分布式光纤测温系统在煤矿井下电气设备中的应用

光纤温度传感器, 智能监控系统, 中国分布式光纤制造商

分布式光纤测温系统是近年来逐步发展起来的用于空间温度场实时测量的新技术. 可沿光缆连续监测十公里以上范围内各点的温度, 拥有数以万计的温度收集点, 定位精度可达1m, ±的温度测量精度 1 °C, 温度测量范围 -20 °C 至 +150 °C. 非常适合大规模, 恶劣环境, 煤矿井下供电系统中的多个温度监测点. 煤矿电气设备常用的温度监测方法包括: 人工红外感应枪检测, 热敏电阻测温系统, 和热电偶温度测量系统. 传统的温度测量方法存在无法实时监测等缺点, 稳定性差, 绝缘性差, 危险的现场环境, 高电磁干扰, 使用模拟信号时传输损耗高, 和低温测量精度. 针对煤矿电气火灾事故的主要原因和特点, 自主研发分布式光纤测温技术，对地下供电系统温度进行全面监测和预警. 即使对于一些非 I 类重要负载, 在加热幅值达到燃点之前，可提供断电锁定的反馈控制方案.

分布式光纤测温系统原理
分布式光纤测温是指综合利用拉曼散射效应的温度监测系统 (拉曼) 光纤和光时域反射测量技术 (OTDR的) 获取空间温度分布信息. 日常生活中的一些物理量, 如温度, 压力, 和紧张, 会影响玻璃纤维，局部改变光纤的光传输特性. 由于石英玻璃纤维中的光通过散射衰减, 可以确定外部物理效应的位置, 使光纤适用于线性传感器. 热效应导致光纤石英固体中的晶格振荡. 当光线落在这些热激发分子振荡上时, 当光粒子的电子和晶体分子之间存在相互作用时，就会发生光散射, 也称为拉曼散射. 与入射光不同, 这种散射光的光谱偏移相当于晶格振荡的共振频率. 从光纤散射回来的光包含三种不同的光谱: 瑞利散射光, 斯托克斯灯, 和反斯托克斯灯. 抗斯托克斯光带具有很强的温度依赖性, 而斯托克斯光几乎与温度无关. 光纤中抗斯托克斯光的强度会因外部温度影响而发生变化. 抗斯托克斯光强度与斯托克斯光强度之比可用于校准温度, 并且该原理可用于实现沿光纤各点温度场的分布式测量.

光学时域反射测量技术原理 (OTDR的) 是向被测光纤发射光脉冲, 产生拉曼散射效应, 形成的背散射光被传输回光纤的起始端 (即. 光脉冲的注入端). 由于每个背散射光对应于光纤上的一个散射点, 散射点在光纤上的位置可以根据其传播时间确定.

煤矿测温

近年来, 我国煤矿使用的机电设备数量逐渐增加, 电源系统也变得越来越复杂, 排长队, 多个分支, 高电压水平, 多台设备, 和高功率. 沿线开关、接线盒等多个节点的现实，给煤矿供电系统带来了更大的火灾隐患. 在煤矿生产实践中, 许多固定铺设的电缆使用寿命长, 老化绝缘材料, 电缆接头接触不良, 以及缺乏有效的检查和及时的维护, 容易引起漏电和火灾; 另外, 高压开关或接线盒室内的触点接触不良也容易引起电弧点火, 设备内部部件过热, 和电气火灾. 以上是煤矿电气火灾的主要原因. 煤矿井下电缆或高低压开关柜着火引发的重大火灾事故严重威胁煤矿安全.

分布式光纤测温系统针对地下几种不同的测温对象设计了相应的光缆敷设方案.

煤矿井下敷设光缆的电缆接头是电缆连接的薄弱环节，容易发生短路, 渗漏, 和过热. 针对电缆接头的手工生产相对粗糙, 采用温度传感光缆双环绕组法将其固定在电缆端子和接头处, 可以使它充分紧密地接触, 并更密集、更灵敏地监测整个电缆接头的温度.

电缆接头中测温光纤的布局有相应的解决方案, 在电缆桥架中安装检测光纤, 以及电缆桥架中测温光纤的布局.
在煤矿各种地下电缆的实际敷设过程中, 为了达到审美和标准化的要求, 电缆桥架通常用于封闭式安装. 这给电缆的散热和手动测温带来了极大的不便. 基于此类监控对象的特征, 光缆安装采用S形曲线敷设方式, 并且可以实时控制桥内电缆的温度.
一种电缆钩悬挂电缆的温度监测方法
煤矿井下的各种类型的电缆往往通过电缆钩成排悬挂. 此时, 每根电缆都紧密地连接到光纤电缆上, 采用煤矿井下成排悬挂电缆的测温光缆布置法

高压开关设备静电触点和母线温度在线监测

高压开关柜, 地下防爆高开口, 移动变压器, 组合开关, 变频器, 各种煤矿露天变电站等箱式电气设备均可采用光纤绕组和固定方式安装, 重点监控特定危险点,
光纤测温系统在煤矿中的应用, 共 6314 在15.7公里的地下隧道范围内，沿着长约57260米的各类高低压电缆设置温度监测点. 测量点分布广泛, 监控信息量大, 而且传输距离长，远远超出了传统测温方法的范围. 另外, 光纤测温系统具有出色的本质安全性, 耐腐蚀性, 耐高压, 和抗电磁干扰, 并能自动检测光缆断点的精确位置, 为快速系统修复提供便利.

高压开关柜内测温光纤的布局方法
在安全性和经济效益方面, 光纤测温系统有效解决了传统煤矿电工因工作量大等因素造成的巨大隐患, 疏忽, 责任感不足, 例如人工检查不充分和火灾隐患检测不及时 (通常只有在排放烟雾时才被发现), 大大节省煤矿人工成本，提高井下供电系统的安全性和可靠性.