北海路电缆隧道10千伏电缆线路在线监测系统技术方案.doc

北海路电缆隧道10千伏电缆线路在线监测系统技术方案曹春耕2014/8/15上海森首科技股份有限公司目录一 概述61.1 工程概述61.2 企业及产品7二、系统设计准则92.1 设计目标92.2 设计原则92.3 设计依据11三、测试原理123.1 利用光纤拉曼散射测试原理的分布式光纤感温技术123.2光纤光栅传感器技术133.3 拉曼散射技术与光纤光栅技术的区别14四、系统结构154.1 系统整体设计方案154.2 系统组成154.3 传感器分布图174.4中继站机柜配置图174.5软件清单17五、分布式光纤测温及载流量分析子系统185.1 DTS测试系统（略）185.2 光纤光栅电缆测温包185.3 载流量分析系统22六、电缆护层绝缘监测子系统236.1 技术背景236.2 高压电缆护层绝缘监测子系统测试原理236.3 光纤光栅电流传感器246.4高压电缆护层绝缘监测子系统性能特点27七、电缆隧道火灾报警系统287.1系统概述287.2系统构成287.3技术指标297.3.1系统指标297.3.2光纤光栅温度传感器317.3.3信号处理器技术指标327.4系统特点34八、积水监测报警及排水子系统368.1系统概述368.2积水监测报警系统构成368.3积水监测报警系统技术指标368.4积水监测报警系统特点378.5自动排水系统（联动机构）37九、隧道甲烷气体监测报警子系统429.1系统概述429.2系统构成429.3技术指标439.4系统特点43十、隧道结构健康监测4510.1系统概述4510.1系统构成4610.3监测内容4610.4结构安全评估预警系统的主要功能47十一、电缆隧道视频监控4811.1视频监控系统概述4811.2系统基本构成4811.3系统性能要求4911.4功能要求5111.5安装、维护、抗干扰要求5311.6摄像头主要技术参数5511.7实施方案56十二、改造原有电源控制箱5712.1电缆隧道供电方案5712.2电源供电基本要求5712.3电源供电布设施工方案58十三、防盗系统59十四、应急对讲系统6014.1系统设计原则6014.26014.3系统组成6214.4系统特点63十五、中继站6415.1站点概述6415.2站点硬件部分构成6415.3站点界面（软件介绍）64十六、远端服务器7116.1服务器概述7116.2监控中心硬件构成7116.3监控中心软件功能介绍7116.4监控中心软件界面72十七、工程要求8217.1传感器系统安装规范8217.2 DTS电缆布线要求8617.3 DTS感温光缆安装要求8617.4机房与传感器分布8817.5中继站软件安装要求8817.6服务器软件安装要求8817.7施工指导8817.8设备贮运8917.9系统施工要求8917.10施工注意事项8917.11施工方案图纸90十八、培训及售后服务9118.1培训9118.2售后服务92十九、工程预算9419.1主材物料清单9419.2工程人、机、辅材9419.3其它费用94附录95一 概述1.1 工程概述工程名称：北海路电缆隧道五杨线2回路、王建安线电缆隧道2回路、植物园文上金线2回路110千伏电缆线路-在线监测系统。工程概况：北海路电缆隧道五杨线2回路、王建安线电缆隧道2回路、植物园文上金线2回路110千伏电缆线路。电缆采用64/110kV，YJLW03-Z，500，无阻燃，无阻水电力电缆，全线共需敷设电缆2km6根。全线沿电缆隧道敷设，且沿线隧道内电缆线路众多。其中，王建安线电缆隧道积水比较严重，电缆隧道砼基础由于长期受重压力，致使砼基础面裂纹、裂缝、渗水现象严重；电缆隧道内长期存有积水，严重威胁电缆线路安全运行。有的电缆隧道因常年积水，降低了电缆的绝缘性能，引起电缆放炮，严重影响电厂的安全运行。本工程应用光纤传感技术实现线缆温度、电流在线监测，实现接地电流在线监测，应用光纤光栅火灾探测链路实现隧道环境温度在线监测，并且应用光纤光栅液位传感器实现隧道积水在线监测和报警、应用光纤光栅火灾探测链路对隧道火灾实现监测和报警、应用光纤气体传感器实现有毒气体监测和报警、应用湿度传感器实现空气湿度监测、应用光纤振动、位移传感器实现防侵入监测和报警。同时，应用光纤光栅隧道结构健康监测，对隧道进行防外破监测。l 隧道内设置1套DTS光纤电缆温度在线监测子系统，每相电缆上敷设1根感温光纤，实时监控电缆线路表皮温度变化；l 隧道内设置1套光纤光栅电缆测温包在线监测子系统，每相电缆上每隔50米敷设1个光纤光栅电缆测温包，实时监控电缆导体温度变化；l 隧道内设置1套光纤主干电流在线监测子系统，每相电缆上安装一套光纤光栅电流互感器，实时监控电缆线路电流变化；l 隧道内设置1套光纤接地电流在线监测子系统，每根接地线上安装一套光纤光栅电流互感器，实时监控接地电缆线路电流变化；l 隧道内设置1套隧道火灾在线监测报警子系统，沿着隧道方向在隧道顶部安装一套光纤光栅温度传感器链路，实时监控接地电缆隧道温度变化；l 隧道内设置1套隧道积水液位监测报警子系统，沿着隧道方向在隧道排水沟底部安装一套光纤光栅液位传感器，实时监控电缆隧道排水沟液位变化；l 隧道内设置1套有毒气体监测报警子系统，在隧道内选取30个点安装一套有毒气体传感器，实时监控电缆隧道有毒气体分布情况；l 隧道内设置1套湿度监测子系统，在隧道内选取30个点安装一套湿度传感器，实时监控电缆隧道湿度分布情况；l 隧道内设置1套光纤防入侵监测报警子系统，在隧道内选取入口处及电缆接头处，布设30个点安装一套振动+位移传感器，实时防入侵监控电缆隧道情况；l 隧道内设置一套隧道结构健康监测系统，在隧道内安装位移、倾斜、加速度、应变、水准仪，实时监测隧道健康状态。通过集成以上各子系统，实现多种参数数据耦合，实现在线实时监测电缆工作状态，保障电缆安全运行，通过进行趋势分析，为维护工作提供指导。为避免事故争取时间，同时减少了运行维护人员的工作量和难度，有利于及时发现事故及隐患。1.2 企业及产品为沙北海路电缆隧道10千伏电缆线路-在线监测系统的是上海森首科技股份有限公司的联合上海电缆研究所研制并生产的光纤DTS测温系统、光纤光栅电流传感器、光纤光栅电流传感器合并单元、光纤光栅火灾报警系统、光纤光栅测温包、光纤光栅液位传感器、光纤气体传感器、光纤光栅解调仪、数据库、传感数据分析软件、界面软件等等。其中，光纤光栅火灾报警系统通过国家消防电子产品质量监督检验中心型式检验；光纤光栅液位传感器通过IP68认证，光纤光栅测温包、光纤光栅电流传感器通过IP67认证，所有产品通过上海计量院计量检测。产品广泛应用于在国内外众多公路隧道、桥梁、水坝、钢铁厂、变电所、煤矿、船舶、铁路工程。上海森首科技股份有限公司成立于2006年，2014年4月份完成股份制改制。是远东控股集团参股企业。业务范围包括：电力、桥梁、大坝、火灾、船舶、军工。等上海森首专注于传感技术，企业特色为光纤传感产品，在国内处于技术领先水平，拥有20余项发明专利，10余项实用新型专利。如光纤光栅电流传感器、光纤光栅测温包、光纤光栅高精度压差计、光纤光栅倾斜计等等传感器为国内外唯一的产品。产品出口韩国、日本、澳大利亚、比利时、尼日利亚等等。上海森首联合上海电缆研究所共同研发电力行业光纤传感技术,并且互为唯一排他性合作单位。上海电缆研究所创建于1957年，原为部委直属的国家一类科研单位，是中国唯一的集电线电缆研究开发、工程设计、测试检验、信息会展服务及行业工作于一体的研究机构。全所员工近400名，有中国工程院院士1名，教授级高工和高级工程师80余名，是我国电线电缆行业中一支综合实力较强的国家级队伍。1999年，国家实行科技管理体制改革后，上海电缆研究所转制为科技型企业，现直属于上海市国资委。上海电缆研究所研制生产的光纤光栅电流传感器、光纤光栅测温包是专用于高压电缆在线监测的最新专利产品。产品采用光纤光栅原理，具有无源、本质绝缘，防电磁干扰，防水防潮、寿命长等优点。产品已获得上海市计量院的检测认可，获得“机械工业电工材料及特种线缆质量监督检验中心”，“国家电网公司电力线通信应用技术实验室 OPLC联合质检中”认可。产品详情见附件：产品选型手册光纤光栅传感器是近年来发展起来的新一代光纤传感器，由于它具有无温漂、灵敏度高、本征安全、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便、易于成网和可远程监控等优点，所以广泛应用于电力、交通、土木领域监测。光纤光栅传感器可以串联，根据实际情况如测量位置、监测对象的需要来串联光纤光栅传感器，构成传感器组，优化传感器布设方案。由于光纤光栅传感器本身为无源器件，其监测到的温度、电流、应变、角度、位移、沉降、索力等物理量及传送的信号均为光信号，因而监测现场没有电子设备，只需为集中监测站及无人值守监测站供电。通过无线设置方式，可以实现数据的无线上传，使得管理者在全球的任何地方都可以通过网络远程访问和控制，并通过相关的数据分析结果下达指令。光纤不受电磁干扰，而且光信号衰减小，传输距离远，所以大大提升了光纤光栅传感器在隧道上的应用。光纤光栅健康监测系统安装及长期使用过程中无需标定，不存在零点漂移。这些都是传统贴片式和振弦式所不具备的优点。光纤光栅监测系统集成度高，维护方便，单台光纤光栅传感解调仪可以同时用于温度、电流、应变、位移、加速度、压力、沉降、加速度、索力等不同类型的传感器，光纤光栅解调仪单个通道就可以同时监测一根光纤串接的数十个光纤光栅传感器；多通道光纤光栅传感解调仪可以实时监测成百上千点的温度和应变。光纤光栅传感器具有以下特点：1） 传感器不受潮湿环境影响，能避免电磁场的干扰；2） 耐久性好，具有抵抗包括高温在内的恶劣环境及化学侵蚀的能力；3） 系统既可以实现点测量，也可实现分布式测量；4） 检出量是波长信息，因此不受接头损失、光沿程损失等因素的影响，对环境干扰不敏感；5） 单根光纤单端检测，可尽量减少光纤的根数和信号解调器的个数；6） 系统灵敏度高、精度高，长期稳定性好，工作可靠；7） 可运用成熟的局域网技术、Internet网络、光通信技术做到集中、远程监测；8） 可实时监测。运用现代计算机技术，容易实现海量数据通信、处理和存储；9） 兼容性好，开放性高。可利用系统提供的各种接口与其他系统连接，方便工程信息的集中管理和控制。二、系统设计准则2.1 设计目标完成缆调中心监控主站对电缆在线温度监测、在线电流监测、接地电流监测，实现电缆载流量的动态分析与监控，护层绝缘状况的监控，实现排水沟液位监测，实现隧道火灾监测，实现隧道结构健康监测防外破；做到管控一体化，进而全方位开展电缆状态在线监测工作，逐步实现电缆的状态检修，及时提供电缆故障部位和检修指导，避免发生重大事故，为全面提升电网的运行水平提供高可靠性、高质量的保障。实现目标：l 实现实时在线的电缆温度监测；l 实现电缆导体温度的实时测算；l 实现电缆动态载流量分析与监控；l 实现电缆负荷电流、接地电流实时在线监测，实现电缆护层绝缘状况监测；l 实现电缆隧道火灾在线监测报警；l 实现电缆隧道排水沟在线监测报警； l 实现有毒气体监测和报警；l 实现电缆隧道湿度监测；l 实现隧道防入侵监测；l 实现隧道结构健康监测；2.2 设计原则随着经济的发展，对电能的需求越来越大，电力电缆网的输送电负荷也随之逐步增大。电缆在线监控系统在保证电力供应、电力系统运行、维护和升级方面扮演着越来越重要的角色。因此科学的设计电缆在线监控系统对电力系统的健康发展已迫在眉睫。系统充分考虑电力行业供方和用户的运营现状，以及现存电力电缆网监控系统存在的一些问题，遵循技术可靠先进性原则、架构可拓展性原则、系统兼容稳定性原则以及成本与维护的利害关系，建立了一套科学的电缆在线监控系统。该系统依托于电力网络管理信息平台架构，并能在信息平台持续成长的基础上，不断的、合理的实现电缆在线监控，各项设计原则具体要求如下： 技术可靠、先进性原则技术的可靠性是首要的，是建设一套科学的电缆在线监控系统首要考虑的。无论多么先进的技术，如果不能可靠的在电缆在线监控系统中发挥监控功能，则是不可取的。技术可靠性要求系统不仅仅是在规定的时间内完成规定的功能的能力，不仅仅经受可靠度、失效率、平均无故障工作时间、有效度等考核指标，而且在不断经受系统本身老化和电缆网系统变换仍能够正常工作。技术的先进性则是与其它该类应用技术的对比过程中体现出来的，有比传统技术更强大的功能、更优越的性能指标、更完善的监控体系等等。从理论上讲，技术先进性是要能够反映当前科学技术的先进成果，在主要的技术性能、自动化程度、结构优化、环境保护、操作条件和现代新技术应用等方面具有技术上的先进，并在时效性方面能够满足技术发展的要求。 架构可拓展性电缆在线监控系统必须能实时满足电力系统的需求。所以一套优秀的电缆在线监控系统架构必须具有良好的可拓展性。在实施一套电缆在线监控系统前，就要充分考虑的电力系统需求在不断增长的情况下，以现有的电缆在线监控系统架构，如何将未来的增长需求拓展开来。电缆在线监控系统硬件体系具有良好的可拓展性。 电力系统本身随着电力需求的增长，对传统的电子类监控设备的信号检测和信号传输所带来的环境影响是不容忽视的。而光纤传感监控系统传感传输部件采用非电气通道，其原理特征也决定了应对电缆传输系统则完全可以适应电力系统扩充扩容所造成的更加恶劣的监控环境。 电力系统随着发展，不可避免的会需要追加一些新的监控功能。光纤传感监控系统平台完全可以承载这些追加系统的信号传输功能。 光纤传感监控系统在监控电流量、温度的同时，还可以实时跟踪电缆传输系统的通断。对电缆管道偷盗情况也可以进行实时报警。 在实现结构隧道健康监测的同时，还能对结构的发展趋势进行分析。在可实现本次工程监控的同时，电缆在线监控系统又给电力系统的其他监测需求，如火灾报警、电缆沟水位监测、浪涌电流检测等预留了设计通道，可以满足未来较长一段时间内的管理职能、监控设备及监控区域增长的需求。 系统稳定性电缆在线监控系统作为满足供电系统安全状况的实时监控系统，系统自身安全稳定运行是对其各种设施和系统的基本要求。本次工程所有传感器均采用光纤或光纤光栅传感器，测试现场无需任何电源供给；信号传输采用多芯光缆实现光信号传输。系统采用纯光网传感器检测及光信号传输，具有无源、本质绝缘，不受电磁干扰等特性，并可实现信号远距离传输。同时，纯光网传感器检测及光信号传输使测试现场无需任何电子产品，具有耐水防潮性强，可靠性高，响应速度快，寿命长等优点，可长期工作于潮湿环境中。 成本与维护系统尽可能采用通用部件，集成度高。采用合理的设计、施工方案，经过充分的理论分析与试验验证，降低设计成本与维护成本。2.3 设计依据l 工业产品使用说明书总则GB9969.1l 电站电气部分集中控制装置通用条件(GB11920-98 ) l 低压开关和控制设备的外壳防护等级(IEC144) l 电气和电子测量和控制仪表的安全要求(ANSI-C39.5) l 数字计算机硬件测试(ISA-RP55.1) l 工业控制设备及系统的端子板(NEMA-ICS4) l 工业控制装置及系统的外壳(NEMA-ICS6) l 橡胶导线、电缆的安全标准(UL44)l 建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004l 线型光纤感温火灾探测器（GB/T21197-2007）l 其它现行的国家和行业标准规范三、测试原理3.1 利用光纤拉曼散射测试原理的分布式光纤感温技术 分布式光纤感温技术是近年来发展起来的一种实时、在线、多点的温度传感技术，可用于实时测量温度场。 分布式光纤温度检测技术的原理是依据光纤的后向拉曼(Raman)散射效应。当激光脉冲在光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，有瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。拉曼散射效应是入射光与散射介质发生的非弹性碰撞。当激光在光纤中传播时，它在传输的同时不断产生后向拉曼散射光波，这些光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而改变。 图1 拉曼散射测试原理图 在分布式光纤温度传感系统中，光纤既是传感器又是信号传输通道，系统利用光纤所处空间温度场对光纤中的后向散射光信号进行调制，再经过信号调解、采集和处理将温度信息实时显示出来。在时间上，利用光纤中光波的传输速度和后向光回波的时间差，结合光时域反射 (OTDR：Opitcal Time-Domain Reflectometry)技术对所测温度点进行准确定位。 分布式光纤感温系统中的检测光纤不带电、抗射频和电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强电磁场、耐电离辐射，能在有害的环境中安全运行，在很多高温、高热等恶劣环境下具有特殊优势，近年来已广泛应用于电力系统、煤矿、隧道的火灾自动报警系统，也可用于油库、危险品库、军火库、工矿企业的生产车间、智能大厦、民用建筑屋内的温度检测和火灾报警系统。3.2光纤光栅传感器技术光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯上形成具有周期性折射率分布的光栅，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的反射镜，可通过掩膜效应将入射宽带光谱中满足布拉格条件的窄带光反射回光入射的方向。也就是说当传输宽带光源时，一部分窄带光谱沿原传输光纤返回，其余宽带光则直接透射过去。 图2 布拉格光栅测试原理图当光纤光栅感受到外界环境温度发生变化T或应变变化时，不仅会引起光栅周期的变化，而且还会引起有效折射率的变化，从而引起反射光波长的偏移，这就是光纤光栅传感的基本原理。利用光纤布拉格光栅可以实现很多物理量的测试，如温度，电流，压力，应变，液位，振动，加速度，倾斜，位移，沉降，拉力等等。但其只能测试传感器所在点位置的物理量，只能组成准分布式测试系统；3.3 拉曼散射技术与光纤光栅技术的区别原理类型测试距离精度 反应时间 测试参数 拉曼散射分布式*较短一般 慢 温度 光纤光栅准分布式*长高 快 位移、速度、加速度、液位、应变、压力、流量、振动、温度、电流、电压、磁场等 *分布式：光纤上任一段长度(通常为13米)；*准分布式：光栅测试点非连续四、系统结构4.1 系统整体设计方案系统采用光纤传感技术，通过对被测电缆的温度、电流在线测试，结合数学模型与算法，实现对电缆的监控，确保用电安全。同时监控隧道火灾，监控隧道排水沟积水，监控隧道内的有毒气体，监测隧道湿度，隧道防入侵监测，隧道结构健康监测。系统采用分布式光纤测温系统实现电缆沿线的温度监测；采用光纤光栅测温包（专利产品）实现局部过热点温度监测；采用光纤光栅测温包实现导体温度监测。系统根据电缆测温包及分布式光纤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，建立电缆表面温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系。通过合理的数学模型对电缆的线芯温度进行推算，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，实现电缆导体温度的非接触在线诊断，全面提升电网的运行水平。系统采用光纤光栅隧道火灾报警系统监测隧道空气温度，在监测隧道火灾的同时，为整个系统提供环境温度分布状态监测数据。系统采用光纤光栅振动、位移传感器，在监测隧道入口处及电缆关键部位的振动和位移，监测电缆偷盗行为和外部人员进入隧道的行为。系统采用光纤光栅液位监测传感器监测排水沟积水状况。系统采用湿度传感器监测隧道湿度分布状况。系统利用光纤光栅传感技术，运用光纤光栅电流传感器（专利产品）实时监测运行电缆的接地电流、运行电流。通过对电缆接地线、电缆本身的连续监测，判断电缆的运行状况及故障趋势，及时提供电缆故障部位和检修指导，避免发生重大事故。系统采用全光纤传感网络对隧道结构进行监测，实现实时监测土方作业、地质灾害、自然沉降、外部建筑侧压、河道渗水等等外部因素对隧道结构的影响。系统采用有毒气体监测报警系统监测隧道有毒气体分布情况，包括可燃气体、硫化氢、氨气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮，为整个系统提供有毒气体分布状态监测数据。4.2 系统组成本工程应用由以下子系统完成：l DTS光纤电缆温度在线监测子系统l 光纤光栅电缆测温包在线监测子系统l 光纤主干电流、接地电流在线监测子系统l 隧道火灾在线监测报警子系统l 隧道有毒气体、湿度监测子系统l 隧道积水液位监测报警子系统l 隧道结构健康监测子系统l 隧道防入侵监测子系统l 传感监测数据库、缆调中心监控中心平台软件l 载流量分析子系统l 电缆线路护层绝缘分析监测子系统测试现场设施：测试现场包括被测电缆、现场环境对应各类参数的传感器及信号传输光缆。包括：DTS测温光缆，监测电缆表皮温度场分布；光纤光栅测温包，监测测点位置导体温度；光纤光栅电流传感器，监测测点导线电流；隧道火灾探测链路，监测隧道大气温度场，监测火灾热辐射；光纤光栅液位传感器，监测隧道排水沟液位；光纤光栅振动、位移传感器，隧道入口防入侵监测几电缆防盗监测；7类气体和湿度传感器，监测可燃气体、硫化氢、氨气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等气体浓度分布，监测隧道内空气湿度分布；光纤光栅应变、加速度、位移、倾斜、水准仪，监测隧道结构健康；多芯光缆，所有信号通过多芯光缆传入监控中继站。中继站：DTS主机：实现测温光缆温度解调。光纤光栅解调仪：实现火灾探测链路温度解调、液位解调、测温包温度解调光纤电流互感器合并单元：实现光纤电流互感器解调气体传感器联机：实现气体、湿度传感器数据解调、集成工业计算机：实现站点多个解调仪管理，实现站点数据库管理，机柜及不间断电源：实现站点设备安装及供电、防尘、散热、保护，局域网终端：实现向服务器发送数据。服务器（软件）：缆调中心监控中心平台软件：实现控制目标智能化管理功能及界面。传感监测数据库：实现数据管理载流量分析软件：实现电缆负荷水平评估、负荷能力评估结构健康评估软件：实现结构在线评估电缆线路护层绝缘分析监测子系统：实现电缆绝缘监控及报警、实现趋势分析隧道排水沟液位监测子系统：实现隧道积水液位监测及报警、提供自动排水联动信号三维显示温度场、湿度场、有毒气体分布三维显示电缆导体轴向温度分布4.3 传感器分布图见附图4.4中继站机柜配置图见附图4.5软件清单见附图122五、分布式光纤测温及载流量分析子系统5.1 DTS测试系统（略）5.2 光纤光栅电缆测温包5.2.1 技术背景 如何在保证电缆安全运行的基础上最大限度用好高压电缆输送电流电量，及电流优化输送方案是电力管理部门目前重点关注的课题。解决这一问题的有效办法是监测电缆导体温度，使电缆的实际负荷能力和运营负荷相匹配。但是由于导体温度不能被温度传感器直接测量，因此如何获取导体问题则成了解决问题的关键所在。目前主要采用光纤分布式测温系统监测电缆表面温度，然后应用数学模型推算导体温度，计算电缆线路的实际负载率。这种方式的主要缺陷在于： A 电缆表面温度受环境温度变化较大，由单一的电缆表面温度推算导体温度存在不准确的情况 B光纤分布式测温系统表征的温度值为一定长度上的平均温度，对于线路上某些关键节点的温度变化不敏感。 C光纤分布式测温系统的温度精度一般在0.52左右，基本这种精度推算的导体温度必然存在较大误差。 因此我们首次提出了光纤光栅测温包的理念，并将其应用于实际系统。 5.2.2 测温包测试原理电缆测温包直接敷设在被测电缆表面，局部约束电缆的散热，形成电缆局部热平衡，使电缆导体温度、电缆表面温度、测温包外层温度形成温度梯度。通过嵌在测温包内的内侧和外侧的两个光纤光栅温度传感器对电缆表面温度及测温包外层温度进行精确测试。通过数学模型即可推算电缆导体温度。电缆测温包通过局部约束电缆的散热，形成电缆局部热平衡和温度梯度；通过两个不同梯度位置光纤光栅温度传感器同步响应外界环境变化和导体散热；通过高精度的光纤光栅温度传感器（温度的分辨率0.01，相对精度0.1）获取测试点温度；通过理论分析和实际测算，获取电缆热阻和测温包热阻 ；然后利用数学模型推算导体温度。应用这种方法可具有比传统方式更优越的性能，系统自适应外界环境和负荷的变化。 在外界环境缓慢变化的情况下，可实现推算导体温度误差2。同时电缆测温包采用光纤光栅温度传感器，具有无源，响应速度快、灵敏度高、测温准确、传输距离远、集成性能好等特点。5.2.3 测温包技术指标标准量程150测量精度0.5导体温度误差2分辨率0.01尺 寸依据电缆规格连接方式FC/PC 或 熔接波长范围1525nm 1565nm环境温度-30 - 85传输距离40Km外封装聚四氟乙烯安装方式表面安装5.2.4 测温包实测效果在极限试验中，将电缆穿孔埋入温度传感器实测导体温度。样品1、样品2、样品3实测值与应用测温包后的推算导体温度效果如下：温度1为测温包内层温度温度2为测温包外层温度 图 1 样品1 实测效果图 图 2 样品2 实测效果图 图3 样品3 实测效果图试验结果表明：应用测温包后推算导体温度误差2。5.2.6 电缆测温包解调电缆测温包采用10Hz解调仪。技术参数名称性能指标通道数33通道(独立同步采集)采样频率10Hz波长分辨率0.1pm测量精度2pm波长范围1525nm1565nm光通道接口形式FC/PC或FC/APC使用寿命大于15年 工作温度/湿度045 C；595无凝结操作系统Windows XP以上中文版接口以太网供电电源AC220V 10%；50Hz 5%远传通信端口TCP/IP接口,10/100M以太网口5.2.7 测温包的连接5.3 载流量分析系统动态载流量在线监测及分析系统通过电缆测温包局部电缆导体温度的测算，配合分布式光纤测温系统，建立电缆沿线导体温度分布，加上电缆的散热系数和周围的敷设环境条件，建立电缆表面温度与电缆线芯温度或载流量之间的对应关系。通过合理的数学模型对电缆的线芯温度进行推算，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，实现电缆导体温度的非接触在线诊断，全面提升电网的运行水平。系统可实现稳态载流量的预测：输入电缆规格、敷设条件等参数，实现对电缆当前实际可以承受的最大载流量进行估算。系统可实现暂态载流量计算、电缆负荷动态评估、紧急过负荷能力评估等功能。系统特点u 可靠性：利用温度梯度推算导体温度，配合分布式光纤测温系统，建立电缆沿线导体温度分布；u 高效性：优化的软件数学模型，快速计算出电缆负荷载流量值；u 准确性：依据数学公式及数学模型推算，确保载流量数据结果的准确性。六、电缆护层绝缘监测子系统6.1 技术背景高压电缆护层绝缘监测是电力电缆最重要的监测内容之一。传统的检测手段主要是带电用钳形电流表测量护层接地电流（人工巡检）。由于地下电缆所处环境复杂，采用传统的人工巡检测量护层接地电流越来越困难，需要花费大量的人力物力。现在已有应用电流互感器的电流采集设备，应用无线传输的通信技术组合而成的智能化护层绝缘监测系统。其缺陷在于：护层接地电流测试点环境复杂，潮湿，存在较强电磁干扰，严重影响电流采集设备的测试准确性、寿命及无线传输数据的可靠性及持续性。也有厂商采用有线传输的方式，但有线传输相对于光缆传输模式，在传输距离、传输质量、使用寿命上都会存在较大差距。6.2 高压电缆护层绝缘监测子系统测试原理交叉互联接地箱下图为高压电缆护层绝缘监测系统测试原理图高压电缆护层绝缘监测系统利用光纤光栅传感技术，运用光纤光栅电流传感器实时监测运行电缆的接地电流、运行电流。通过对电缆接地线、电缆本身的连续监测，能够预测电缆的运行状况及故障趋势，及时提供电缆故障部位和检修指导，避免发生重大事故。6.3 光纤光栅电流传感器6.3.1光纤光栅电流传感器测试原理下图为光纤光栅电流传感器实物外形图光纤光栅温度自补偿电流传感器装置采用光纤光栅作为测量电流的敏感元件。采用高性能导磁体材料感应被测电缆中被测电流的大小，产生的电磁力使光纤光栅传感器的波长发生变化，通过解调光纤光栅的波长变化测量电流。传感器内带温度自补偿装置避免温度变化对测试结果的影响。光纤光栅电流传感器作为纯光网传感器，具有无源、本质绝缘，响应速度快等特性。可用于监测浪涌电流、接地线电流、漏电损耗、电网实时负荷分析等，同时可实现信号远距离传输。安装方式：将电流传感器钳入被测电缆，将光信号通过传输光纤接入监控中心的解调设备即可。6.3.2 电流传感器技术指标运行电流监测采用1000A量程电流传感器，接地电流监测采用100A量程电流传感器。标准量程1000A100A测量精度0.25%F.S.0.5%F.S.波长范围1525nm - 1565nm1525nm - 1565nm尺 寸50 20020mm50 20020mm连接方式FC/PC 或 熔接FC/PC 或 熔接温度补偿自补偿自补偿环境温度-30 - 85-30 - 85传输距离20Km20Km外封装绝缘脂灌封装绝缘脂灌封装安装方式钳入式钳入式6.3.3 电流传感器说明电流传感器已经通过计量检验，已在“机械工业电工材料及特种线缆质量监督检验中心”、“国家电网公司电力线通信应用技术实验室 OPLC联合质检中心”获得认可，并且在多个变电站应用。接地线电流监测运行电流监测挂网实测数据对比6.3.4 电流传感器合并单元电流传感器通过128kHz的合并单元解调，合并单元按照国标设计，产品符合国网公司企业标准和电力行业标准规定的规约要求，并且有更高技术指标。技术参数名称性能指标通道数3、6、9通道(独立同步采集)每通道可测互感器数量1个采样频率128kHz分辨率0.01%F.S测量精度0.5%F.S波长范围1525nm1565nm光通道接口形式FC/PC或FC/APC使用寿命大于15年 工作温度/湿度045C；595无凝结供电电源AC220V ；50Hz 远传通信端口TCP/IP接口,10/100M以太网口6.3.5 电流互感器连接6.4高压电缆护层绝缘监测子系统性能特点系统采用光纤传感技术实现高压电缆护层绝缘监测。采用纯光网传感器检测及光信号传输，具有无源、本质绝缘，不受电磁干扰等特性，并可实现信号远距离传输。系统采用国际首创的光纤光栅电流传感器具有耐水防潮性强，可靠性高，响应速度快，寿命长等优点，可长期工作于潮湿环境中。系统采用128kHz信号采样，可同时用于监测浪涌电流及电网质量分析等功能。系统采用声光、短信等报警方式，实现对高压电缆护层绝缘的自动监测；同时可准确报告接地线的偷盗。七、电缆隧道火灾报警系统7.1系统概述电缆中间头制作质量不良、压接头不紧等导致接触电阻过大，产生极大的热量引起电缆温度逐渐升高，电缆过热致使阴燃，最终发生火灾。电缆隧道是无人场所，火灾发生后不易发现，电缆隧道火灾检测是确保电缆安全一项重要举措。7.2系统构成本系统中光纤光栅信号处理系统放置在隧道变电所内，传输光缆从信号处理系统光接口模块引出，至隧道内连接光纤光栅串。光纤光栅敷设在隧道顶部，实时感应隧道内温度状况并以波长形式反应给信号处理器，信号处理器接收光纤光栅感应到的波长信息，将其转换成直观的温度信息。信号处理系统通过RS232/485标准串行通信接口输出报警信息至火灾报警控制器中，另有继电器及网络接口可将检测到的信息输出至监控中心。系统由传感器探测链路、多芯传输光缆（用于远距离信号传输）、解调仪、火灾报警控制器及手动报警按钮等设备组成。光纤光栅火灾报警系统串接布线说明图7.3技术指标7.3.1系统指标 上海森首光电科技有限公司生产的SEN系列光纤光栅自动火灾报警系统采用光纤光栅温度探测器作为感温探测器件，通过布设在隧道顶部的光纤光栅探测器实时监测隧道内部的温度情况。根据预先设定的阈值条件，分析温度变化的情况，当出现火情时能够及时报警。该系统具有如下特点：系统容量大：基于高性能的计算机技术，从本次隧道的设计需求来看，SEN系统的单台监测长度远远大于采用全同光栅技术的系统，SEN系列可以根据需要进行模块化配置，系统的通道数量可以根据隧道长度灵活增减；精确测温：依托高精度的传感器和信号处理器，SEN-01系统能够实现1的精度和0.01的分辨率，远高于同类产品的性能（一般为5），能够满足设计要求对监测区域的温度进行不间断探测的要求；真正的差温报警：通过对所有探测器温度以1Hz的频率进行实时监测，配合0.01的分辨率，才能够真正根据设定的15/min的差温阈值进行报警；准确报警：当探测器测定的温度达到预设的报警温度时系统报警，此外，还可以根据温度升高的速率进行预警（差温报警），以便及早发现火情；多重逻辑判断消除误报：通过对每个探测器温度的实时监测、对达到报警阈值的时间分析，SEN系统能够有效的识别火情，避免误报（漏报）；快速响应：SEN系统配置的高敏感温度探测器，能够迅速感知温度的变化，信号处理器通过1Hz的处理速度，实时刷新数据，保证了系统能够快速响应火情，确保事故能够得到及时处理；报警定位：由于所有探测器都独立编码，系统可以通过独有的软件关联技术能够快速定位火灾发生地点，定位精度为高，便于消防系统联动；防护能力强：系统现场采用高强度的室外铠装光缆，探测器的防护标准达到IP68，远远超过一般厂家探测器的防护能力；数据存储：在信号处理器本地能够保存所有测点的温度数据，能够在事故发生后对数据进行还原，避免出事故后“死无对证”；系统自检：通过对信号处理器波长的实时校准，系统能够实时自检，及时响应任何链路故障或仪器内部故障，确保系统可靠和测试准确；备件简单：由于采用统一规格的备件，系统的备件能够简单，节约成本；长期稳定：由于采用了非胶封装工艺，传感器的长期稳定性大大提高，尤其适应在高温高湿环境下的测量，避免了传统封装工艺容易出现的零点漂移，在正常工作情况下能安全运行20年以上；用户界面简单直观：连接显示器可以直接观察各测点的温度情况，用户设定温度告警门限，系统自动提供声光报警，并进行数据管理。7.3.2光纤光栅温度传感器 光纤光栅温度传感器适用于长期埋设在水工建筑物或其他混凝土建筑物内，如地基、桥梁、隧道、大坝、铁路、石油、公路等，测量结构物内部的温度。在光纤光栅温度监测系统中，光纤光栅温度传感器既是温度检测探头，又充当链路状态的检测探头，当任何链路出现断纤或者探测器出现故障，系统会立刻感知，并发出故障信号，系统还可识别出具体故障位置，定位精度为探测器铺设间距。光纤光栅温度传感器选用优质不锈钢材料来抗腐蚀，尾部出纤一律使用铠装光缆，强化对油气的耐腐蚀能力。TMS温度探测器还通过了IP68的防护认证，具有较强的防水、防外力破坏的能力。在实际工程中连接处也不用法兰连接，而使用熔接方式进行布设，熔接处采用特殊铆接的抗拉加强保护及防水结构和工艺，承受拉力达40Kg，避免出现了其他品牌光纤光栅产品在使用时易于断纤的情况。光纤光栅温度传感器技术参数：序号项 目参 数1探测光缆传输距离25km2量 程-401203分辨率0.14精 度0.55最小弯曲半径300mm6相对湿度95%7光缆材料熔断温度5008规格尺寸（直径长度）880mm9温度显示显示各个传感器的温度值10报警分区长度可任意分区11探测器能够全天候不间断正常工作7.3.3信号处理器技术指标1）光纤光栅信号处理器SEN-01 光纤光栅信号处理器SEN-01是本系统的核心设备，可对光纤光栅火灾探测器检测到的光信号进行解调，可以在显示器上显示每个测点的温度情况，同时通过通讯协议将报警信息发送到监控中心的消防报警主机，信号处理器还能够在本地对数据进行分析、查询、保存等等。光纤光栅信号处理器与火灾报警控制器相连，可输出火灾报警信号、故障报警信号，精确定位报警及故障报警，进而启动消防联动系统。性能特点l 容量大：单台设备可接入611路探测链路，适合长隧道的监测；l 模块化设计：SEN系列可以根据需要进行模块化配置，通道数量可以根据隧道长度灵活增减；l 方便定位：独有的软件关联技术能够快速定位测点的区域或者具体物理位置，便于消防系统联动；l 支持实时在线测量：系统采用的光模块使用寿命长（20年以上），能够满足实时在线、全天候监测的需要；l 实时自检：仪器有实时校准和自检功能，及时响应任何链路故障或仪器内部故障；l 故障响应：具有链路断纤定位功能；l 精确度高：典型精度0.5，分辨率0.01；l 快速响应：处理器响应时间不超过1秒；l 用户界面简单直观：连接显示器可以直接观察各测点的温度情况，用户设定温度告警门限，系统自动提供声光报警，并进行数据管理；l 兼容性好：通过各种通讯接口（包括USB、RS232/485、TCP/IP），实现与外部系统的良好结合，便于系统集成。结合本次项目的实际情况，提供标准的RS485接口，采用nodbus通信协议与报警主机通信；主要技术指标项目参数项目参数通道数611=66定温报警阈值任意可调测温精度0.5差温报警阈值任意可调报警温度设定0120,任意可调每通道分区数任意分区，最大20测温分辨率0.01测温频率1Hz（每秒1次）最远探测距离大于20 KM定位精度 5m响应时间自然通风， 10秒风速7m/s， 60秒信号输出接口USB、RS232/485、TCP/IP、干节点工作温度040电源供电交流220V10%相对湿度95%尺寸482177480 mm7.4系统特点7.4.1技术优势安全性高：探测器及传输光缆皆采用光纤制成。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。具有防雷击、抗高压的特性。可靠性高：系统采用国内外成熟先进的光纤光栅测温技术，测温精度高，反应迅速，达到有效地预警及报警；隧道全程范围内实现准分布式温度在线监测，通过独有的软件关联技术，能够快速定位报警点的具体物理位置；系统可精确定位至每个传感器;测温精度高，温度精度0.5，温度分辨率0.1；本系统分辨率高、反应迅速，主机响应时间2s，系统响应时间10s，能有效地预防火灾；光纤光栅信号处理系统采用工控机架构，而且系统实时自检，实时校准,保证系统数据的可靠性和正确性。兼容性好：通过各种通讯接口（串口、网口、开关量输出等），可以实现与外部系统的良好结合，提高系统之间的数据交换。可维护性强：发生火灾后探测器仍能正常使用，使用寿命长；系统结构紧凑，安装简单，维护方便。系统采用模块化设置，在设计过程中预留有一定的通道数，可方便系统以后的扩展及维护；容量大单机容纳19.8公里火灾报警传感器链路（33通道*60个*10米）模块化设计操作简便，配置灵活方便精准定位独有的快速火灾定位能力故障响应具有链路故障定位功能。精确度高精度0.5，分辨率0.01。快速响应火灾报警响应时间不超过20秒。寿命长使用寿命可达20年以上。长期稳定采用了非胶封装工艺界面友好直接显示各测点的温度情况、自定义温度报警阀值、斜率界面直观温度列表、温度分布曲线、温度和报警历史记录等的可视化操作兼容性强满足各种通讯接口、报警开关量信号输出、支持软接热辐射敏感传感器热容、热阻小7.4.2系统功能本系统感温火灾探测器采用最新工艺生产技术，长期稳定性好，使用寿命长；光纤光栅信号处理器采用国际最先进的数字化解调方法及自有专利技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。 分布式实时监测隧道长度方向上各监测点温度；可精确定位报警, 报警定位至每个传感器； 输出控制触点信号，作为报警和火灾情况，可与喷淋灭火消防联动；可通过继电器、协议模块、串口等方式上传报警信息至火灾报警主机；光纤光栅信号处理系统实时自检，实时校准,