电缆隧道光纤分布式测温系统方案.doc

光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 1 页 共 20 页 XX 电缆隧道电缆隧道 光纤分布式温度监测系统方案光纤分布式温度监测系统方案 上海华魏光纤传感技术有限公司上海华魏光纤传感技术有限公司 二二一一年八月一一年八月 时刻关注生命安全，时刻关注工程质量！时刻关注生命安全，时刻关注工程质量！ 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 2 页 共 20 页 目目 录录 1 1 设计准则设计准则 .3 3.1系统目标.3 3.2系统范围.3 3.3系统设计原则.3 3.4系统设计规范.4 3.5光纤分布式温度监测系统的技术说明.4 2 2 系统设计分析系统设计分析 .6 2.1 火灾分析.6 2.2 技术要求分析.7 3 系统设备选型系统设备选型 .9 3.1 设计目标.9 3.2 系统构成.9 3.2.1 隧道光纤分布式温度监测系统.9 3.3 系统设备技术参数.11 3.3.1 光纤分布式温度监测系统.11 4 系统总体设计方案系统总体设计方案 .15 4.1 现场设备布置.15 4.2 探测光缆的安装方式.17 4.3 系统通讯.18 5 售后服务售后服务 .19 5.2 服务支持协议.19 5.3 培训.19 5.4 资料和信息.19 6 设备清单及现场调试设备清单及现场调试 .20 6.1 设备清单.20 6.2、现场调试.20 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 3 页 共 20 页 1 1 设计准则设计准则 3.13.1 系统目标系统目标 电缆隧道在线监测系统必须保证： 运行电缆温度的实时监测。 准确定位电缆事故位置,显示事故时的温度状态。 通过辅助软件将光纤分布式温度监测系统所探测到电缆实时在线的表面温度 转换成电缆运行的载流量,为客户确定电缆的最大载流量提供历史依据,并最 大限度的提高电缆的使用寿命。 对电缆的老化状态进行监测。 可以对由于外力的破坏而出现的故障进行监测。 3.23.2 系统范围系统范围 本系统设计包含针对此系统的整体设计、设备供货、安装指导、调试开通、配合 验收以及设备保修等服务。技术方案中所指的系统设备包含光纤分布式温度监测 系统、现场探测光缆、光缆接线盒，网络连接接口等。 3.33.3 系统设计原则系统设计原则 系统应符合中国有关法律法规，符合消防管理条例和标准。 系统设计选用产品应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，系统应严格保证设备可靠性和系统可靠性。 系统应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。 在系统细化设计时应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。 在系统设计时应尽量优化设备配置，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。 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 4 页 共 20 页 3.43.4 系统设计系统设计规范规范 系统应按国家相关规范进行设计，所选用设备应满足国家相关产品标准。本技术 规格书技术方案说明中使用的标准如下： GB 50300 建筑工程施工质量验收统一标准 GB 50303 建筑电气安装工程施工质量验收规范 欧洲 EMC 指令 EN5008-2 抗干扰性 EN50081-1辐射性 3.53.5 光纤分布式温度监测系统的技术说明光纤分布式温度监测系统的技术说明 针对电缆隧道的特点，我们建议采用光纤分布式温度监测系统，因为系统存在有 以下特性，非常适合电缆隧道的温度在线监测。 温度的实时监控，在线式监测，并做到早期预警。 分布式： DTS 系统为分布式测温系统，提供连续的动态监测信号，测量到的温度数据是不 间断连续分布的，可以即时显示被监测物体每隔 1 米各点的温度变化。 先进性： DTS 光纤分布式温度测量系统是在线监测的最有效的手段，在技术上已非常成熟 完善； 光纤本身既做信号传输，也用于探测温度，即传播传感一体化； 通过采用不同的外护套材料，DTS 监测系统可以适应各种环境； 各种功能设定由 DTS 系统的主机通过 PC 在 Windows 环境下由工程师调试编程 来完成。 设定区域长度及报警点，系统校订均可采用 Windows2000以上版本软件 来完成。 准确性 DTS 系统的温度精度达1，定位精度 1 米； 系统主机内的激光发射装置每秒钟会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。 灵活性 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 5 页 共 20 页 DTS 监测系统提供的是一个连续的动态监测信号，系统可设置多级定温值报警， 并且可以根据环境不同进行修正； 为避免误报发生，在定温报警监测的同时，对高温点的温升速率进行监测，并提 供相应的报警信号输出。 每个报警分区可单独编程，并可按照用户的要求进行设计，系统可针对环境变化 设置 500 个不同报警控制区域。 兼容性： 系统可以通过 RS232、Ethernet、内置继电器、MODBUS、LED 等输出形式与 PC、PLC、消防报警系统、SCADA 等其他控制设备进行互连，在消防应用中可与火灾 报警控制器等系统进行联网，提供信号进行声光报警，信号输出准确、完整。 光纤分布式温度监测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。 安全性： 光缆分布式温度监测系统具备安全记录功能； 远程诊断，可通过调制解调器由专门工程师提供最低限度的系统远程诊断； 如果光纤受损，DTS 系统可以即时定位受损点，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；探测光缆本征安全，由于采用光信号，因 此不会与电导体之间产生相互电磁干扰。 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 6 页 共 20 页 2 2 系统设计系统设计分析分析 2.12.1 火灾分析火灾分析 电缆隧道的火灾通常有两种，即内部火源和外部火源。 内部火源主要是指电缆传输电流过载、电缆接头处阻抗大、绝缘皮老化或电缆本 身局放等原因，致使电缆表面产生温升，电缆绝缘层和保护层产生阴燃，并伴随大热 量、可燃气体的产生，随着温度进一步上升即产生烟雾，从而发展为火灾。 外部火源是指电缆隧道或电缆夹层内其他火源及隧道外各种火源。外部火源可使 电缆表层着火，同时产生大量的热和烟。 对于普通电缆，一般情况下护套材料在温度 150以上开始释放一定量的可燃气 体，此时并不产生烟雾；温度在 270范围内会大量释放可燃气体和烟雾，内含有毒 气体。温度高于 270时处于极不稳定期，随时可能燃烧，对于自燃来讲可能温度要 达到近 390才会燃烧，但对于由于外界火源造成的灾害，在存在大量可燃气体的情 况下即会燃烧。 对于阻燃或难燃这一类电缆仍然会发生电缆延燃火灾。与普通电缆不同的是自燃 起火温度值提高到了 480，190以上开始产生一定量可燃气体，但无烟雾产生； 到 270产生大量可燃气体。 因此，电缆故障首先会产生大量的热量，而 DTS 光纤分布式温度监测系统就是 通过实时监测周围环境热量的变化，从而在事故发生的初期就可以准确判断是否电缆 有异常，做到防患于未然。 2.1.12.1.1 火灾危险成因分析火灾危险成因分析 电缆隧道发生火灾的典型成因主要有如下几种： 电缆过载运行或老化引起。 过失等人为因素引起的明火。 电缆接头发生破裂。 可燃性气体引起。 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 7 页 共 20 页 2.1.22.1.2 系统配置时需考虑的各种因素系统配置时需考虑的各种因素 考虑到项目的实际情况，系统配置时需对下述因素的影响给予充分的注意： 电缆隧道内的潮湿环境； 电缆隧道内尘埃飞扬，较为肮脏； 电缆隧道内鼠类可能啮咬设备造成损坏； 隧道设备的维护。 2 21 13 3 电缆运行监测的基本要求电缆运行监测的基本要求 无死角(无监测遗漏区域) 无间断(无时间空白阶段) 无误报 2.22.2 技术要求分析技术要求分析 目前市场上常见的电缆隧道在线监测手段主要是光纤分布式温度监测系统。 光纤分布式温度监测系统光纤分布式温度监测系统 相比其他探测手段，光纤分布式温度监测系统这一新兴的线型火灾探测手段正逐 渐为用户广为接受。其探测原理为测量光纤内部喇曼（Raman）反射来探测整条光缆 沿线的温度变化。其安装简便，性能卓越，具备如下主要优点： 整根光缆不仅用作信号传输，更全被用作温度探测用，感温探测覆盖范围为 其全长100%，监测区域的设置可以通过软件在光缆全长内自由设置，事故定 位精度高，其探测区域最小可达1米，无论现场分区怎样变动，皆能满足要 求； 对每个分区的报警探测逻辑可以实现分区内最大温度（定温）、分区内温升 速率（差温）、分区内最高温度与分区平均温度之间差值（分区温度均匀程 度）三种方式的任意组合，保证实现早期和可靠的报警； 准确的事故定位，方便应急监测系统及时做出正确反应； 系统可配置图形化监控软件，软件可以图形化实时显示各分区的定温、差温 和极均差值等探测数据，并可以在控制中心设定各种探测数据的报警阈值； 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 8 页 共 20 页 可以对光缆全线提供连续的温度监测，可以显示全线的温度分布曲线，不仅 有利于值班人员监控操作，而且系统兼备故障自检测功能，光缆发生故障时 可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测与迅 速维修； 系统安装非常简便，信号传输和探测用一根光缆，安装至现场仅需将探测光 缆固定即可轻松完成安装工作； 探测部分完全采用光传输方式，光纤本征安全防爆防雷，并可以完全杜绝电 磁干扰影响； 光缆耐用性设计优异，探测光缆的寿命可达30年之久，对环境影响如温度， 压力和湿度波动有抵抗力，同样也适用于较多灰尘和含有腐蚀性物质的空气 中； 可自成系统，系统自带全线温度曲线图形显示和配置软件，所有设置都可以 通过软件进行，直观易用； 系统集成方便，控制器提供干接点输入输出至火灾报警系统。此外，控制器 支持开放的通讯接口，易于实现控制器一级的系统集成。 光纤分布式温度监测系统（DTS）- 温度曲线图 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 9 页 共 20 页 3 系统设备选型系统设备选型 3.1 设计目标设计目标 采用光纤分布式温度监测系统(DTS)对 XX 电缆隧道电缆隧道进行实时在线的火情监测。 3.2 系统构成系统构成 此测温系统的构成:由光纤分布式温度监测系统、探测光缆、光纤连接器件以及 工控机等构成。 3.2.1 隧道光纤分布式温度监测系统隧道光纤分布式温度监测系统 3.2.1.1 DTS 系统简介系统简介 DTS400 为快速响应“可定位”线型温度监测系统，可采用单端连接方式，对隧 道内的探测光缆温度进行监测。报警区可编程并可按照用户的要求进行不同的设置。 本文件由 DTS400 系统技术规范的构成，专用于对公路隧道的环境温度和火情 实施在线监控。 DTS400 控制单元应同火灾控制系统相连以提供来自程序化火灾报警区的报警信 息及运行和故障信号。 每一报警控制区有固定的多级定温报警及差温报警设定。报警值的设定可以由今 后现场监测情况而从新修订。 3.2.1.2 DTS 系统描述系统描述 DTS 控制单元通过连接探测光缆组成了一个智能的探测器，对报警区域长度及 报警点进行整体编程。根据不同的实际应用，不同的报警点既可以为定温报警，也可 以为差温报警，或两种方式的综合。报警点及区域长度可调整到符合实际状况。 最大的开关功率: 60W 最大的开关电压 e : 150 V 直流 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 10 页 共 20 页 最大的开关电流: 2 Amp 直流 DTS 系统设定事故位置输出，也可以以通讯的方式直接发到火灾报警控制器。 DTS 系统根据选择的机型不同，电源 24V 直流。 通过 2009 年中国消防认证。 3.2.1.3 区域编程、区域编程、PC 显示及信息互换功能显示及信息互换功能 DTS 控制单元通过 PC 机在 WINDOWS 界面下由工程师调试编程来完成。 设 定区域长度及报警点，系统校订均采用 Windows 2000软件来完成。 如果需要区 域设定及报警点可以在以后通过此装置来改变。一台 PC 机可以连接在 DTS 控制单 元用于显示。在 PC 上可实时显示光缆的温度轨迹，报警信号会突出显示，包括光缆 受损点实际位置的确定。 DTS 控制单元可直接输出信号至各种数字显示设备，如中央控制室投影仪、显 示器等，并可根据共享等级设定信息共享权限。 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 11 页 共 20 页 3.3 系统设备技术参数系统设备技术参数 3.3.1 光光纤分布式温度监测系统纤分布式温度监测系统 3.3.1.13.3.1.1 光纤分布式温度监测系统主机光纤分布式温度监测系统主机 DTS 主机技术指标主机技术指标 取样间隔：1 米； 定位精度：1 米 测量距离：4 公里 温度分辨率：0.1； 温度精度：1C ； 通道数：1/2 通道 测量时间：7 秒/通道 继电器：内置 36 路继电器； 光纤受损点的自动检测和报警； 接口：2 个 RJ45， 2 个 RS232， 1 个 VGA/CRT 标准接口、1 个 USB 标准接 口，1 个 RS485 接口 LED 功能指示：电源显示、系统故障、光纤故障和温度报警； 断电保护功能：测温主机内置蓄电池，在主机失去外电时，能够正常工作 8 小 时； 测温主机具有自动增益温度校准功能，保证长期温度测量的准确性； 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 12 页 共 20 页 3.3.1.2 探测光缆探测光缆 探测光缆安装于隧道内，是测量现场环境温度的探测器。考虑到隧道内的恶劣环 境，感温探测光缆应具备良好的抗啮咬、抗震特性。所以感温探测光缆应具备坚固的 护套，提供良好的防护特性，但同时感温探测光缆也应该提供良好的温度传导性能， 以保证快速的火灾探测。 用来连接 DTS400 控制器的光纤为 62.5/125 微米 (芯线/包层/丙烯酸酯涂层) 渐变折射多模光纤，衰减3.5 分贝/公里 850 纳米。 整个系统的衰减不得超过 DTS400 控制单元的标度（2 公里光纤上的最大率减不 超过 10dB,以每个接线盒 0.4dB，每个熔接处 0.2dB）。 上海华魏光纤传感技术有限公司提供的光缆探测器是专为快速响应温度微小变化 而设计的。光缆坚固，重量轻，柔韧，便于安装。 Sensor Line 3.0 Acr 62.5 光缆由一根外涂丙烯酸酯光纤装在 3.0mm 外径内衬 不锈钢外护套的热塑性塑料 LSOH(低烟无卤素)管中，以抵抗机械及环境冲击。该种 光缆特别适合于多种室内、隧道、电缆沟等场合的应用。 铠装单芯光缆（铠装单芯光缆（SensorLine 3.0 Acr 62.5）光缆结构）光缆结构 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 13 页 共 20 页 纤芯 直径62.5 覆层 直径125（丙烯酸酯涂层） 绝缘层护套直径0.9mm（PVC 材料） 金 属 层 护 套 3mm 采用不锈钢螺纹铠装护套 光缆主要机械特性及使用方式 序号项目特性要求 短期1500 1最大拉力(N) 长期400 短期1000 2抗压力(N/10cm) 长期300 3衰减系数 2.7dB/km850nm 0.5dB/km1300nm 4动态最小弯曲半径光缆直径的 20 倍 5静态最小弯曲半径光缆直径的 10 倍 6使用温度 -190+460, （熔断温度大于 500） 7使用年限30 年 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 14 页 共 20 页 3.3.1.3 光缆接线盒光缆接线盒 探测光缆是通过尾纤与光纤分布式温度监测系统连接在一起的，而尾纤与探测光 缆之间通过光纤熔接连接，熔接点位于光纤探测控制单元旁的光纤连接盒内。除此之 外，探测光缆应尽可能减少熔接点。探测光缆的末端预留一定长度后盘成圈，并用油 膏封死光纤末端。如下图所示： 光纤分布式温度监测系统 (DTS400) 。 。 。 。 。 。 尾纤连接 头 熔接盒 探测光缆 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 15 页 共 20 页 4 系统总体设计方案系统总体设计方案 设备的布置必须结合现场的结构特点，从全面覆盖、安装便利上通盘考虑。 本方案所采用的 DTS400 光纤分布式火灾监测系统，能将电缆隧道、电缆夹层、 电缆桥架任意位置的实时温度显示出来，做到预防为主。 被监测的部位一旦发现所测量温度值超过标准设定报警温度时，光纤分布式温度 监测系统直接通过监测软件反映出来。 4.14.1 现场设备布置现场设备布置 本工程需要监测的是 XX 电缆隧道。需要 X 台 DTS400（4KM,2CH）主机。 此项目采用电缆隧道内每条主电缆捆绑负责一根感温光缆的方式进行温度在线监 测，每隔 1.5 米用扎带固定。预计敷设探测光缆预计敷设探测光缆 XXXX 米。米。 （以实际工程为准）（以实际工程为准） 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 16 页 共 20 页 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 17 页 共 20 页 4.24.2 探测光缆的安装方式探测光缆的安装方式 每路探测光缆通过尾纤接入 DTS 主机，尾纤在供货时随 DTS 主机提供，尾纤的一端为与 DTS 主机连接，另一端需通过接线盒与探测光缆相连。 电缆夹层的火情监测，探测光缆可以采用安装在被测顶部或接触式布置，探测光缆无法安装 在被测电缆的侧上方、顶层电缆的顶部桥架上、竖井的侧壁上，应安装在被测电缆的表面，电缆 隧道探测光缆应设置在隧道的顶部中央。探测区域宜按照电缆隧道的防火隔断设置或按照防火隔 断中的每层电缆桥架、夹层设置，电缆竖井宜单独设置探测区域。如图所示： 电缆 光缆 光缆 电缆 塑料扣带 电缆固定夹 电缆桥架 电缆竖井 50cm 光缆 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 18 页 共 20 页 4.3 系统通讯系统通讯 DTS 通过通过 Modbus 口连接光纤接口协议模块模块与火灾报警主机连接。（需要和火口连接光纤接口协议模块模块与火灾报警主机连接。（需要和火 灾报警主机厂家联合开发）灾报警主机厂家联合开发） 火灾报警系统内连接火灾报警系统内连接 光纤分布式温度监测系统与火灾报警控制器之间是通过多组继电器连接起来的， 光纤分布式温度监测系统把实时收到的火灾报警信号通过自身所带的多组继电器发送 给火灾报警控制器。同时，火灾报警控制器收到报警信号后，启动相应的联动措施。 当光纤感温隧道火灾探测系统的分区报警信息传送至火灾报警控制器后，火灾报警控 制器自行组网将其传输至隧道群中控室进行显示。 与集成监控系统的接口与集成监控系统的接口 火灾报警控制器和光纤感温探测控制器均可以提供 RS-232 通讯端口或者 Ethernet，将隧道内的火灾报警和故障信息以开放协议方式通讯传输至高速公路集成 监控系统，光纤感温探测控制器以 RS-232/Ethernet 通讯协议将分区温度和报警/故 障等信息传输至集成监控系统，供集成监控系统显示和执行相关联动。 同时，光纤感温探测控制器也可以通过 RS-232/Ethernet 通讯接口接收隧道集成 监控系统的指令，包括分区隔离、信息确认和系统故障等信息。 建议增加的网络连接建议增加的网络连接 光纤分布式温度监测系统一大性能优势就是在于系统可以提供感温探测光缆全线 的温度分布曲线实时显示，使操作人员可以对温度分布一目了然。建议在主控室内增 加一台图形显示计算机，通过图形软件，可以实现对本车站所辖行车隧道的温度曲线 显示。 同时，通过后台骨干网将所有隧道消控值班室内的光纤感温探测控制器连接在一 起，光纤感温探测控制器采用以太网网关连接至骨干网，在隧道中控室的图形显示计 算机，可以实时显示所有行车隧道内的温度曲线分布，也可以以图形方式监视所有分 区的温度和报警/故障信息，并提供分区隔离、信息确认和系统故障等操作信息。 光纤分布式温度监测系统（DTS） 上海华魏光纤传感技术有限公 司 XX 电缆隧道温度监测系统 第 19 页 共 20 页 5 售后服务售后服务 5.2 服务支持协