DTS在电缆测温及载流量分析上的应用

DTS-2000分布式光纤温度监测系统

设计手册

（在电缆测温和载流量监测中的应用）

聚光科技（杭州）有限公司

目 录

1 2

DTS技术概述 .............................................................. 3 DTS在电网中的应用 ........................................................ 3 2.1 2.2 3

应用背景 ....................................................................................................................... 3 DTS产品的适用性 ........................................................................................................ 5

DTS-2000产品介绍 ......................................................... 6 3.1 3.2

DTS-2000技术原理 ...................................................................................................... 6 DTS-2000产品组成 ...................................................................................................... 7 3.3.1 机柜部分 ........................................................................................................... 7 3.3.2 感温光缆 ........................................................................................................... 8 3.3.3 软件平台 ........................................................................................................... 9 3.3 产品技术参数 ............................................................................................................. 14

4 工程施工方式 ............................................................ 15

1 DTS技术概述

DTS是Distributed temperature sensing（分布式温度传感）的简称。相对于传统点式温度传感器而言，分布式温度传感可以实现单传感器对线型区域甚至面型区域的检测。DTS技术是利用某些特殊的光波在光纤中传播时光波会携带沿途各点的温度信息这一技术原理，结合微弱光信号探测、超高速信号监测等技术手段实现的，具有了精度高、稳定性强、寿命长等特点，是温度传感领域的发展趋势之一。

自从DTS技术于1986年首次投入商业化运作以来，该项技术被广泛应用于众多需要确保安全可靠运作的领域，包括高压动力电缆的温度分布监测、加工厂热点探测与定位、低温气体储存罐漏气点的探测，和沿生产油井的温度分布监测等领域，可以说国民经济体系中所有跟温度相关的行业都可以看到DTS的应用。

尤其是在电网中，DTS正逐渐成为电缆载流量监测、电缆隧道火情监测等方面的常规手段。

2 DTS在电网中的应用

2.1 应用背景

电网中电力电缆的工作温度是非常重要的电力系统运行参数，这个参数直接关系到系统是否可以长期安全、可靠运行。通常来讲，要保障电力电缆正常运行，需要控制电缆芯表面的温度不能超过电缆绝缘层的耐受温度。如果电缆芯表面温度超过绝缘层耐受温度，轻则引起绝缘层的慢性老化，久而久之引起火灾甚至爆炸，重则在很短的时间内引起火灾，导致线路烧坏和大范围断电。无论那种情况，最终的结果都是线路损毁和大面积停电导致的重大财产损失。

为了保障电力电缆的完整性，运行中的电力电缆温度监测通常是通过在电缆表面安装温度传感器进行的。结合线缆绝缘层导热特性、环境温度等因素，进而推算绝缘层内表面（温度最高位置）的温度。该温度需要严格控制在绝缘层耐受温度以下。

以下两个因素，会导致整条线缆上不同位置绝缘层内表面温度各不相同。 1、电缆芯电阻分布不均匀

电缆芯制造施工过程会引入一些不可见的缺陷，如电阻率分布不均、结构裂纹等，导致电阻率的提高；另外，制作工艺差的电缆接头也会导致过热量增加。

2、环境因素

在电缆芯发热量一定的情况下，周围环境散热能力就成了影响电缆芯表面温度的直接因素，包括绝缘层导热系数、厚度、环境温度、电缆周围物质特性等。

下图是一条典型的短距离电缆温度（表面）曲线分布。

图1 电缆温度曲线分布图

考虑到电缆芯各处温度的各不相同，一方面，我们要保障电缆上最热的区域工作在合理范围之内，即载流量监控，另外一方面，我们也要监控电缆上的异常热点并进行针对性的监控和处理，即故障点火情监控。

电缆的额定载流量是由电缆绝缘的最高允许工作温度决定的，即由电缆线芯外表面的最高允许温度决定的，而电缆工作时，其导电线芯上表面的温度不仅与电缆所带负荷电流的大小密切相关，而且与电缆绝缘中的损耗、电缆的热传递特性以及电缆运行时的环境温度相关。对于已经投入运行的电缆、电缆结构和其它电缆的相位和空间关系，负荷的电压和频率等均已确定，电缆的总发热量仅和导体温度相关。目前，我们可以根据测温系统提供的电缆表面温度数值，加上电缆的散热系数和周围的敷设环境条件，建立护套表面温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系，对电缆的线芯温度进行反演计算，并与其允许温度进行比较，同时计算出电缆线路的实际负载率，及早发现电缆早期隐患，实现电缆本芯温度的非接触在线线诊断，全面提升电网的运行水平。

作为最优化电网输配电能力的一个手段，电缆温度监测应用正在迅速增长。 传统上，电网系统不会运行在极限设计负载。但是随着社会发展，对电力需求的不断增长，电网的负载会不断增加，并连接更多的设备和系统。尽管发生事故的可能性微乎其微，但是依然有一定数量的电网事故案例。而对这些案例的分析都显示，当时的电缆工作温度已经超过了它们最大极限工作温度，因此可通过电缆温度在线监测系统降低甚至彻底消除上述事故隐患。

事实上，电缆温度是无论电缆工作在正常状态或者极端状态下都必须进行监测的，并且必须达到一定的精度要求，这是为了能够计算和控制最大的电缆电流荷载能力。最佳也是最准确的温度评估方式必须基于对电缆中铜芯的直接温度监测。这将能够彻底消除任何外界不确定因素的影响。但是，由于技术局限和电缆生产工艺，这种方式仅仅在实验室进行测试和研究的过程中才可行。对实际工程可行的方式是将光缆埋入到铜芯外层，或铺设在电缆外部。无论如何，电缆发热点区域都必须加以关注，尽管发热点的位置会随时间变化而改变。

温度监测系统的输出可以和其它监测数据进行数据融合，进而在紧急情况下，预测和辅助处理电缆回路短时过载情况。

对电缆进行温度监测，会有如下益处： 延缓投资花费； 安全地增加回路载流量；

可以实现周期性的紧急状态评估； 驱动外部报警或其它应急系统；

发现热点（特别是事故隐患的电缆接头）和其它环境异常； 2.2 DTS产品的适用性

根据DTS技术的如下特点，DTS产品特别适合用来进行电缆的测温。 (1) 连续分布式测量

(2) 抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常的工作。 (3) 本征防雷。

(4) 测量距离远，适于远程监控。 (5) 灵敏度高，测量精度高。 (6) 寿命长，成本低，系统简单。

从DTS的起源上来讲，DTS技术的发明就是源于世界上的大型电缆制造商为了解决电缆的实时在线温度监测而专门研制的，针对性非常强。

3 DTS-2000产品介绍

3.1 DTS-2000技术原理

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