廠停機事故。據了解,上午有人在距故障電纜接頭80多米遠的豎井上已嗅到了絕緣燒焦的氣味,下午7時引發了火災。又如,某發電廠兩臺200Mw發電機組,因一臺機組的循環水電纜接頭過熱引燃并燒穿了本機的另一條循環水電纜,同時燒損了另一臺機組的循環水電纜,造成兩臺200Mw發電機組被迫停機事故。199110月—11月,華北電網3座主力電廠接連發生低壓電纜著火,造成5200Mw機組停電。由上可見,電纜火災發生的一個主要原因是由于動力電纜接頭制作質量不良所造成的。但是,電纜接頭的制作質量的好壞,只能在運行中才較易發現,運行時間越長越容易發生過熱燒穿事故。由于從電纜接頭過熱到事故發生有一個過程,因此,通過對電纜在線過熱監測完全可以防止和杜絕此類事故的發生。  

              1.2分布式光纖測溫系統的技術優勢

              隨著光纖傳感技術的發展,相對于傳統的測溫方式,光纖測溫已經體現出越來越多的優勢:

               

              比較內容

              感溫光纜

              感溫電纜

              溫度測量

              可以測量并顯示沿線溫度分布,測量精度可達到1℃

              不能測量溫度值

              報警方式

              多級溫度報警、溫升速率報警

              固定溫度點報警

              安全性可靠性

              不受電磁干擾,不帶電,本身無安全隱患

              絕緣皮老化和電磁干擾等因素,易產生誤報。帶電工作,存在新的安全隱患

              報警設定

              可設定多級報警和溫升速率報警

              報警值出廠已設定,不能更改

              事故判斷

              及時判斷顯示溫度變化的情況,準確定位事故點

              只能判斷火警區域、無法反映溫度情況無自診斷能力

              故障診斷

              可以準確判定故障位置

              監測長度有限,多路布線分區,故障率高,難維護

              使用維護

              長距離監測用一根光纜即可完成,利用軟件分區,系統可靠,易維護

              使用壽命

              報警后,光纜可重復利用,壽命長

              報警后電纜損傷,不能重復利用,壽命較短

              數據存儲

              可以存儲歷史數據

              不能存儲歷史數據

              安裝

              系統集成性高,組網方便,擴充性好

              集成和組網相對復雜,擴充困難

              1.3電力設備溫度監控關鍵技術分析

              1) 連續分布式測量

              分布式光纖傳感器是真正的分布式測量,可以連續的得到沿著探測光纜幾十公里的測量信息,誤報和漏報率大大降低。同時實現實時監測。

              2) 抗電磁干擾,在高電磁環境中可以正常的工作。

              光纖本身是由石英材料組成的,完全的電絕緣;同時光纖傳感器的信號是以光纖為載體的,本征安全,不受任何外界電磁環境的干擾。

              3) 本征防雷。

              雷電經常破壞大量的電測傳感器。光纖傳感器由于完全的電絕緣,可以抵抗高電壓和高電流的沖擊。

              4) 測量距離遠,適于遠程監控。

              光纖的兩個突出優點就是傳輸數據量大和損耗小,在無需中繼的情況下,可以實現幾十公里的遠程監測。

              5) 靈敏度高,測量精度高。

              6) 壽命長,成本低,系統簡單。

              2煤礦選礦廠及主井電纜在線測溫報警系統方案設計

              2.1系統配置清單和施工方案

              某煤礦選煤廠及主井電纜溫度監測及報警系統采用分布式光纖溫度監測報警系統,選用三套4km、2通道DTS控制器,一臺工業PC集中監測,52多模鎧裝光纜實現分布式溫度傳感。

              第一套DTS控制器安裝在2號轉載點配電室,一路光纜由2號轉載點經拉緊間、驅動間、產品緩沖倉至裝車站;另一路光纜由2號轉載點經1號轉載點、產品倉下、產品倉下配電室汽車裝車倉下。

              第二套DTS控制器安裝在主井口控制室,實現對主井主供電電纜、南一盤區變電所和井下中央變電所配電設備的溫度監測及報警;

              第一、二套DTS控制器都通過4芯單模光纖與主廠房控制室實現聯網。

              第三套DTS控制器安裝在主廠房控制室,一路光纜由主廠房控制室經主廠房、汽車裝車倉棧橋、篩分車間、主廠房棧橋至濃縮車間;另一路光纜由主廠房控制室經原煤場下、篩分車間棧橋、主廠房原煤旁路系統、汽車裝車倉至成品倉上。

              工業PC安裝在主廠房控制室,與三套DTS控制器聯網,實現集中實時監測及報警。

               2.2分布式光纖DTS測溫系統介紹

              分布式光纖DTS測溫系統是一套以分布式光纖傳感系統為核心的自動“測控”系統,是運用了現代光學、現代傳感器、自動測量及控制和計算機等高新技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性在線自動監測體系,是對電纜(包含接頭)和電纜隧道安全運行狀態進行實時快速監測的數字化管理平臺和自動報警系統。

              DTS系統采用的是一種先進的拉曼光時域分析光纖測溫技術,其具有定位精確,測量精度高,測溫精度不受光纜應力變形影響等特點。

              分布式光纖DTS測溫系統是依據后向拉曼(Raman)散射效應:激光脈沖與光纖分子相互作用, 發生散射,散射有多種,其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動,它會產生一個比光源波長長的斯托克斯光(Stokes)和一個比光源波長短的反斯托克斯光(Anti-Stokes),反斯托克斯光信號的強度與溫度有關,斯托克斯光信號與溫度無關。從光波導內任何一點的反斯托克斯光信號和斯托克斯光信號強度的比例中,可以得到該點的溫度。利用光時域反射技術(OTDR)技術通過光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時間對這些熱點進行定位。利用這一原理可以實現對沿光纖溫度場的分布式測量。

               

              由于分布式光纖DTS測溫系統的感溫元件和信號傳輸線全部為光纖,所以現場不供電,不受電磁干擾和雷擊損壞,本安防爆,因此更加安全、可靠,使用壽命可達到25年以上。

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               2.3分布式光纖DTS測溫系統技術優勢

              與傳統傳感器相比較,具有許多天然的優勢,主要包括:

              1. 連續分布式測量

              分布式光纖傳感器是真正的分布式測量,可以連續的得到沿著探測光纜幾十公里的測量信息,誤報和漏報率大大降低,同時實現實時監測。

              2. 抗電磁干擾,實現現場無電檢測

              光纖本身是石英材料組成的,完全的電絕緣;同時光纖傳感器的信號是以光信號為載體的,本征安全,不受任何外界電磁環境的干擾??梢圆粠щ娺M場,因而消除了在含可燃混合氣體的區域可能造成的產生電火花的危險性,可實現現場無電檢測,本質安全。

              3. 本征防雷

              雷電經常破壞大量電測傳感器。光纖傳感器由于完全的電絕緣,可以抵抗高電壓和高電流的沖擊。

              4. 測量距離遠,適于遠程監控

              光纖的兩個突出優點就是傳輸數據量大和損耗小,在無需中繼的情況下,可以實現幾十公里的遠程監測。

              5. 靈敏度高,測量精度高

              理論上大多數光纖傳感器的靈敏度和測量精度都優于一般的傳感器,實際已成熟的產品也證明了這一點。

              6. 壽命長、成本低、系統簡單

              光纖的材料一般皆為石英玻璃,其具有不腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性,通??梢苑?span style="font-family:Calibri">30年。綜合考慮傳感器的自身成本以及以后的維護費用,使用光纖傳感器可以大大降低整個工程的最終經營成本,該監測系統屬于熱力管道檢漏較理想的技術裝備。


              分布式光纖測溫技術與傳統測溫方式的比較

              比較內容

              分布式光纖測溫系統

              傳統測溫方式

              報警方式

              可綜合利用設置多級溫度報警、溫升速率、溫升趨勢來進行連續監測,可在任何時間準確顯示任何一點的溫度狀態

              固定溫度報警點,被動等待設定的報警溫度,報警往往較為延遲

              事故判斷

              智能化的系統,準確及時判斷溫度變化的類型,顯示事故點溫度讀數及位置

              無附件特點裝置時,不能準確確定事故點位置,只能判斷大致區域,無法反應溫度情況

              使用及維護

              長距離監測,用一根光纖即可完場,利用軟件分區,系統非常簡單可靠,易維護

              監測長度有限,多路布線分區,系統相當復雜,故障率高,難以維護

              長期使用

              達到報警點后,利用軟件復位,不損傷光纖,并因其材料特殊,壽命極長

              報警后系統損傷,不可重復使用,以及采用的材料的原因,使其壽命較短

              安全性可靠性

              不受電磁干擾,綜合智能判斷,無誤報。因其不帶電,故使用于特殊危險場合

              因電磁的干擾等諸多因素的緣故,經常產生誤報并因其帶電,不適應與特殊危險場合

              安裝

              安裝非常簡單,可安裝帶縫隙、漫步孔、高電壓、強電磁場、高溫、高壓強、有毒、易燃、易爆、腐蝕性環境

              安裝相當復雜,對被測設備容易造成損害,擴容難度大

              傳感器分布特性

              檢測點連續,可以全面檢測監測對象的各點情況,檢測范圍大

              檢測點間斷,只有傳感器接觸到的點,才能被檢測,檢測范圍小

              探頭

              探測光纜,不怕干擾,不怕高壓,沒有擊穿、燒毀等擔心

              電子傳感器,有電路通道,極易受電磁干擾,對于高壓設備的絕緣要求特別高,檢修維護難度很大

              檢測信號輸出

              光信號,不受電力設備的電磁干擾

              弱點信號,極易受到電磁干擾

              信號通道

              光信號,探頭與信號通道一體,不怕干擾,不怕高壓

              電路,對與高壓設備的絕緣要求特別高,檢修維護很難

              信號處理技術

              檢測:光電技術;傳輸:光信號;處理:高速數字技術

              檢測:模擬信號;傳輸:弱點信號;處理:數字信號

              系統可靠性

              高,取決于主機

              低,受探頭、信號傳輸通道、主機等全部設備影響

              其他特點

              不帶電,抗射頻和電磁干擾、防燃、防爆、防腐蝕、耐高壓和強電磁場、耐輻射、能在各種有害環境中工作

              技術落后

               

               2.4分布式光纖DTS測溫系統介紹

              2.4.1 DTS光纖測溫主機技術指標

               

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              光纖傳感分析儀正面

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              光纖傳感分析儀背面

               

              主要技術性能:

              項    目

              單位

              參   數   值

              測溫距離

              km

              4、8、15、20公里可選

              測溫范圍

              -50350

              溫度分辨率

              0.1

              測溫精度

              ±0.5@4km,±1@8km,±1.5@15km,±2@20km

              單通道測溫時間

              s

              4s@4km,8s@8km,1.5s@15km,20s@20km

              空間分辨率

              (精確測溫最小的光纖感溫長度)

              m

              2

              定位精度

              (沿光纖的測溫取樣長度)

              m

              0.4

              通道數 

              -

              1-16

              系統軟件

              -

              WINDOWS2000及以上版本

              通信接口

              -

              2RJ45, 2RS232, 1VGA/CRT標準接口、1USB標準接口,1RS485接口

              報警分區數

              可軟件設定

              系統工作溫度

              -10 ~ +50

              電源輸入 

              AC

              180240V/50±5 Hz

              2.3.2感溫光纜技術指標

              具有硅膠、低煙無鹵阻燃材料(LSZH)、PVC等多種規格的外護套,以及內部不同的光纖組織結構,如下所示:

              blob.png 

              BA-DF01A多模感溫光纜     BA-DF01B多模感溫光纜

              blob.png 

              BA-DF01C多模感溫光纜     BA-DF01D多模感溫光纜

              blob.png 

              DTS感溫光纜現場安裝敷設圖

              用途

              ◇ 隧道、電纜溝槽、電纜表面、電纜接頭、電力機房等光纖分布式測溫及火災自動報警

               

              2.5分布式光纖測溫報警系統的功能

              2.5.1 DTS主機的基本功能:

              DTS控制器和集控PC機溫度監測報警軟件具有友好的中文操作界面,強大的數據處理和管理等功能。

              2.5.2 電子地圖式溫度顯示功能

              可顯示全程分區圖及其溫度分布曲線;可顯示系統監測曲線、系統參數;可顯示重點監測點的溫度隨時間變化曲線。

              光纖分布式溫度監測系統的采集文件被轉換并輸出到文件夾中。表格的每一欄都代表了電纜沿線一個地理位置點的不同溫度值。每一行都顯示了一個獲取數據的空間溫度曲線分布。不同的獲取的數據點的空間分辨率是0.4米。以這個表格為基礎,繪制兩種類型的圖表用做進一步的分析一種是顯示光纜線路上溫度與空間分布曲線圖,另一種顯示某一特定點的溫度隨時間變化曲線圖。

              2.5.3 報警功能

              具有定溫報警(設定最大溫度/最低溫度值)、差溫報警(實時溫度與平均溫度差別過大,用于判別局部過熱點)、溫升過快報警、光纖破壞報警、裝置異常等報警功能;可手機短消息報警,報警分工作級和管理級兩層,按照事件的重要級別發送到工作層人員和管理層人員。

              2.5.4 分區功能

              能對測量區域在長度上進行軟件分區,兼顧局部重點監測和分區報警。

              2.5.5 查詢功能

              可以查詢歷史數據并顯示或打印歷史曲線;可以在系統圖上直接查詢設備信息、運行參數、統計信息等。

              2.5.6 分析功能:

              歷史趨勢顯示,對未來趨勢進行評估,提供檢修參考信息。

              2.5.7 報表功能:

              提供強大的數據庫保存功能,可以根據用戶需要定制年報表、月報表、日報表等;用戶也可定制各種表格:實時數據表、歷史數據及統計報表、報警一覽表等。

              2.5.8 TCP/IP 或MODBUS接入:

              系統功能強大而高效,幾個控制器的信號可以在一臺PC機上分析處理。

              2.5.9 web網絡發布與瀏覽功能:

              通過網絡管理軟件平臺,可實現局域網內的可提供web瀏覽功能,使在局域網中的任何計算機,經授權均能瀏覽各類曲線、報表和實時圖形。

              2.5.10 記錄及打印功能:

              打印運行日志;

              打印日、月溫度峰值表;

              事故記錄查詢打??;

              操作記錄查詢打??;

              溫度曲線、圖形打印。

              系統能對事故和操作過程進行記錄,形成相應的文字或者圖表,主要包括以下內容:

                  ① 故障歷史記錄表

                  ② 火災事故歷史資料記錄表

                  ③ 故障及事故處理提示表

              值班人員可以打印當日最新自檢情況以及聯控主機中所存儲的任意圖形、表格和文字歷史資料。

              2.5.11 在線自檢功能

              DTS光纖測溫主機具有在線自檢功能,可在線檢測設備自身故障以及實時監測光纖線路故障,并自動發送故障報警提示。

              2.5.12網絡管理功能

              分布式線型光纖感溫探測系統主機能夠配接采集報警器,實現完全無人值守的網絡管理。

              3探測光纜的安裝方式

              每路探測光纜通過尾纖接入DTS控制單元,尾纖在供貨時隨DTS控制單元提供,尾纖的一端為與DTS控制單元連接,另一端需通過接線盒與探測光纜相熔接。

              1)對于電纜夾層、電纜橋架,探測光纜沿電纜夾層的頂部橋架內側敷設。

                 對于電纜豎井,探測光纜敷綁縛在其中的一根電纜上跟隨其敷設。

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