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山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案1一、系统设计准则1.1设计目标实时在线的洗煤厂主厂房内动力电缆温度监测，洗煤厂安全运营提供安全保障；提供主厂房内动力电缆温度异常点；清楚指示温度异常点位置，动力电缆薄弱位置判定提供依据；1.2设计原则本系统严格按国家相关法律、法规、消防管理条例和相关规范、标准进行设计，保证系统设备的可用性和可靠性。本系统所选用设备均满足并且优于国家相关产品标准，通过国家规定的各项强制性认证。系统符合中国有关法律法规，符合消防管理条例和标准。系统设计选用产品全部获得中国国家规定的各项强制性认证。遵照安全第一、预防为主的原则，系统严格保证设备可靠性和系统可靠性。系统具有先进性和适用性：系统的技术性能和质量指标均达到国际先进水平，且在安装调试、软件编程和操作使用各方面均简便易行，并适合项目特点，达到最佳的性能价格比。在系统细化设计时明确与总监控系统之间的接口界面，且系统的各项技术指标均符合相应要求。在系统设计时尽量优化设备配置，考虑整个系统的统筹配置，避免设备的重复购置和管线的混乱局面。山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案21.3设计依据GB/T21197-2007线型光纤感温火灾探测器GB50229-2006火力发电厂与变电站设计防火规范IEC144低压开关和控制设备的外壳防护等级GB50217-2007电力工程电缆设计规范GB50166-92火灾自动报警系统施工及验收规范GB50116-98火灾自动报警系统设计规范GB50058—92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50168－2006电气装置安装工程施工及验收规范GB4942.2—85低压电气外壳防护等级GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范GB50057-94（2000）建筑物防雷设计规范GA173-1998计算机信息系统防雷保安器GB8566－88计算机软件开发规范GB8567－88计算机软件开发文件编制指南GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范GB2423电工电子产品基本环境试验规程GB4890电气设备抗干扰特性GB7450电气设备雷击报护导则GB/T17626.2-1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.12-1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案3度试验相关的安装工程质量检验评定标准。其它与本合约工作内容有关的国家、地方或国际标准。二、项目概述斜沟选煤厂作为一个现代化大型选煤厂,主厂房内分布着大量电缆桥架和动力电缆,这些电缆的正常运转直接关系着选煤厂的安全生产。为了洗煤厂的安全运营，经过实地考察，我公司建议在选煤厂一期和二期主厂房变电所内分别设置一套分布式光纤测温系统，对一期主厂房里电缆桥架内的电缆和二期主厂房里电缆桥架内的电缆进行实时温度在线监测，对各被监测对象的温度异常点进行准确定位、提前预警，还可以指导检修工作，为电缆的安全运行提供有效保障。“责任重于泰山，要防患于未然”，我们正是遵照这种思想，对线型光纤感温监测报警系统在洗煤厂里的控制电缆及动力电缆运行温度监测进行深入的研究，通过对厂房内电缆各个部位温度和火灾发生前的实时在线监测，做到将事故消除在萌芽状态。确保洗煤厂各个系统的安全运营、节能运作，确保人身安全和国家财产的安全，提高洗煤厂整体运营的经济效益。这套光纤测温系统由光纤探测系统控制器（光纤测温主机）、探测光缆、相关软件以及其他必要的配件组成。主要改造内容为：斜沟选煤厂一期、二期主厂房内每层电缆桥架分别铺设一根感温光缆。我们在选煤厂一期和二期主厂房变电所内各安装1台2km、4通道光纤测温主机，最后通过一套集控系统把两台主机的山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案4测温数据统一上传到集控室的监控中心，进行统一监控。三.分布式光纤测温系统测量机原理3.1测量原理分布式光纤测温系统（DTS）中光纤既是传输媒体又是传感媒体，主要由光纤测温主机及感温光缆组成。依据不同的监测环境选用不同类型的感温光缆。测温控制主机可通过PC机在WINDOWS环境下由工程师调试编程完成，设定区域长度及报警点以及系统校定等均可采用Windows软件来完成。测温主机可在显示器上实时显示光缆的温度轨迹，报警信号能突出显示，并能确定及显示光缆受损点实际位置。分布式光纤传感系统（DTS）是利用激光在光纤中传输能够产生背向散射，在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生背向拉曼散射，即反斯托克斯光和斯托克斯光，其中背向反斯托克斯光的强度会受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变。依据背向反斯托克斯光强度的解调，产生了拉曼型分布式光纤测温系统（DTS）。山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案5分布式光纤测温系统是通过将散射回来的拉曼光波经波分复用、光电转换、放大、解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来；并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。该设备探测无盲区，每10秒种即可通过数千个温度点对长达数千米的光缆进行测量，并获得一个精确的温度分布。分布式光纤测温系统的原理图如下所示：入射光布里渊狭带布里渊狭带拉曼“斯托克斯”光拉曼“反斯托克斯”光拉曼狭带波长山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案6分布式光纤测温系统原理示意图3.2系统的组成结构系统的组成结构框图根据前面理论知识的可知，光纤所在区域的温度信息与反斯托克斯的光功率有关，并通过反斯托克斯光与斯托克斯光的比值来解调出温度。分布式光纤测温系统可划分为四个子系统：控制触发子系统，光信号采集子系统，光电转换子系统和电信号处理子系统。控制触发子系统是指同步脉冲发生器，产生具有一定宽度和重复频率的脉冲；光信号采山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案7集子系统主要是由脉冲激光器，光波分复用器和传感光纤构成。脉冲激光器需要产生脉宽较窄且功率较大的光脉冲，光波分复用器集成了薄膜干涉滤波片，能够滤出斯托克斯和反斯托克斯这两种特定波长的光；光电转换子系统是由光电检测器和主放大器组成，把微弱光信号转换成适合数据采集卡处理的电压信号。光电检测器一般采用具有内部增益的雪崩二极管(APD)，主放大器一般由多级组成，要求宽带，高增益，低噪声；电信号处理子系统由数据采集卡和计算机组成，数据采集卡要有较高的数据采集速度和采集位数，从而有效的进行数据累加和平均处理。3.3系统的测量机原理计算机控制同步脉冲发生器产生具有一定重复频率的脉冲，这个脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大功率光脉冲，同时向高速数据采集卡提供同步脉冲，进入数据采集状态。光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在光纤中各点处产生后向散射光，返回到波分复用器。后向散射光通过薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经波分复用器的令外两个端口输出，并分别进入到光电检测器(APD)和主放大器中进行光电转换和放大，将信号放大到数据采集卡能够有效的采集范围上。此时数据采集卡将传感光纤各点散射回来的光电信号进行采集和存储，产生一条光纤温度曲线，并等待后续光脉冲产生的散射光电信号进行累加和平均等数据处理。最终由计算机通过编译好的软件进行温度解调和显示。山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案83.4分布式光纤传感系统特点(1)快速性：系统测温、定位速度非常高。为了提高测量时间，宁波振东光电有限公司采用了高速数据滤波技术，以解决海量数字滤波优化问题；系统主机内的激光发射装置每秒钟发射上万次的光脉冲，并将取样温度的平均值输出到显示系统，基本消除误差。(2)分布特性：分布式光纤传感系统为分布式光纤测温系统，可提供连续动态监测长达十几公里范围内每隔0.5米各点的温度变化信号，可任意设置各级温度报警值。(3)先进性：该系统是世界上目前性能指标最高、功能性最强、可靠性最高、技术最先进的产品。采用的光元器件是通过纳米技术生产出来的进口器件。(4)准确性:该系统的取样间隔0.5m，温度分辨率0.1℃，温度精度±1℃；定位精度达±0.5m。(5)灵活性:分布式光纤传感系统是在线监测方式；监测范围内任何一点的报警信号上传至综合监控系统的时间不大于30秒；本系统的主机可提供继电器接口（无源干接点）在火灾报警控制器上进行报警，可按区间提供一组干接点报警信号；山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案9监测系统提供的是一个连续的动态监测信号,系统可设置多级温度点报警即系统支持多级报警，如40℃预报警,50℃采取措施等，并且可以根据环境不同进行报警点温度参数设定；为避免误报发生，针对事故发生前的温度变化率大的特点,在报警设置中可设置温升速率进行监测,当监测到温升速率大于该值时发出报警信号,并提供相应的信号输出；多种报警条件，只要满足一条，系统就会立即产生报警。可根据现场要求对取样间隔进行调整，最短取样间隔为0.5米；报警控制区可编程,并可按照用户的要求进行灵活设计，每一系统可针对环境变化可设置每公里不小于300个不同报警控制区域。针对地铁的特殊需求，系统可将每50米设置为一个分区，当某一分区出现异常情况时，DTS系统会自动将此分区报警信息（如位置、报警类型、温度值等）打包上传至地铁集中监控系统。(6)兼容性：分布式光纤传感系统的主机为开放通信协议，提供与工作站联接的通信接口，在中央控制室防灾报警工作站以汉化的图文方式显示温度曲线、报警位置、报警温度等全部信息；系统可以通过RS232、RS485、内置继电器、RJ45或其它工业协议等输出形式与PC、消防报警系统等其它控制设备进行连动，进行声光报警，信号输出准确、完整；分布式光纤传感系统可根据不同报警区分段、分级输出信号，以适应不同控制盘的需要；(7)安全性：山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案10系统软件授权管理，安全可靠；用户可以对系统今后的升级和维护进行更新；分布式光纤传感系统具备安全记录功能，可储存系统运行以来的所有历史数据，并可使用便携式计算机下载有关数据；如果光纤受损，系统可以定位受损点，具有自诊断功能，并通过光纤熔接机对其进行熔接，这对于有效的实施在线监测是非常重要的；激光安全等级符合Class1M（激光暴露时对人体完全无伤害）；探测光纤本征安全、可靠，采用光信号，不会与电之间产生相互电磁干扰。3.5光纤测温系统与传统传感器比较光纤测温系统与传统传感器比较具有许多天然的优势，主要包括：(1)连续分布式测量分布式光纤传感器是真正的分布式测量，可以连续的得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低。同时实现实时监测。(2)抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常的工作。光纤本身是由石英材料组成的，完全的电绝缘；同时光纤传感器的信号是以光纤为载体的，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。(3)本征防雷。雷电经常破坏大量的电测传感器。光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。(4)测量距离远，适于远程监控。光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情山西华通电力有限公司斜沟选煤厂感温光缆设计方案11况下，可以实现几十公里的远程监测。(5)灵敏度高，测量精度高。理论上上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，实际已成熟的产品也证明了这一点。(6)寿命长，成本低，系统简单。光纤的材料一般皆为石英玻璃，其具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。四.系统方案设计4.1应用范围斜沟洗煤厂一期、二期主厂房内所有电缆实时温度监测。4.2光纤测温系统选型为了有效监测斜沟洗煤厂一期、二期主厂房内所有动力电缆实时温度，为了为本工程推荐的火灾监测与报警系统是由山西华通电力公司的ZD-2型光纤测温主机、线型光纤差定温火灾探测器（以下简称感温光纤）和监测软件。这套火灾检测和报警系统具有性能稳定、寿命长、适应环境宽、价格适中等优点，是最早通过沈阳消防监督中心型式检验的产品。