一．方案背景
電力系統(tǒng)中，從發(fā)電廠到輸變電設(shè)備以及到終端用戶電器的整個(gè)傳輸過程中都有大量的可變溫度需要檢測(cè)。其中保證電纜的穩(wěn)定運(yùn)行是供電連續(xù)安全的重要保障，而電纜穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)是由它的絕緣性能決定的，由于大量高壓電纜是鋪設(shè)在戶外，各種錯(cuò)綜復(fù)雜的因素會(huì)成為高壓電纜故障的原因，包括本身施工質(zhì)量的問題、惡劣天氣環(huán)境影響、外力破壞原因等等，通常情況下，電力電纜在出現(xiàn)問題后就會(huì)導(dǎo)致其溫度上升，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的故障問題。結(jié)合某石化行業(yè)項(xiàng)目闡述由南京國高電氣自動(dòng)化有限公司推出的一種綜合式電纜測(cè)溫檢測(cè)系統(tǒng)解決方案。
此項(xiàng)目位于東部沿海某城市，整個(gè)項(xiàng)目供電系統(tǒng)來自于兩條不同區(qū)域的35kV變電所，進(jìn)廠為兩條10kV主備電源，高壓電纜遠(yuǎn)距離敷設(shè)在跨海大橋內(nèi)，屬于典型的特殊使用環(huán)境，橋梁的熱伸縮和振動(dòng)問題會(huì)大大增加高壓電纜出現(xiàn)故障的概率，為了解決這一問題，通過和客戶的溝通，經(jīng)過我們內(nèi)部分析，提出了高可靠性的綜合解決方案。
GDTS-4 分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電纜主體進(jìn)行連續(xù)的長(zhǎng)距離的在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)配合GCW-A-9W無線測(cè)溫集中顯示檢測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)高壓電纜接頭和一些易出現(xiàn)故障部位，實(shí)時(shí)對(duì)溫升故障點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
通過大量的實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，電力電纜在運(yùn)行過程中發(fā)生故障并不是突然發(fā)生的，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程，所以檢測(cè)系統(tǒng)通過精確連續(xù)的在線溫度監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，及時(shí)采取措施，既可避免故障的擴(kuò)大化。
綜合解決方案通過點(diǎn)和面的結(jié)合，大大的提高了采樣的精度、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)先進(jìn)的光纖感溫技術(shù)具有可靠性強(qiáng)、無源本質(zhì)安全、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐溫性好、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。
二、方案概述
1.工作原理
GDTS-4 分布式光纖溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一款基于拉曼背向散射原理和光時(shí)域反射技術(shù)的分布式溫度檢測(cè)系統(tǒng)，其原理如下圖1。
圖1
激光脈沖在光纖內(nèi)部的傳輸過程中有背向散射光出現(xiàn)，散射光 Stokes 和Anti-stokes 受到溫度變化影響，其中 Anti-stokes 受溫度影響較大，其它波長(zhǎng)則不受溫度變化影響。當(dāng)光纖沿線某處溫度發(fā)生變化時(shí)，它的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。通過精確地測(cè)量散射光的信號(hào)強(qiáng)度差，可以準(zhǔn)確地測(cè)量溫度。測(cè)量返回光脈沖的到達(dá)時(shí)間，可以確定溫度讀數(shù)的位置，這與顯示汽車或飛機(jī)距離的雷達(dá)回聲類似。
2.方案理念
由于客戶現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境的特殊性，在設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要兼顧考慮采樣的精度、溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和及時(shí)性、現(xiàn)場(chǎng)的各種抗干擾能力以及后續(xù)的維護(hù)問題。光纖測(cè)溫方案實(shí)現(xiàn)了整條電纜連續(xù)采樣點(diǎn)的獲得，大大減少了不確定因素，感溫光纖本身沒有電部件和活動(dòng)部件，具有30年使用壽命，使得維護(hù)費(fèi)用減少，溫度信息通過光信號(hào)傳輸，防震、抗電磁干擾、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。同時(shí)與無線測(cè)溫方案的配合，能夠有效及時(shí)的監(jiān)測(cè)到接頭及一些易損點(diǎn)的故障，更加提高了采樣的密度，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。在綜合方案中，通過設(shè)置可與一級(jí)管理平臺(tái)、二級(jí)遠(yuǎn)程集控平臺(tái)數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)接口對(duì)外開放，實(shí)現(xiàn)電纜管廊內(nèi)的各種信息互通，達(dá)到很高的信息檢索效率與報(bào)警準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)了電纜運(yùn)行的綜合監(jiān)控。
3.方案構(gòu)架
通過和客戶的溝通，了解了客戶現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，整體的方案構(gòu)架如下圖2所示：
GDTS-4 分布式光纖溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由一臺(tái)分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)主機(jī)與 PC 相關(guān)外設(shè)、感溫光纜組成。為保障被監(jiān)測(cè)電纜絕對(duì)安全，本系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越的線式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，將感溫光纖敷設(shè)在電纜溝和電纜通廊里的高壓電纜上，然后接入控制室的監(jiān)測(cè)主機(jī)上，監(jiān)測(cè)主機(jī)將攜帶有溫度信息的光信號(hào)解調(diào)后就得到沿電纜的分布溫度。監(jiān)測(cè)主機(jī)通過通訊口將數(shù)據(jù)傳送到顯示操作系統(tǒng)，生成直觀的圖文畫面供用戶查詢?yōu)g覽。
GCW-A-9W無線測(cè)溫集中顯示檢測(cè)系統(tǒng)由服務(wù)器后臺(tái)和無線測(cè)溫裝置組成，服務(wù)器后臺(tái)可以和GDTS-4后臺(tái)二合為一，無線測(cè)溫裝置由多臺(tái)無線溫度集中監(jiān)測(cè)裝置和多個(gè)無線溫度傳感器組成，一臺(tái)測(cè)溫裝置最多可接入240個(gè)傳感器。傳感器捆綁與電纜接頭處或一些易損部位，實(shí)時(shí)對(duì)溫升故障點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)包括溫度、濕度和工作電壓，測(cè)溫裝置可通過多種通訊手段把數(shù)據(jù)傳給后臺(tái)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析操作。
三、性能特點(diǎn)
1. GDTS-4 分布式光纖溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，做到早期預(yù)警，防患未燃。
◆ 高安全可靠性：采樣光波信號(hào)，免受高壓環(huán)境下強(qiáng)電磁干擾，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。 另外，光纖本身絕緣，不導(dǎo)電，能充分保障操作人員人身安全。
◆ 環(huán)境適應(yīng)性好：光纖主要成分為石英，性能十分穩(wěn)定，耐水浸，耐酸堿腐蝕，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年。此外，光纖可彎曲，韌性好，不易折斷，方便施工。加上特殊外護(hù)套后可有效防止粉塵堆積 、潮濕水汽引起的爬電現(xiàn)象。
◆ 系統(tǒng)性能優(yōu)異：測(cè)溫精度一般為1℃，空間分辨率一般為1米；通過配置適當(dāng)?shù)墓忾_關(guān)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多達(dá)64條通路的監(jiān)控。
◆ 軟件功能豐富：可設(shè)置多重溫度超限報(bào)警，如40℃預(yù)報(bào)警，50℃采取措施等，并且可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行修正；在設(shè)定過溫報(bào)警的同時(shí)，還可以設(shè)定溫升速率異常報(bào)警，或定溫和差溫結(jié)合報(bào)警，并把火災(zāi)報(bào)警信息以聲光、繼電控制和消防連動(dòng)等方式輸出并采取適當(dāng)處理措施。
◆ 自檢校正功能：設(shè)備具備實(shí)時(shí)自檢功能，一旦發(fā)生折斷或老鼠咬斷等意外情況系統(tǒng)會(huì)馬上發(fā)出提示信息并指示工作人員定位檢修，斷開的光纖用光纖熔接機(jī)接上即可繼續(xù)使用。此外，內(nèi)置數(shù)據(jù)校正單元會(huì)對(duì)采集回來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，避免因長(zhǎng)期使用光源老化或其它情況引起偏差。
◆ 兼容性：系統(tǒng)可以通過RS232、干接點(diǎn)、以太網(wǎng)等形式與PC、消防報(bào)警系統(tǒng)、SCADA等其他控制系統(tǒng)進(jìn)行互連；
2. GCW-A-9W無線測(cè)溫集中顯示檢測(cè)系統(tǒng)
2.1無線測(cè)溫監(jiān)測(cè)裝置
外形結(jié)構(gòu)如下圖3
面板顯示：
①報(bào)警指示燈 ②告警指示燈 ③運(yùn)行指示燈 ④電源指示燈
⑤溫度值顯示 ⑥溫度自身供電電壓顯示 ⑦報(bào)警狀態(tài)顯示 ⑧時(shí)鐘顯示
圖3
產(chǎn)品性能參數(shù)如下圖4
2.2無線測(cè)溫傳感器
無線測(cè)溫傳感器有多種規(guī)格和型號(hào)可供選擇，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況進(jìn)行確認(rèn)。參數(shù)介紹如下圖5。
圖5
四、系統(tǒng)設(shè)備安裝
1．計(jì)算機(jī)和監(jiān)測(cè)主機(jī)的安裝
工控機(jī)、分析儀和顯示器安裝在控制室的監(jiān)控柜或是操作臺(tái)內(nèi)。
2．感溫光纖的安裝
將測(cè)溫光纖沿著被測(cè)高壓電纜的走向展開，用阻燃扎帶將測(cè)溫光纖扎在高壓電纜上。如果是對(duì)多條高壓電纜進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，可以將測(cè)溫光纖以S形敷設(shè)在高壓電纜上，以增大覆蓋面。安裝效果顯示如下圖6
圖6
因?yàn)闇y(cè)溫光纖不僅是信號(hào)的載體，還是溫度傳感器，安裝的質(zhì)量直接關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：
測(cè)溫光纖如同電線，應(yīng)盡量避免被外力損傷，折斷；
測(cè)溫光纖是石英制品，在需要彎曲鋪設(shè)時(shí)只能以大于5cm的圓弧實(shí)現(xiàn)，否則會(huì)引起光纖損耗，影響測(cè)量精度；
測(cè)溫光纖接頭必須保持清潔，為此可先鋪設(shè)光纖，再安裝接頭。
3.電纜接頭部分的安裝
由于電纜接頭是極易產(chǎn)生過溫故障的部位，大部分的電纜火災(zāi)都是因?yàn)殡娎|接頭的發(fā)熱而引起，一旦不及時(shí)處理，就會(huì)引發(fā)大面積的電纜著火，造成重大損失。所以電纜接頭也是需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的部位。
將無線測(cè)溫傳感器捆綁與電纜接頭或一些易損部位。
五、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收
現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的時(shí)間和條件由買方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試的進(jìn)度確定。賣方全部完成現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試的各項(xiàng)工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)置參數(shù)，達(dá)到預(yù)期最佳效果，負(fù)責(zé)培訓(xùn)買方技術(shù)人員，使其掌握系統(tǒng)維護(hù)的各項(xiàng)技能，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)束后，雙方將簽字確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)束。
六、技術(shù)培訓(xùn)及服務(wù)
技術(shù)培訓(xùn)，為了便于設(shè)備的安裝、調(diào)試和投運(yùn)，買方可派出高級(jí)技術(shù)人員參與安裝調(diào)試，起動(dòng)投運(yùn)等技術(shù)服務(wù)。
賣方技術(shù)人員除了解答和解決由買方在合同范圍內(nèi)所提的問題外，還將詳細(xì)地解釋圖紙、運(yùn)行方式、設(shè)備設(shè)置以及使用注意事項(xiàng)。
質(zhì)保期后的技術(shù)服務(wù)，質(zhì)保期后，賣方仍將向買方提供優(yōu)惠服務(wù)，以合理的價(jià)格向買方提供所需的備件。合同提供的所有設(shè)備的備品備件，5年內(nèi)如再需要購買，賣方保證能夠提供。