光纖測(cè)溫系統(tǒng)在煤礦供電系統(tǒng)的應(yīng)用

　　摘要:煤礦井下電纜或高低壓開關(guān)設(shè)備著火引發(fā)的重大火災(zāi)事故嚴(yán)重威脅煤礦安全，針對(duì)煤礦井下電氣火災(zāi)事故的主要原因及特點(diǎn),提出采用分布式光纖測(cè)溫技術(shù)對(duì)井下供電系統(tǒng)全方位進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警，甚至對(duì)于部分非一類重要負(fù)荷可在升溫幅度達(dá)到燃點(diǎn)之前給予斷電閉鎖的反饋控制方案。本文討論了光纖測(cè)溫系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)、實(shí)施方案，以及光纖測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)煤礦供電安全的重要意義。

　　關(guān)鍵詞：煤礦井下電氣火災(zāi),分布式光纖傳感器,溫度監(jiān)測(cè)

　　0引言

　　近年來，我國煤礦機(jī)電設(shè)備的使用數(shù)量逐步增多，供電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，線路長、分支多，電壓等級(jí)高、設(shè)備臺(tái)數(shù)多、功率大，沿線開關(guān)、接線盒等節(jié)點(diǎn)多的現(xiàn)實(shí)情況給煤礦供電系統(tǒng)帶來更大的火災(zāi)隱患。在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，很多固定敷設(shè)的纜線使用年限久，絕緣老化，電纜接頭接觸不良，加之缺乏有效巡檢和及時(shí)維護(hù)，容易引起漏電打火產(chǎn)生火災(zāi);另外高壓開關(guān)或接線盒腔體內(nèi)觸頭接觸不良，也容易引起電弧打火，設(shè)備內(nèi)部元件過熱引起電氣火災(zāi)。

　　以上這些都是煤礦電氣火災(zāi)的主要原因。光纖測(cè)溫系統(tǒng)是近來逐步發(fā)展起來的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場的新技術(shù)，可以連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖沿線十幾公里范圍內(nèi)各點(diǎn)的溫度，溫度采集點(diǎn)達(dá)上萬個(gè)，定位精度達(dá)到到1m，測(cè)溫精度可達(dá)±1℃，測(cè)溫范圍：-20℃到+150℃，非常適用于煤礦井下供電系統(tǒng)這樣的大范圍、惡劣環(huán)境、溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)多的場合。

　　1工作原理

　　目前常用的煤礦電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)方法主要有：人工紅外感應(yīng)槍巡檢、熱敏電阻式測(cè)溫系統(tǒng)和熱電偶式測(cè)溫系統(tǒng)。傳統(tǒng)測(cè)溫方法存在無法實(shí)時(shí)監(jiān)控、穩(wěn)定性差、絕緣性差、現(xiàn)場環(huán)境危險(xiǎn)、受電磁干擾大、采用模擬量傳輸損耗大、測(cè)溫精度低等缺點(diǎn)。分布式光纖測(cè)溫是指：綜合利用光纖的拉曼散射效應(yīng)(Raman)和光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)(OTDR)來獲得空間溫度分布信息的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　生活中的一些物理量，如溫度、壓力和張力，可以影響玻璃纖維并且局部地改變光纖中的光傳輸特性。由于通過散射可以使石英玻璃纖維中的光發(fā)生衰減，由此可以確定外部物理效應(yīng)的位置，使得光纖可用作線性傳感器。熱效應(yīng)在光纖石英固體中引起晶格振蕩。當(dāng)光落到這些熱激發(fā)的分子振蕩上時(shí)，光粒子和晶體分子的電子之間發(fā)生相互作用時(shí)的光散射，也稱為拉曼散射，與入射光不同，這種散射光的光譜位移量相當(dāng)于晶格振蕩的共振頻率。從光纖散射回的光包含三種不同的光譜：瑞利散射光，斯托克斯光和反斯托克斯光。

　　反斯托克斯光帶有很強(qiáng)的溫度依賴性，而斯托克斯光幾乎與溫度無關(guān)，光纖受外部溫度影響使光纖中的反斯托克斯光的強(qiáng)度發(fā)生變化，反斯托克斯光強(qiáng)與斯托克斯光強(qiáng)的比值可以用來標(biāo)定溫度，利用這一原理可以實(shí)現(xiàn)光纖沿途各點(diǎn)溫度場的分布式測(cè)量。

　　光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)即(OTDR)，其原理是：向被測(cè)光纖發(fā)出光脈沖，產(chǎn)生拉曼散射效應(yīng)，形成的背向散射光向后傳播至光纖的起始端(也就是光脈沖的注入端)，由于每個(gè)背向傳播的散射光都對(duì)應(yīng)光纖上的一個(gè)散射點(diǎn)，因此根據(jù)其傳播時(shí)間即可判斷出光纖上發(fā)生散射點(diǎn)的位置。光子數(shù)的比可通過其對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓的比值在實(shí)驗(yàn)中測(cè)到，另起始溫度為已知，所測(cè)溫度可通過計(jì)算得到。在實(shí)際應(yīng)用中,與傳統(tǒng)通過反斯托克斯與斯托克斯OTDR曲線的比值進(jìn)行解調(diào)的方法相比,該方法提高了相對(duì)靈敏度和測(cè)量精度。

　　2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)汁

　　在同步控制單元的觸發(fā)下，系統(tǒng)的激光器產(chǎn)生一個(gè)大功率光脈沖，經(jīng)光耦合器后進(jìn)入一段放置在恒溫箱中的光纖，用于系統(tǒng)標(biāo)定。然后進(jìn)入傳感光纖，傳感光纖將攜帶溫度信息的自發(fā)拉曼背向散射光沿原路傳回，通過分光耦合器分成兩束光，分別進(jìn)入兩個(gè)不同波長的濾波器，再分別濾出斯托克斯光和反斯托克斯光，通過光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再送入數(shù)據(jù)采集處理單元。在數(shù)據(jù)采集處理單元中，經(jīng)過信號(hào)放大、去噪、算法，最后輸出溫度值。

　　3系統(tǒng)的安裝方式

　　在王家?guī)X煤礦投入使用的DSC-DTSnK-XB型分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)針對(duì)井下幾種不同的測(cè)溫對(duì)象，進(jìn)行了相應(yīng)的光纜敷設(shè)方案設(shè)計(jì)。

　　3.1電纜接頭光纜敷設(shè)

　　煤礦井下的電纜接頭屬于纜線連接的薄弱點(diǎn)，極易發(fā)生短路或漏電過熱現(xiàn)象，針對(duì)電纜接頭人工制作比較粗大的特點(diǎn)，采用測(cè)溫光纜雙環(huán)纏繞方式固定在電纜終端及接頭處，可使其充分緊密接觸，對(duì)整個(gè)電纜接頭的溫度監(jiān)測(cè)更密集、更靈敏。

　　3.2電纜橋架中探測(cè)光纜的安裝

　　煤礦井下各類纜線在實(shí)際敷設(shè)過程中為了美觀和達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化要求，較多地采用橋架封閉安裝。這給電纜的散熱和人工測(cè)溫造成極大的不便，針對(duì)此類監(jiān)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，光纜安裝采用S型曲線方式鋪設(shè)，橋架中電纜的溫度就可以實(shí)時(shí)掌握。

　　3.3采用電纜鉤吊掛的電纜的溫度監(jiān)測(cè)方式

　　煤礦井下現(xiàn)場各類電纜往往通過電纜鉤成排吊掛，此時(shí)采取每根電纜緊密貼合布置一根光纜。

　　3.4高壓開關(guān)柜靜觸頭、母排溫度在線監(jiān)測(cè)

　　煤礦地面各變配電所高壓開關(guān)柜、井下防爆高開、移動(dòng)變壓器、組合開關(guān)、變頻器等箱體式電氣設(shè)備都可采用光纖繞盤固定的安裝方式，對(duì)特定危險(xiǎn)點(diǎn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

　　4結(jié)語

　　王家?guī)X煤礦在應(yīng)用光纖測(cè)溫系統(tǒng)后，在其井下15.7km巷道范圍內(nèi)，總計(jì)約57260m長的各類高低壓電纜沿途，共布置了6314個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)分布之廣、監(jiān)測(cè)信息量之大、傳輸距離之長是傳統(tǒng)測(cè)溫方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的。另外光纖測(cè)溫系統(tǒng)的本安性、耐腐蝕、耐高壓、抗電磁干擾性能特別優(yōu)異，并且能夠自動(dòng)檢測(cè)光纜斷點(diǎn)精確位置，為系統(tǒng)快速修復(fù)提供便利。

　　在安全和經(jīng)濟(jì)效益方面，光纖測(cè)溫系統(tǒng)有效解決了傳統(tǒng)煤礦電工因工作量大、疏忽大意、責(zé)任心不足等因素，造成的人工巡查不到位，火災(zāi)隱患發(fā)現(xiàn)不及時(shí)(往往等到冒煙時(shí)才能發(fā)現(xiàn))的巨大隱患，給煤礦大大節(jié)省了人力成本，提高了煤礦井下供電系統(tǒng)的安全可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]張?jiān)谛?劉天夫,張步新等.激光喇曼型分布光纖溫度傳感器系統(tǒng).光學(xué)學(xué)報(bào),1995;15(11):1585～1589

　　[2]林全德.淺談煤礦井下電氣火災(zāi)原因及其預(yù)防[J].能源與環(huán)境,2006,(4):110～111.

　　[3]李艷秋,曹鐘中,靳濤.電力電纜火災(zāi)監(jiān)測(cè)及防火預(yù)警系統(tǒng)的研制[J].華北電力技術(shù),2001,(2):23～24.

　　煤礦供電論文投稿刊物：《能源與環(huán)境》宣傳國家有關(guān)節(jié)能與環(huán)保方針政策、法律、法規(guī)，報(bào)道能源和環(huán)保工程開發(fā)和建設(shè);介紹節(jié)能與環(huán)保的新技術(shù)、新設(shè)備、新材料以及能源與環(huán)境工程科學(xué)管理與改革等動(dòng)態(tài)。深入貫徹《節(jié)能法》動(dòng)員全社會(huì)參與節(jié)能減排，增強(qiáng)低碳意識(shí)，建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)。

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