煤礦井下電氣設(shè)備應(yīng)用分布式光纖測溫系統(tǒng)解決方案

分布式光纖測溫系統(tǒng)是近來逐步發(fā)展起來的一種用于實時測量空間溫度場的新技術(shù)，可以連續(xù)實時監(jiān)測光纖沿線十幾公里范圍內(nèi)各點的溫度，溫度采集點達(dá)上萬個，定位精度達(dá)到到1m，測溫精度可達(dá)±1℃，測溫范圍：- 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)測點多的場合。目前常用的煤礦電氣設(shè)備溫度監(jiān)測方法主要有：人工紅外感應(yīng)槍巡檢、熱敏電阻式測溫系統(tǒng)和熱電偶式測溫系統(tǒng)。傳統(tǒng)測溫方法存在無法實時監(jiān)控、穩(wěn)定性差、絕緣性差、現(xiàn)場環(huán)境危險、受電磁干擾大、采用模擬量傳輸損耗大、測溫精度低等缺點。針對煤礦井下電氣火災(zāi)事故的主要原因及特點, 福州華光天銳自主研發(fā)了分布式光纖測溫技術(shù)對井下供電系統(tǒng)全方位進(jìn)行溫度監(jiān)測預(yù)警，甚至對于部分非一類重要負(fù)荷可在升溫幅度達(dá)到燃點之前給予斷電閉鎖的反饋控制方案。

分布式光纖測溫系統(tǒng)原理

分布式光纖測溫是指：綜合利用光纖的拉曼散射效應(yīng)（Raman）和光時域反射測量技術(shù)（OTDR）來獲得空間溫度分布信息的溫度監(jiān)測系統(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，光粒子和晶體分子的電子之間發(fā)生相互作用時的光散射，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度發(fā)生變化，反斯托克斯光強與斯托克斯光強的比值可以用來標(biāo)定溫度，利用這一原理可以實現(xiàn)光纖沿途各點溫度場的分布式測量。

光時域反射測量技術(shù)即（OTDR），其原理是：向被測光纖發(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），由于每個背向傳播的散射光都對應(yīng)光纖上的一個散射點，因此根據(jù)其傳播時間即可判斷出光纖上發(fā)生散射點的位置。

近年來，我國煤礦機電設(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，電壓等級高、設(shè)備臺數(shù)多、功率大，沿線開關(guān)、接線盒等節(jié)點多的現(xiàn)實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。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。

分布式光纖測溫系統(tǒng)針對井下幾種不同的測溫對象，進(jìn)行了相應(yīng)的光纜敷設(shè)方案設(shè)計。

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，極易發(fā)生短路或漏電過熱現(xiàn)象，針對電纜接頭人工制作比較粗大的特點，采用測溫光纜雙環(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，對整個電纜接頭的溫度監(jiān)測更密集、更靈敏。

電纜接頭的測溫光纖布設(shè)方式、電纜橋架中探測光纜的安裝、電纜槽內(nèi)測溫光纖布設(shè)方式都有對應(yīng)的解決方案。
煤礦井下各類纜線在實際敷設(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溫造成極大的不便，針對此類監(jiān)測對象的特點，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時掌握。
采用電纜鉤吊掛的電纜的溫度監(jiān)測方式
煤礦井下現(xiàn)場各類電纜往往通過電纜鉤成排吊掛，此時采取每根電纜緊密貼合布置一根光纜，煤礦井下成排吊掛的電纜測溫光纖布設(shè)方式

高壓開關(guān)柜靜觸頭、母排溫度在線監(jiān)測

煤礦地面各變配電所高壓開關(guān)柜、井下防爆高開、移動變壓器、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，對特定危險點重點監(jiān)測，
煤礦在應(yīng)用光纖測溫系統(tǒng)后，在其井下15.7km 巷道范圍內(nèi)，總計約 57260m 長的各類高低壓電纜沿途，共布置了 6314 個溫度監(jiān)測點，測點分布之廣、監(jiān)測信息量之大、傳輸距離之長是傳統(tǒng)測溫方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的。另外光纖測溫系統(tǒng)的本安性、耐腐蝕、耐高壓、抗電磁干擾性能特別優(yōu)異，并且能夠自動檢測光纜斷點精確位置，為系統(tǒng)快速修復(fù)提供便利。

高壓開關(guān)柜內(nèi)測溫光纖布設(shè)方式
在安全和經(jīng)濟(jì)效益方面，光纖測溫系統(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（往往等到冒煙時才能發(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。