1 序言 　　電纜是發(fā)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(fā)生，據(jù)有關資料統(tǒng)計，近20年來，我國火電廠發(fā)生電纜火災140多次，其中1986~1992年7年間竟達75次。有24個電廠發(fā)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(fā)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(fā)生。例如，東北某發(fā)電廠因2#循環(huán)水電纜接頭過熱，引發(fā)電纜著火，燒損該電纜溝內所有電纜，造成電廠停機事故。據(jù)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(fā)了火災。又如，某發(fā)電廠兩臺200Mw發(fā)電機組，因一臺機組的循環(huán)水電纜接頭過熱引燃并燒穿了本機的另一條循環(huán)水電纜，同時燒損了另一臺機組的循環(huán)水電纜，造成兩臺200Mw發(fā)電機組被迫停機事故。1991年10月—11月，華北電網(wǎng)3座主力電廠接連發(fā)生低壓電纜著火，造成5臺200Mw機組停電。由上可見，電纜火災發(fā)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(fā)現(xiàn)，運行時間越長越容易發(fā)生過熱燒穿事故。由于從電纜接頭過熱到事故發(fā)生有一個過程，因此，通過對電纜在線過熱監(jiān)測完全可以防止和杜絕此類事故的發(fā)生。 　　2、光纖測溫的工作原理 　　光纖溫度測量技術于1981年由南安普敦大學提出，其基本原理是：向光纖中發(fā)射一個光脈沖后，光纖中的每一個單獨的點都將后向散射一小部分光，這一后向散射光包含有斯托克斯光和反斯托克斯光，其中，斯托克斯光與溫度無關，而反斯托克斯光的強度隨溫度的變化而變化，由反斯托克斯光與斯托克斯光之比和溫度的定量關系，可得溫度值T： 　　hΔf IS fO +Δf 　　T= ——- {ln（——）+ 4ln（————）-1} （1） K IAS fO—Δf 　　式中：h—普朗克常數(shù)（j.s）； 　　k—玻爾茲曼常數(shù)(j/k)； 　　IS—斯托克斯光強度； 　　IAS—反斯托克斯光強度； 　　fO—伴隨光的頻率(1/s)； 　　Δf—拉曼光頻率增量(1/s)； 　　K—絕對溫度。 　　利用入射光和后向散射光之間的時間差Δti和光纖內的光傳播速度CK，可以計算不同散射點的位置距入射端的距離Xi，因而可以得到光纖沿程幾乎連續(xù)的溫度分布，Xi可按下式計算： 　　Δti 　　Xi=CK —— （2） 　　2 　　式中：Ck—光纖中的光傳播速度（m/s）； 　　Δti—后向散射延遲時間（s）。 　　為實施光纖沿程各點溫度的分布測量，必須同時確定后向散射各點的位置和與之相對應的溫度。實施這些測量所必需的測量裝置為：a，嚴格校準和功率強大的光源（激光）；b，傳輸和傳感光纜；c，確定溫度分布的處理單元，這些測量裝置構成了DTS系統(tǒng)。 　　3、csts系統(tǒng) 　　csts系統(tǒng)是在DTS系統(tǒng)基礎上，針對電纜安全監(jiān)控進行軟件二次開發(fā)形成的。用DTS系統(tǒng)實時監(jiān)測電纜溫度變化過程，在日本、德國等幾個工業(yè)發(fā)達國家已有應用實例，并取得了良好的效果，通過連續(xù)測量電纜及電纜接頭溫度情況，可以預測電纜過熱故障及預警電纜火災發(fā)生。由于光纖抗電磁干擾和輻射，用于高壓電纜監(jiān)測更為合適。軟件二次開發(fā)后，csts系統(tǒng)的主要功能如下： 　　（1） 實時數(shù)據(jù)采集：從監(jiān)控電纜逐點實時采集溫度，形成實時數(shù)據(jù)庫； 　　（2） 實時數(shù)據(jù)顯示：顯示電纜當前采集得到的實時溫度； 　　（3） 超溫報警：根據(jù)用戶要求設置報警和預警溫度，并可對被監(jiān)控電纜按段設置不同分區(qū)，每個分區(qū)可以任意設置報警值，對不同的部位進行不同標準的監(jiān)控； 　　（4） 升溫速率報警：對被監(jiān)控的電纜達到用戶要求設置的升溫速率預定值時，可以報警、指出報警電纜處位置、數(shù)據(jù)儲存和打印； 　?。?） 歷史數(shù)據(jù)顯示：用戶可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢得到電纜某時某刻溫度、某天電纜某點的溫度、某時段電纜某點的溫度、某天電纜最高溫度及某時段電纜某點的最高溫度； 　?。?） 特性曲線顯示：包括某時某刻電纜溫度分布曲線、某天電纜某點的溫度變化曲線、某時段電纜某點的溫度變化曲線、某天電纜最高溫度分布曲線和某時段電纜某點的最高溫度變化曲線； 　　（7） 遠程監(jiān)控診斷和維修：通過因特網(wǎng)，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的遠程監(jiān)控、診斷和維修等。 　　4、 工程應用 　　秦山核電公司有一條6000V的高壓電纜，長度約1Km、帶有接頭，鋪設在電纜槽溝內，因負荷較大，該電纜溫度較其他電纜高。為了避免溫度過高，造成電纜、尤其是接頭處的短路、爆炸等事故產(chǎn)生，經(jīng)研究，決定采用csts系統(tǒng)對其進行監(jiān)控。 　　在2001年12月，把特制的傳感光纜鋪設在待測電纜上方，為提高監(jiān)測的精度，以準確地獲得被測電纜上各點的溫度情況，須將傳感光纜梆扎在電纜上，讓二者緊密接觸。2002年3月，又安裝了DTS 系統(tǒng)的主機和外圍設備，連接了傳感光纜，開通了DTS系統(tǒng)，并設置了預警溫度。由于高壓電纜較長，并有幾個接頭，因此對該電纜設置了8個區(qū)域，即電纜在配電房內為第1區(qū)域，配電房與接頭1之間為區(qū)域2，接頭1為區(qū)域3，接頭1與接頭2之間為區(qū)域4，接頭2為區(qū)域5，接頭2與接頭3之間為區(qū)域6，接頭3為區(qū)域7，接頭3之后為區(qū)域8。圖1為分區(qū)監(jiān)控的顯示界面。 圖1 分區(qū)監(jiān)控的顯示界面 　　圖2為2003年7月25日17點電纜溫度分布曲線，從中可以清楚地看到當時整條電纜的溫度分布情況，二端溫度低，是電纜在室內部分；中間有若干個低谷，是電纜通過馬路部分；其余處于電纜槽溝內，由于日照的影響，致使溫度升高；326m附近有溫度高峰，據(jù)查，該處有一個接頭，其溫度明顯偏高，表明該接頭質量并不理想，存在一定問題； 圖2 2003年7月25日17點電纜溫度分布曲線 　　圖3為2003年7月18日—7月27日接頭2的溫度變化過程線，由該過程線可以看到、接頭2的溫度是規(guī)律性變化，下午16時溫度最高，而上午7時溫度最低； 圖3 2003年7月18日—27日接頭2的溫度變化曲線 　　圖4為2003年7月18日—7月27日接頭2的最高溫度分布直方圖，從該圖可以發(fā)現(xiàn)，在7月18日—7月27日期間，接頭2最高溫度在25日以前呈上升變化趨向，25日以后溫度又驟降了近10ºC，這期間，7月25日接頭2達最高溫度50ºC。 圖4 2003年7月18日—7月27日電纜接頭2的最高溫度變化曲線 　　結語 　　通過對秦山核電公司高壓電纜過熱實時監(jiān)控的實踐表明，csts系統(tǒng)不僅能夠得到電纜的實時溫度分布，及時發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，還能超溫報警和升溫速率報警，并自動生成電纜的各種溫度特性曲線。系統(tǒng)能將采集得到的數(shù)據(jù)、曲線進行實時顯示，并形成數(shù)據(jù)庫，以供用戶查詢。 　　由于csts系統(tǒng)可以精確量測光程沿線各點的溫度，信息密度大；可以及時發(fā)現(xiàn)故障位置，數(shù)據(jù)可靠；施工方便，性價比合理；光纖抗電磁干擾和輻射，使用壽命長。因此是一種理想的電纜過熱監(jiān)控系統(tǒng)，可廣泛應用于發(fā)電廠和變電站的電纜過熱監(jiān)控中，也可以應用于地鐵、船舶、石油平臺、銀行和大型圖書館等重要場合的電纜過熱監(jiān)控中。