分布式光纤测温系统

分布式光纤温度监测系统型号：CTM4000德国技术激光器15年免维护产品样本（2006版）国内主要用户：北京电力公司杭州电力公司厦门电业局宁波电力公司连云港核电站北京兴迪仪器有限责任公司2目录1应用领域2测量原理2.1拉曼散射2.2测量原理3系统组成4系统整体性能和特点5系统技术规范5.1系统主要技术参数5.2控制器OTS5.2.1主机5.2.2电气参数5.2.3光的连接器5.3感温光缆5.3.1外敷设式光缆5.3.2内嵌式光缆6多路光纤转换开关（可选件）7中文操作软件CHARON_02增强版8系统网络(可选件)9计算机和打印机10安装附件11国内电力行业用户典型应用举例3分布式光纤温度监测系统型号：CTM4000目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。随着光纤应用技术的发展，基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统是目前世界上最先进、最有效的连续分布式温度监测系统。CTM4000型分布式光纤温度监测系统，由北京兴迪仪器有限责任公司引进德国先进核心技术成套生产，并提供整套系统的安装，调试和售后服务。已得到国内用户的广泛认可。截止到2005年底，已经应用在北京电力公司220kV电缆，回路长9.7公里，杭州电力局12根220KV电缆，厦门电业局10/110/220kV电缆，宁波电力局220kV电缆，连云港核电站220KV电缆的温度监测上。同时向厦门电业局提供电缆载流量计算软件，实时提供电缆的负荷率和载流量预测。在中国的高速公路隧道，过江隧道，办公大楼防火等领域也有50多套正在使用中。在全世界范围内共有约2500套系统投入使用。1应用领域1)电力电缆温度监测电力电缆的在线实时温度监测，具有重大现实意义:‹运行状态监测，有效监测电缆在不同负载下的发热状态，积累历史数据；‹载流量分析，可以保证在不超过电缆的允许运行温度的情况下，最大地发挥电缆的传输能力，降低运行成本；‹老化监测，发现电缆上的局部过热点。及时采取降温措施，延缓电缆老化速度；‹实时故障监测，发现电缆运行过程中的外力破坏；‹电缆沟内火情监测与报警；42)高压架空线的增容在欧洲还广泛应用于高压架空线的增容监测。通过对关键跨的导线温度监测，提高整条架空线路的输送容量。在法国里昂，巴黎等地具有成功实例。3)发电厂，大型冶金企业电缆沟防火及火情监测电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行。根据电力事故分析，由于电缆故障引起的火灾事故占相当大比例。火灾一旦发生，会导致大面积电缆烧毁，机组被迫停机，造成重大直接经济损失。实时温度监测可以提前预警，以便及时采取措施。传统的测温方法是将某些点式温度传感器安装在电缆沟的重要部位，用光缆进行温度数据传送，其优点是比较经济，但存在安装繁琐，抗电磁干扰能力低，监测不完整等缺点。4)交通运输领域的温度监测和火情监测如：高速公路隧道、过江隧道，地铁、铁路、机场、船舱等防火，火情监测。10个报警输出，可同时启动强制通风，关闭火灾通道，通知医疗救援和指挥中心等。5)重要区域的温度测量和监控如：发电厂电缆沟/桥架、电厂锅炉、变电站设备、输煤系统传输带、计算机房、电视台、通信机房、移动基站、控制机房、电线电缆通道等。6)危险区域的温度测量和监控（设备简单、无外加电源，受监控的区域不带电）如：油罐、气罐、煤仓、危险品仓库等。7)大面积、大范围的温度测温和监控如：粮仓、冷库、货仓、造纸厂、酒厂、制药厂、饮料厂、烟厂等。8)压力容器表面温度测量和监控如：气化炉、反应罐等。9)大型电力变压器内部温度监测根据变压器的温度监测要求布置光缆，光缆所到之处，温度实时显示。52测量原理2.1拉曼散射光纤温度测量技术基于拉曼散射的物理效应。光波导由搀杂的石英玻璃制成，石英玻璃由SiO2分子组成，热使分子晶格产生振动，如果光照射在受热激发而振动的分子上，声子和这些分子的电子之间会发生相互作用。因此光在光波导中会发生散射，这种效应就是拉曼散射。和入射光激发晶格谐振的频率相比，散射光的谱线频率发生了位移。反斯托克斯线的强度和温度有关，斯托克斯线和温度无关,使用光波导内一点的反斯托克斯光和斯托克斯光强度的一种关系式，即可得到这一点的温度。2.2测量原理拉曼散射光的分布式测量要求有一个背光散射过程。最著名的背光散射过程就是OTDR(OTDR:光时域反射测量技术)。使用这种技术可以定位光纤断开的位置，对接头和插头进行评价和定位，定位使用玻璃纤维材料的衰减特性（瑞利散射）。OTDR的测量过程是发射激光脉冲，通过检测光脉冲的发射和返回的时间差决定光的散射水平和位置。与瑞利光相比，拉曼散射光测量显示的背光信号只是千分之一左右，使用OTDR技术的分布式拉曼温度传感器使用高性能脉冲激光源和快速信号平均技术。6本系统采用OFDR技术，通过傅利叶变换得到OTDR图谱。该技术已被德国厂家注册为专利技术。与OTDR相比，OFDR技术大大降低了对于激光器能量的要求，本系统不再使用固体激光器，而改使用半导体激光器，使激光器的寿命大大增加。下图显示了拉曼温度测量系统的组成。温度测量系统由控制器和作为线形温度传感器的玻璃光纤（光波导）组成，而控制器由激光源、光器件、微处理单元组成。系统内部由三个通道组成，两个测量通道(反斯托克斯和斯托克斯)和一个参考通道，这些背光散射的幅值和各点的拉曼散射光的强度成比例，从两个测量通道得到幅值的关系即可得到沿传感器电缆的光纤温度。经国家级试验室进行比对试验，光纤测温系统的测量结果与现场标准温度计测量结果进行比对，其测量误差在±1℃光纤测温系统测量值℃29.534.040.543.551.053.060.565.071.074.5标准温度计测量值℃30.035.040.045.050.055.060.065.070.075.073系统组成温度监测系统CTM4000组成如下：•感温光缆•多路光转换开关（可选件）•带激光光源的控制器•测温软件•计算机及打印机•现场安装和技术服务4系统整体性能和特点z系统测量的空间分辨率可选:0.5米，1米，1.5米，且不随监测长度变化z系统的温度精度高：±1°C冰水0°C现场校准图（厦门）8z系统采用OFDR频域反射技术，半导体激光源的工作寿命长达20年，系统具有更高的可靠性z系统使用半导体光学开关，使用寿命大于20年z系统可以分128个区，每个区域可以独立报警z具有自主软件/硬件研发能力，可以满足用户特殊的系统功能要求和组网要求z拥有自己的施工队伍，有内置和外敷光缆的现场经验5系统技术规范5．1系统主要测量参数测量范围：2/4/6/8/10/15km长度分辨率：0.5/1/1.5/3m温度测量精度：±1°C测量方式：单端测量供电：直流供电22…30VDC功率消耗最大50W24VDC或交流供电85-264VAC,47-63Hz输入电流230VAC;0.45Atyp.使用条件（主机部分）：温度0°C～40°C相对湿度≤95%(无凝结)5.2控制器OTS5.2.1主机OTS测量设备为德国进口设备，是CTM测温系统的核心设备。嵌入在19”机架内，3U高。电缆从仪器的后面板连接。尺寸HxWxD13.5cmx44.9cmx31.5cm重量10.2kg24V直流：测量装置供电要求24VDC,功率100W.电流安全级A.RS-232：通讯电缆与RS232端口相连9TCP/IP通讯输出：10个继电触点作为输出端口。将报警信号输送到最多10个不同监控点输入：4个光隔离24V输入端。所有电缆连接在仪器后面板OTS主机控制器前面板ALED’s操作电源,激光开,故障BLED’s通讯RS232传输,RS232接收,因特网接收,因特网工作CLED’s开关触点输入,输出DLED报警报警工作ELED超保护回路关闭F主开关开关触点输出复位10控制器后面板5.2.2电气参数与24VDC电源连接连接器类型Sub-D15-pin.MalePins1-6OVDCPins7-8GroundPins9-15+24VDC与RS-232通讯连接连接器类型Sub-D9-pin,malePin1DCDPin2*RxDPin3*TxDPin4DTRPin5*SignalGroundPin6DSRPin7*RTSPin8*CTSPin9RI*要求的连接,符合相关协议通讯参数：硬件信号交换:RTS/CTS波特率19200无奇偶,8data,1stop输出连接–继电器触点连接器类型Sub-D25-pin,femalePins1,14Out111Pins2,15Out2Pins3,16Out3Pins4,17Out4Pins5,18Out5Pins6,19Out6Pins7,20Out7Pins8,21Out8Pins9,22Out9Pins10,23Out10Pins11,12,13,24,25n.c.触点的电气运行数据:断开功率最大60W开关电压最大45VDC/35有效值开关电流最大2ADC接触电阻50mΩ输入连接:光隔离24V输入连接器类型Sub-D9-pin,femalePin1In1Pin2In2Pin3In3Pin4In4Pin5,6,7,8,9Ground输入电压24V,level,activeLOW输入阻抗2kOhm5.2.3光的连接器采用软电缆连接方式连接器类型E20008°对角截面光纤62.5/125µm光缆5.3感温光缆根据测温目的的不同，光缆敷设方式的不同，我们提供多种型式的感温光缆供用户选择（见下图），比如，用于火情监测时，光缆带钢丝铠装，耐温可达上千度，以下介绍，一种标准感温光缆的技术规范：12标准感温光缆包括2根型号为多模GI62.5/125µm的独立光纤,填充憎水性材料保护光纤，黑色或红色，带长度计米标志，直径5.6mm±0.2mm。感温光缆通过倾斜接地连接器与激光源连接，连接器在连接前必须迅速用酒精清洁和进行破损检查。光缆截面图：OutersheathingStrainreliefAramindOpticalfibers(2GI62.5/125)Polymertube,gel-filled技术参数如下：光纤型号：GIfibre62.5/125光纤数：2数值孔径：0.275±0.02光纤特性：光谱衰减:≤2.7dB/km(850nm)≤1.6dB/km(970nm)≤0.5dB/km(1300nm)带宽:≥440MHz(850nm)≥300MHz(970nm)≥200MHz(1300nm)光缆重量：30kg/km最小弯曲半径：60mm(无拉力)80mm(带拉力)最大拉力：400N(长期)800N(短期)最大抗压力：400N/cm重复弯曲次数（100N）：500次（半径50mm）外护套材料：阻燃材料，黑色或红色外护套绝缘性能：5000VDC温度范围：-25°C到+70°C（运输/存储温度）-25°C到120°C（电缆温度监测）600°C以上（火情监测）13光缆标准：EN18700,IEC60754,IEC60332-1,IEC61034-1,IEC61034-2,IEC60754-2光纤标准：IEC607935．3．1外敷设式光缆5．3．2内嵌式光缆6多路光纤转换开关（可选件）FS光开关是一种光路控制器件，起着切换光路的作用。多路感温光缆在控制室和光纤转换开关相连，使检测系统可巡回检测多路检测对象。FS光开关为半导体光学式，通过改变半导体的输入电压来改变激光的反射方向。避免了机械式光开关带来的机械磨损和寿命短等问题。半导体光学式光开关的理论使用寿命可以达到20年以上。但目前此类开关的最大通道数为8通道。147中文操作软件温度监测软件已有5年以上的使用经验，它是强大而可靠工具，该程序使用方便，简单有效。具有以下特点：z全中文软件，操作简单z实时显示电缆线路上的温度分布曲线z实时显示各点温度随时间变化的曲线z对测量区域在长度上进行分区，最多可分成128各区，分区监测z对一些区域进行局部重点监测z不同的区域,独立报警z每个区域可独立设置3个报警参数测量区域划分原则一般为：z被监测物体结构发生变化的z被监测