测温预警（通用4篇）
测温预警 篇1
皮带机作为煤炭码头装卸主要设备, 因其工作量大及工作环境恶劣, 依靠人工进行巡检很难发现设备安全隐患。因此, 对皮带机电机、滚筒和托辊的安全监测是非常必要的。
随着光纤测温技术的发展, 已经能够用光纤测温技术实现温度、电流、电压、磁场等物理量监测。光纤测温技术采用的探测光纤具有体积小、重量轻、结构简单、使用方便、耐高压高温和抗电磁干扰的特点, 系统安全可靠, 在长距离测试中具有高灵敏度。
分布式光纤测温预警系统不仅具有普通光纤传感器的优点, 还具有对光纤沿线各点温度的分布式传感能力, 光纤既是传输信息的导体, 又是分布测量的传感器。它能够连续自动测量光纤沿线所在处的温度, 测量距离最大在10km范围, 空间定位精度达到1m的数量级, 特别适用于需要大范围多点测量的场所。
分布式光纤测温预警系统为港口输煤系统中皮带机的安全生产提供了一系列集可视化、智能化、无人化于一体的数字化在线检测方案。
一、系统简介
1. 分布式光纤测温预警系统原理
光纤测温的机理是依据后向拉曼 (Raman) 散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用, 发生散射。拉曼散射是由于光纤分子的热振动, 产生一个比光源波长长的光, 称斯托克斯 (Stokes) 光, 和一个比光源波长短的光, 称为反斯托克斯 (Anti-Stokes) 光。光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯 (Anti-Stokes) 光强发生变化, Anti-Stokes与Stokes的比值提供了温度的绝对指示, 利用这一原理可以实现对光纤沿线温度场的分布式测量 (图1) 。
2. 分布式光纤测温预警系统组成
分布式光纤测温预警系统由测温主机和探测光缆两部分组成。
(1) 主机。
(1) 整条光纤既传输信号又感应被测量。
(2) 在长距离内能得到高精度的温度数据。
(3) 测温速度快且精度高, 可用图表形象、直观地呈现数据。
(4) 兼容性强。开放式通信结构, 可与第三方网络 (以太网、OPC、SCADA等) 可靠方便的连接, 具有灵活的远程控制和数据输入、输出功能。
(5) 内置PC。专门开发的应用软件通过易于理解的直观图表向操作人员提供数据。
(6) 警报设置齐全。智能警报类型和配置可以根据每个项目量身定制, 向操作人员发出当前或者潜在过热部位及其它不良事件的警告。
主机技术参数见表1。
(2) 探测光缆。
BY-SCJKBH1探测光缆是一种多模光缆, 光纤表层采用可触变的芳纶纤维加以保护, 外护套为高性能的阻燃PVC材料, 光纤被很好地密封以保证不受外界环境的影响, 同时光缆具有优良的热传导特性、机械性能、防水性能及抗腐蚀特性, 可以在恶劣的环境中长期使用。光纤类型及参数见表2。可根据用户要求定制探测光缆 (图2) 。
二、技术特点
(1) 连续分布式的进行温度在线监测, 没有盲区, 没有漏测点。
(2) 根据温度变化, 及时、准确地进行预警。在还没有发生燃烧的情况下, 准确监测出温度异常位置。
(3) 光缆不怕粉尘, 又可防雷。现场采用特殊光缆既是传输信号的载体又可以测量环境温度。
(4) 固定保护夹具、钢管经久耐用。
(5) 精度高、数据传输及读取速度快, 自适应性能好。
(6) 系统软件操作简单, 结合现场实际情况进行界面设计。软件可以对光缆进行无限的区域划分, 并可以对不同的区域设置不同的报警规则, 如定温报警、快速升温报警等。
(7) 安装维护简单、方便。
三、在营口港输煤系统中皮带机的应用
1. 输煤系统皮带监测
能够了解输煤皮带系统的安全情况, 及时应对危险, 不发生火灾或爆炸事故, 降低自燃或事故而造成的损失。
输煤系统皮带监测内容:监测皮带机电机减速机、滚筒和托辊的温度变化;对比分析不同位置探测光缆安装的温度变化特性;分析、判断报警温度的设置, 通过监测皮带机电机减速机、滚筒和托辊的温度变化, 判断设备运行状态, 进行安全监测, 利于及早发现安全隐患, 合理安排检修工作, 避免皮带打滑磨损造成火灾事故发生。
2. 实施方案
(1) 系统组成 (图3) 。
营口港二公司煤炭码头采用1台10km的DTS主机对10条计2150m皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承温度进行实时在线监测;敷设了1#变电所和4#变电所测温系统温度数据传输的专用网络。DTS主机将实时采集的温度数据传送至中央控制室, 值机员可通过监控终端实时查看皮带机电机减速机端、滚筒及托辊轴承运行温度情况, 依据温度数据判断皮带机相关设备的工作状态, 为皮带机安全监测提供科学的管理手段。
(1) 由1#变电所出来的四通道分别是:第一路 (图3中紫色表示) 探测光缆对BX1-2、BX1-1皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。第二路 (图3中蓝色表示) 探测光缆对BX2-2、BX2-1皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。第三路 (图3中红色表示) 探测光缆对BX1-3、BX1-4、BX1-5皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。第四路 (图3中青色表示) 探测光缆分别对BX2-3、BX2-4、BX2-5的皮带机电机减速机、滚筒及托辊轴承进行温度实时监控。
(2) 通信光缆通过1#变电所到4#变电所沿途皮带机的电缆桥架敷设, 如图3中黑色虚线所示。
(2) 检测方案。
(1) 皮带机滚筒温度检测。
用夹具将探测光缆固定在皮带机滚筒轴端盖上, 对皮带机滚筒进行温度监测, 一旦皮带打滑滚筒表面温度上升, 热量传递到皮带机滚筒端盖处, 系统即可监测到温升, 准确发出预警信号, 避免发生皮带机火灾事故 (图4) 。
(2) 承载托辊温度检测。
将探测光缆用工装夹具固定于承载托辊轴两个夹角处, 对托辊进行实时温度监测。一旦托辊不转或皮带出现打滑, 托辊表面温度上升, 热量传到托滚轴后系统监测到温升, 当达到设定报警温度值时系统告警。皮带机托辊支架光缆走线及固定示意图见图5, 皮带机桁架槽钢光缆走线及固定示意图见图6。
(3) 系统功能。
(1) 图形数据实时显示。
实时连续显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线。可以设置系统软件在控制计算机的屏幕上以曲线方式显示整条皮带机系统各点的温度分布, 也可以设置显示整条皮带机长度与滚筒的相对位置分布图, 显示被测点位置和对应测点的实时温度值, 用户可以设置过热报警温度, 将接收的数据以曲线方式显示, 曲线可随意放大显示 (图7) 。
(2) 控制数据自动存储。
系统可以自动存储温度数据, 用户可以选择查询显示特定测温点的温度历史变化情况, 也可以选择查询显示在任意历史时刻保存的温度分布情况, 以便对设备的运行状况进行监视, 有利于对设备的维护和检修。
(3) 数据即时报表显示。
存储的温度数据以数据库的形式存储, 并可以用EXCEL表格形式显示出来, 并同时显示当前图形。此时可选择将数据或图形打印。
出现报警信号时自动切换到报警总画面, 并显示故障区域最高温度。
(4) 报警方式多种多样。
分布式光纤测温系统应具有连续测温功能, 能检测皮带机沿线温度变化情况, 报警数据可在软件中设置, 每个区域应能设置多种报警类型:最高温度报警、差温报警、温度上升速率报警、局部过热点报警、光纤破坏报警、装置异常等报警, 不同的区域能独立报警。报警方式除主控机屏幕显示基本要求外, 具有报警输出节点。
(5) 分区测量贴合实际。
能对测量区域在长度上进行分区, 对某些区域进行局部重点监测。对不同的应用环境设定不同的报警温度和报警级别, 更贴合实际应用。
四、结语
随着港口吞吐量的上升, 研发集可视化、智能化、无人化于一身的数字化港口储运及装卸设备状态在线监测技术已经刻不容缓。先进的分布式光纤测温技术将为港口的生产安全提供更多领域的技术支持和保障, 因此, 全面发展分布式测温技术在港口各个领域的应用意义重大。
摘要：介绍了分布式光纤测温预警系统的技术原理及在营口港二公司煤炭码头皮带机的应用。通过监测皮带机电机减速机、滚筒和托辊的温度变化, 判断设备运行状态, 进行安全监测, 及早发现安全隐患, 合理安排检修工作, 避免安全事故发生。
关键词：分布光纤测温预警系统,皮带机,电机,托辊,应用
参考文献
[1]江毅.高级光纤传感技术[M].科学出版社.
[2]方祖捷.光纤传感基础[M].科学出版社.
[3]李唐军.光纤通讯原理[M].北京交通大学出版社.
测温预警 篇2
低压配电线路是配网运行生产的重要组成部分。配电线路覆盖面广、分支线多,从而使线路上的接点多且分散,因此,线路接点发热造成的故障停电或供电稳定性降低已经成为影响供电可靠性指标和电网安全运行的一个重要因素。对过热线路接点的查找已经成为配网日常巡视的主要工作内容。在线测温智能预警系统,通过配网线路接点表面温度的采集,进行专家库推理,预测可能存在异常的线路节点,为设备主人和巡视班组人员掌握设备运行状态走势提供了直观的展示平台,极大地提高了巡检人员预测和提前发现设备缺陷的能力。特别对重载设备和在用电高峰时,系统在保供电中的作用愈加明显(见图1)。
1 传统人工作业方式存在的不足
对配网发热设备进行分类,根据原理可以分为电流致发热设备和电压致发热设备,分别由电流作用和电压作用而引起发热,不管是哪种因素引起的,最终均以“温度”进行定量体现,异常和故障前期反应在表面温度的异常突变和跳变。
传统巡视的工作方法是由巡视班组携带辅助检测工具,前往生产现场,通过目测、手摸和耳听辨别设备的运行情况,辅以如红外热成像仪等探测工具。这些方法和手段均存在明显的局限性,对一些发展性的缺陷较难准确发现和判断,特别是一些在运行中会出现发热的设备(接续管、电气连接接头、电流互感器、电缆终端头等)缺陷,要等设备发热到一定的程度后(一般都已造成运行设备的不同程度的损坏)才能够发
陈涵1,刘金长2,杨成月2,王力超1现,这给缺陷的及时处理造成了延误,而检测工具又存在携带不便、费用高的缺点,所以查找成本非常高。
新开发的基于电网生产管理系统(Grid Production Management System,GPMS)和在线监测管理平台的具备线路节点温度数据采集、传输、存储、分析、告警、展示等功能的在线测温智能预警系统,可以辅助并逐渐替代低效人工作业的工作方式,是配网信息化、智能化发展的必然方向。
传统人工作业与结合在线测温智能预警系统进行过热线路接点查找存在以下不足。
1)工作量大、误判和漏查情况严重。由于配网的复杂性和巡视的周期性等特点,决定了采用人工遍历巡查方式查找线路接点时,将需要庞大的工作量,运维成本也非常高,同时人工判断是基于个人主观感觉进行的,所以经常出现误差和遗漏现象。
2)信息化、自动化、规范化程度不足。随着GPMS生产管理系统的上线与推广,配网信息化水平得到大幅提升,但作为配网日常运维主要工作内容的设备生产运行巡视仍使用人工巡视或普通编码等传统方式,并未采用信息化的管理手段,也未将GPMS中信息资源进行最大限度的合理利用,与电网信息化、规范化、自动化的管理要求还有很大的差距。
3)缺乏实用和专业的巡视辅助类管理系统。目前GPMS配电生产管理系统已有巡视类功能,但功能相对单一,与现场实际情况结合不是很紧密,需要用户手工录入巡视计划单。
由于巡视范围广、工作量大、人员安排复杂,计划单相数量也非常大,有用的信息却比较少,无法达到最大提升信息系统利用率的目标。本文针对当前传统巡视中存
本文针对当前传统巡视中存在的问题和不足,提出建设一种在线测温智能预警系统,此系统依托GPMS生产管理系统,结合设备台账、生产运行、巡视管理、状态检修等关联业务信息系统,研究通过射频识别、温度感应等信息传感设备,基于智能化识别、跟踪、定位、跟踪、监控和管理的物联网技术,实现配网线路接点表面位置温度的探测、分析、推理,并能实现实时监测和智能预警,推动智能电网研究和发展。
2 基于GPMS的在线测温智能预警系统
建设基于GPMS的在线测温智能预警系统,可通过电子信息技术手段实现设备生产的有效运行监视,满足自动化、标准化、信息化、规范化的管理要求。
系统的建成将带来以下几个方面的优势。
1)为巡视和线路接点查找工作提供指导方向。参考和借鉴系统的推理和分析结果,巡视人员可以快速定位异常设备以重点检查,以及适当安排不参与本次巡查或延长本次巡视时间间隔的设备,在保证工作质量的基础上大幅度减少工作量,优化客户资源配置,提高工作效率。
2)实时、自动、全天候运行,排除人工干预。系统建成后,只要网络状态不影响数据的传输,可以7×24 h运作,给用户提供一个对关键监测点设备温度情况的有效监视平台和窗口,并能充分挖掘和分析历史数据信息,为其他联动业务提供业务信息支撑。
3 系统建设情况
在线测温智能预警系统是针对电力设备日常维护、异常生产巡视检查的一种有效补充手段。系统充分考虑与基础台账数据的高度共享,结合巡视单安排、检修计划、工作任务等相关联业务,并初步考虑构建基于GPMS配电生产管理系统的在线监测管理平台,为后续其他监测业务数据的接入做铺垫。在线测温智能预警系统建设内容涉及电网设备信息、地理模型、温度业务数据采集等。从信息流角度,系统分为监测业务数据采集、分发、保存、分析、推理、展示等不同处理步骤;从技术角度,系统又结合了无线射频、计算机、互联网、信息安全隔离、无线网络等物联网相关技术。系统网络架构如图2所示。
测温点仪器安装于配电设备,系统需要与配电设备建立联系,同时与其他业务子系统形成流程化操作。在线测温智能预警与生产管理的标准、计划、检修、作业等业务从开展到验收环节高度融合,以流程化为主线进行集成管理,保证系统是基于GPMS平台之上进行建设,同时通过GPMS与巡视安排、状态检修、台帐管理形成业务集成和数据共享,实现相关业务应用的数据共享。系统应用业务如图3所示。
在线测温智能预警系统的核心功能是温度异常规则库推理和温度异常分析引擎。
3.1 温度异常规则库推理介绍
温度异常规则库用于建立温度异常推理分析规则或推理模型,是温度异常分析的基础。建立规则库工作遵循下列原则。
1)本系统的规则库包含一系列规则,它包含数据层次上相关领域的描述性知识和具体系统运行中的过程性知识,所有知识均从有经验专家那里或经采编而来。
2)所有的知识和经验参数都要反复询问专家后再确定,然后整理为一条条规则,依据内容的不同,组建成规则库,完成不同层次上的任务(见图4)。
分析过程如下。
分析对象1:温度越限点当前负荷电流。
判断方法1:
当负荷电流<额定电流时,转“分析对象2”。
当负荷电流>额定电流时,转“分析对象3”。
结论1:无(判断方法1已跳转)。
分析对象2:柜内环境温度与触点温度的差值。
判断方法2:当触点温度不超过柜内环境温度5%时,转“结论21”。
当触点温度超过柜内环境温度5%时,转“结论22”。
结论21:柜内环境温度过高。
结论22:该点接触不好,应做检查。
分析对象3:三相负荷电流平衡(相差小于5%)或温度越限点电流小于其他两相电流的条件下判断三相触头温度平衡。
判断方法3:当三相触头温度平衡相差不超过5%时,转“结论31”。
当越限点温度超过其他触头温度5%时,转“结论22”。
当三相负荷电流不平衡且越限回路电流大于其他两相时,转“分析对象4”。
结论31:温度升高是因为负荷电流过高。
分析对象4:比较当前温度值与开关柜形式试验时同等电流情况下的差值。
判断方法4:当超过形式试验对应电流的温度值30%时,转“结论22”。
当小于形式试验对应电流的温度值30%时,转“分析对象5”。
结论41:无(判断方法4已得出或跳转)。
分析对象5:最近一次检修以来的温度变化曲线与负荷电流变化曲线关系。
判断方法5:当温度变化曲线与负荷电流变化曲线规律相同时,转“结论51”。
当温度变化曲线与负荷电流变化曲线规律不同时,转“结论52”。
结论51:温度升高是因为负荷电流过高。
结论52:可能是接触问题,需要人工再做判断。
系统提供温度异常规则库的管理功能,随着知识的积累,能够进行规则库的丰富和扩展,温度异常规则库是温度异常分析引擎的基础。
3.2 温度异常分析引擎介绍
系统建立温度异常分析引擎,利用建立的温度异常知识库和规则库采用“知识管理驱动模型运行”的设计思想,智能分析温度异常的原因。其过程为:系统把实时参数(温度、电压、电流等)作为输入参数,通过对规则的正向推理,并根据模型输入输出的依赖关系形成数据输入和输出的模型链,调用模型链中的各规则从而推理出温度监测点的温升原因。系统总体结构模型如图5所示。
推理模型的分析算法如下:
每个规则中可能包含多个影响因素(例如电压、电流、温度值),以条件判断的方式组建成复杂的推理网络,知识在推理网络中得以传递,进而分析出温度异常的原因。
例如:高压母线/电缆头连接点温度异常其规则如下:IF(连接点温度大于80℃)AND(同路母线/电缆头温度相差10℃以上)
4 对智能化建设的促进作用
我国的智能电网被定义为坚强的智能电网,其主要特征包括数字化和信息化、分布式智能化、交互式能动性。而智能电网的数字化和信息化主要体现在数字化数据的采集、控制装置和手段上,配网线路设备在线监测是当代配网线路在智能化方向上发展的一个缩影,而在线测温智能预警系统就是基于配网线路设备在线监测,是具体应用领域技术的探索和研究。作为科研项目,在线测温智能预警系统不但是传统监测方式的一次革命,同时也是配网在线监测技术有效落实与应用。建设过程中,通过对网络、安全、数据等信息技术的综合分析,系统形成了一套具备完整性、新颖性、安全性、可行性的建设和实施方案,为配网智能化建设的深化与推广提供行之有效的管理、技术和业务支撑。
5 结语
基于物联网技术的在线监测管理平台系统建设是未来智能电网发展趋势。系统通过配网线路接点表面温度的采集,进行专家库推理,预测可能存在异常的线路节点,为设备主人和巡视班组人员掌握设备运行状态走势提供了直观的展示平台,极大地提高了巡检人员预测和提前发现设备缺陷的能力,特别在用电高峰时对重载设备进行保供电分析决策中发挥了重要作用。系统建成后,将带来可观的经济效益和社会效益。
摘要：针对配电线路接点发热及由于热感应现象造成的故障问题,利用无线射频、计算机、互联网、无线网络等物联网技术,建设集数据采集、传输、逻辑分析、推理、告警等功能于一体的在线测温智能预警系统,指导用户及时、高效地对异常温升连接点和设备进行快速定位、异常确认、检修安排合理优化,防止故障范围扩大,降低故障发生几率,提高运维效率,保证供电安全,提升持续供电能力,提高配网设备使用寿命和供电质量服务水平。
关键词：线路接点,热感应,GPMS,物联网,智能预警
参考文献
[1]陈晖.GPRS通信技术在配网自动化监控系统中的应用[D].济南:山东大学,2006.
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测温预警 篇3
地铁由于具有运量大、速度快、安全、准时、无污染等一系列优点, 对促进城市郊区发展, 促进城市由单中心向多中心发展具有非常重要的意义。然而地铁设施是投资巨大、设备系统复杂、人员密集的公共场所, 一旦发生火灾, 轻则引起交通秩序和社会秩序的混乱, 重则造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失, 更严重者还会产生不利的政治影响。我国98年版国家标准《火灾自动报警系统设计规范》 (GB50116-98) 将地铁隧道定为一级保护对象, 显示了对地铁火灾安全的高度重视。
由于现有的火灾报警系统 (FAS) 设备存在总线长度有限、回路容量不够、线性感温元件保护范围小、不能定位报警点等技术困难, 目前已经运营和在建的地铁隧道都没有安装温度传感元件。鉴于地铁火灾安全的重要性, 为了有效地保护人民生命和国家财产安全, 研究一种适合在地铁隧道安装运行的, 能及时地反映地铁火灾发生的位置、灾情的区域大小、火势的大小、火势的蔓延方向、延误漂流方向等的火灾自动监测系统, 将给救灾指挥部门实时提供动态数据, 可利于救灾工作有条不紊的开展, 尽可能减少人员伤亡、社会公共财产损失。
温度是触发火灾报警系统运作的重要物理量之一。传统温度测量多用热敏电阻、光学高温计等温度传感器。但对于具有强电磁干扰的地铁隧道环境, 传统以电信号为工作基础的温度传感器通常在安全性、信号的稳定性方面受到很大的限制。而光纤的抗电磁干扰能力、组网方便及其固有的大信号传输带宽等优点, 使得光纤温度传感器突破了电温度传感器的限制, 为地铁隧道等存在强电磁场干扰的环境提供了非常有效的温度测量方法。
分布式光纤温度测量技术, 其应用是十分广泛的, 不仅仅在常规的温度测量上, 通过适当的转换模型, 该技术还可以用在水利设施的渗漏监测、地下管道的泄漏监测, 以及动力电缆的温度监测等。
1地铁火灾的主要原因和特点分析
地铁火灾的发生具有必然性也具有偶然性。必然性的火灾, 来自设备的老化、绝缘的损坏等等, 这可通过对周边设备进行实时监测, 做到早期预报, 防患于未然。偶然性的火灾大多数出自于意外的、人为的情况, 在目前国际形势复杂多变、工作压力过大等的情况下, 少部分人会做出报复社会的过激行为, 这给地铁营运带来突发性不安全的因素。
1.1 电缆火灾
电缆是地铁机车运行的动力来源, 也是地铁隧道设备系统的重要组成部分。由于电缆易燃, 着火后危害大, 电缆的防火历来为供电部门所重视。据有关资料统计, 1975～1985 年间, 因电缆着火延燃造成的重大事故发生60起, 造成直接和间接损失达50多亿元。事故分析表明, 引起电缆火灾的直接原因往往是电缆接头制作质量不良、压接不紧、接触电阻过大, 从而电缆接头过热导致火灾发生。但是, 电缆接头的制作质量的好坏, 只能在运行中才较易发现, 运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。对于电气设备绝缘老化引起的火灾, 从电缆接头过热到事故发生有一个过程, 其特点是火势产生比较慢, 烟雾及热量排放少, 但很可能造成部分供电设备断电, 照明设施失灵, 机车停止运行和通信网络瘫痪的情况。因此, 通过对电缆在线过热监测完全可以防止和杜绝此类事故的发生。
1.2 隧道火灾
隧道消防安全是目前消防研究的热点领域之一, 已取得了许多研究成果, 但仍有大量问题需要进一步研究。隧道火灾过程是一种三维非定常包含多相流体流动、传热传质和化学反应及其相互作用的十分复杂的物理化学过程。由于隧道空间小, 近似处于密闭状态, 不可能自然排烟, 同时燃烧产生的热量不易散发, 热量聚集, 内部温度上升快, 可能较早出现轰燃。日本消防研究所进行的模型隧道火灾试验结果表明, 隧道内燃料的燃烧速度是敞开空间的3倍, 隧道内的温度最高可达到1000 ℃。因此烟雾大, 温度高是隧道火灾的主要特点。
鉴于火灾本身的复杂性以及隧道火灾的特殊性, 建立隧道火灾的准确模型是指导人员疏散和减灾救灾的关键, 但这仍需通过加强开展火灾试验获取更多真实数据资料。国外的研究机构已经在废弃的隧道内开展了大量全尺寸试验:研究通风对火灾的影响和通风时火灾热释放速率的变化。这些已经完成的研究为隧道内人员的疏散和火灾的扑救提供宝贵的理论依据, 但在具体隧道环境的火灾模拟中又应该具体问题具体分析。而依靠采用先进的测量技术测量分析火灾动态特性, 如火羽流区的特性, 不但能及时反映火灾现场情况, 也可为验证数值计算的准确性提供详实的试验资料。
2地铁隧道火灾预警系统的要求
地铁隧道是复杂的地下管道网络设施, 一旦发生火灾时, 需要考虑的因数很多。不但要考虑火灾原因是人为纵火还是电力设备老化发热, 还要考虑是隧道区间着火还是运行的列车着火, 甚至区间隧道发生火灾的位置都必须纳入考虑的范围。如果采用线型感温电缆对隧道进行火灾探测, 则存在以下几个不可克服的缺点, 严重的制约了其在地铁隧道中的应用。
(1) 抗电磁干扰能力差, 误报、误动极高。地铁在隧道跑的是电力牵引的机车, 使隧道的电磁低频干扰很强, 容易引起感温电缆误报火警。
(2) 对火灾现场无法定位, 也无法探知灾害的区域范围。
(3) 不能反映火情、火势发展和烟雾蔓延的跟踪情况, 指挥中心无法获得现场的确切信息。
(4) 不能实时监测, 只有灾害出现后才报警。
(5) 只有火灾报警的开关量, 系统不能精确的反映现场温度。
(6) 一次性使用, 维护特别困难, 成本很高。
2.1 分布式光纤测温技术
温度的异常变化往往是故障或事故的直接表征和前期预兆, 如温度升高可能是运行中的设备存在局部过热、接触不良、局部放电、通风不畅、热水管道漏水、设备短路、火灾等, 温度下降可能是输汽管道漏汽、冷凝器系统故障等。通过对温度的实时在线监测, 结合温度变化量的特征和具体监测对象的特点, 综合分析、诊断和确定引起温度异常的“病根”, 可以将事故隐患消除在萌芽状态。传统点式光纤温度传感器只能测试一小部分区域内的温度状态, 而对于某些大型网络结构场合, 则需要对温度场的空间分布状态进行准确测量和实时监控。如果使用多个点式温度传感器阵列进行测试, 那么其监测任务的执行显然是不经济的。
1985年, J. P. Dankin等人首次成功地实现了采用喇曼散射的分布式测温技术。该技术很快由最初的固体激光器、光电倍增管模式过渡到半导体激光器和 APD (雪崩光电二极管) 方案, YORK 公司首先推出了其商品化的产品, 随后, 日本的藤仓公司、住友电器, 英国的 KENT 大学等机构纷纷推出了自己的成果, 分布式光纤温度测量技术迅速成为一个研究热点, 成为当今世界上最先进的高科技光电子产品之一。中国是目前世界上仅有少数几个掌握其技术和能够生产其产品的国家之一。
2.2 分布式光纤测温火灾预警系统在地铁隧道中的应用
分布式光纤测温火灾预警系统可完全满足火灾情况下的各种需求, 其优点如下:
(1) 全面、连续、实时地检测隧道的实时在线温度检测, 图形界面反映每隔一米的温度信息, 如正常温度、异常温度、火灾温度。
(2) 定位功能, 对火灾、异常温度进行精确定位, 并对灾害区域大小进行定量检测。
(3) 多级报警功能, 如一级预报警、二级预报警、三预报警、温度变化率报警等功能。
(4) 具有对火情的大小 (温度高低和灾害区域) , 火势的蔓延方向和速度, 烟雾漂流的方向和速度进行实时检测和快速分析, 及时准确地给救灾指挥部门提高灾害现场依据, 以便救灾工作的快速、正确进行。
(5) 感温光纤具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射、抗震动、阻燃、防爆、绝缘强度高, 能在高温、高湿、污秽严重、活塞风流动大等各种有毒有害的恶劣环境中长期正常工作。
(6) 光纤测温主机具有和FAS系统联动的很强功能, 将火灾区域的信号准确提供给FAS系统, 以便FAS系统准确联动消防设备。
(7) 系统具有开放式、网络化、单元化以及组网方便等优点, 极易实现信息化管理。
3系统设计
近几年来, 国内外一些电厂、化工厂等工业企业和一些公路隧道等已经采用分布式光纤测温火灾预警系统监视火灾灾情并取得了较好的效果。由于公路隧道、电厂等项目一般建筑规模小、简单, 隧道内设备少、风速低, 所以分布式光纤测温火灾预警系统在此的应用也是简单的、小规模的。通常是直接将感温光纤安装于隧道顶部, 设备设置数量少 (仅需单台或几台主机) 且火灾监控要求不高 (大多无需联网或联动设备控制等) 。
分布式光纤测温火灾预警系统是一个智能性的长距离温度探测系统, 该系统检测到的区间火灾信号要能够及时准确地送到FAS系统, FAS系统与相关设备联动, 组成地铁隧道火灾自动报警。根据这一需求, 车站级火灾自动报警系统设计方案示意图如图1。
4结论
地铁隧道环境具有强电磁干扰和网络巨大、隧道相互交错的特点。传统以电信号为工作基础的温度传感器通常在安全性、信号的稳定性方面受到很大的限制。而光纤的电绝缘性, 几何易变性及其固有的大的信号传输带宽等优点, 使得光纤温度传感器突破了电温度传感器的限制, 从而为地铁隧道等存在强电磁场干扰环境下的温度测量提供了非常有效的手段。
分布式光纤温度传感器的工作原理是喇曼散射的温度效应, 该技术的理论和实验技术基本上已经成熟。国内外不少研究所和厂家都开发了自主的分布式光纤测温系统并成功应用在电力、化工企业和水坝、油库等特殊环境中。如能将分布式光纤温度测量技术应用到地铁隧道火灾预警系统, 则能有效监测地铁隧道温度变化, 为一旦发生的地铁隧道火灾救灾指挥提供强有力的参考作用。
参考文献
[1]邹建.分布式光纤温度测量系统关键技术研究[D].重庆:重庆大学, 2005, (7) .
[2]洪利娟, 刘传聚.隧道火灾研究现状综述[J].地下空间与工程学报, 2005, 1 (1) :149-155.
测温预警 篇4
分布式光纤测温预警系统正是基于这一需求而研发出来的。它结构简单、实用可靠,并具有安全管理自动化水平。它采用光纤作为感温介质和传输介质,以光纤内传输激光强度的变化来测量光纤在油罐内各区域的温度。光纤精度高、质量轻、体积小,便于大规模敷设,和线型感温电缆相比,光纤防爆、防雷击、抗电磁干扰,具有较低的维护成本和较高的可靠性。分布式光纤测温系统能够实现油罐区无电、实时在线监测,提高了油罐区的安全性。
1 光纤测温技术原理
激光在光纤中传输时会产生瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等多种类型的散射。其中拉曼散射对温度最为敏感,它是由光纤构成分子的热振动和激光光子在相互作用时产生的。具体地说,若一部分光能转换为热振动,那么将发出一个比光源波长更长的光,此光为斯托克斯(Stokes)拉曼散射光;如果一部分热振动转换为光能,则将发出一个比光源波长更短的光,称为反斯托克斯(anti-stokes)拉曼散射光。Stokes拉曼散射光的光功率受温度影响很小,可忽略不计,而Anti-Stokes拉曼散射光的光功率对温度比较敏感,二者光功率之比是一个与温度相关的函数,
其中,PAS(L)、PS(L)分别是Anti-Stokes拉曼散射光和Stokes拉曼散射光的光功率;ΓAS、ΓS分别为Anti-Stokes拉曼散射光和Stokes拉曼散射光在光纤中单位长度上的后向散射系数;αAS、αS分别为A-nti-Stokes拉曼散射光和Stokes拉曼散射光在光纤中单位长度上的损耗系数;L为后向散射点到探测端的光纤长度。Δν为拉曼声子频率;h为普朗克常数;k为玻尔兹曼常数;T为绝对温度。可见,L处的Anti-Stokes拉曼散射光和Stokes拉曼散射光的光功率比只与外界环境的温度有关。
式(1)中光功率比是到达探测器前的光功率比,由于探测器光谱响应率的不同,需要选取一段光纤L'作为定标光纤(此光纤放置在温度为T0恒温箱内,一般取光纤的前200 m区域)。
式(1)与式(2)相比知
式(3)光功率之比等于探测器探测到的光功率之比。
对强度之比取对数,则L处的温度
其中,h,Δν,k,T0,αS,αAS,PAS(L),PS(L),PAS(L'),PS(L'),L均已知。
激光在光纤中以一定的速度传播,通过入射光和接收到的后向散射光之间的时间差Δt,以及光纤内光的传播速度,可知光纤内各点距离光纤入口的距离L如下[6]
式(5)中,c为真空中光速;n为光纤折射率。
这样,由式(4)、式(5)就可以得到整根光纤沿线上各点上的温度,从而实现了分布式测量温度[2,3]。
测温过程如图1所示。
图1中(a)是拉曼散射原理示意图,入射激光波长为1 550 nm,光纤分子的拉曼声子频率Δν为1.32×1013Hz,则Anti-Stokes拉曼散射光和Stokes拉曼散射光的波长分别为1 451 nm和1 663 nm,其中1 451 nm的拉曼散射光的光功率随着温度的升高逐渐增大。入射激光经光纤散射后(如图1中(b),Anti-Stokes拉曼散射光和Stokes拉曼散射光经窄带光谱滤波后分别进入探测器A和探测器B,记录传输时间Δt。探测器给出的电信号经处理器处理后,结合光纤定标信息,从而求得距离处的温度。采用高品质的脉冲激光光源和高速的信号采集与处理技术,便可得到激光沿传输方向的距离温度曲线。若图1中500 m处光纤温度升高,系统给出的测温曲线在500 m附近会有一个极大值,这样就可及时找到500 m处进行隐患排除,如图1中(c)所示。
2 性能指标及系统选型
光纤测温预警系统主要由光纤测温系统和火灾报警主机组成,其中光纤测温系统由测温光缆、分布式光纤测温主机组成。测温光缆感受并传送温度信号,测温主机对温度信号实时分析和监测,并将报警信号上传火灾报警主机。
2.1 性能指标
衡量光纤测温系统性能的指标主要有三个,即空间分辨率、温度精度和定位精度[5]。空间分辨率是指分布式光纤测温系统对沿光纤长度分布的温度进行测量所能分辨的最小空间单元,即最小长度;温度精度是指测量温度与实际温度的误差;定位精度在定位功能中,以长度值标示感温光纤位置时,位置测量数据与实际值的偏差。
2.2 测温光缆
感温光缆应具备良好的抗啮咬、抗振和防静电特性以及温度传导性能。用于储油罐温度监测的感温光缆,可以定做为内含金属铠装材料,外部为绝缘材料的形式。系统用光纤衰减不应大于3.5 d B/km@850 nm。整个系统的衰减不得超过控制单元的标度(2 000 m光纤上的最大衰减不超过10 d B),其他参数要求如表1所示。
2.3 分布式光纤测温主机
光纤测温主机采用OFDR技术,通过窄带检测频域信号,并在频域上进行温度计算。相比OTDR(optical time domain reflectometer)分布式光纤温度传感器,OFDR分布式光纤温度传感器温度稳定性好,测试时间短,可以降低噪声,从而获得更高的信噪比[4]。
分布式光纤测温主机通过测温通道与测温光缆相连,根据实际需要可选择不同通道数的测温主机,测温通道数最多可达到16个。测温主机具有可编程输入输出接口以及各种通讯接口。空间分辨率可到1 m,温度分辨率可低至0.1℃,测试距离可达2 000 m(可扩展)。
2.4 火灾报警主机
火灾报警主机通过连接光纤测温主机上的继电器实现报警,如图2所示。
不同的光缆对应相应的通道,通道对应相应的继电器,继电器又对应相应的输入模块。因而,火灾报警主机可提供光缆温度异常部位的位置信息。光线测温主机当测得某段光纤温度超过60℃时,通过相应继电器驱动火灾报警主机实现自动报警。
3 光纤测温预警系统方案与实施
3.1 光纤测温预警系统方案
某单位有4个拱顶油罐和3个浮顶油罐。4个拱顶油罐高12 m,直径25 m,介质为汽/柴油,油罐到主控室约500 m。3个浮顶油罐,高22/25 m,直径60/80/96 m,介质为原油,油罐到主控室约800 m。
可选用2台光纤测温主机。1号主机监测4个拱顶油罐,2号主机监测3个浮顶油罐。各通道监测的具体情况如表2所示。
3.2 光纤测温预警系统实施
系统实施的主要工作是光缆的敷设、熔接以及光缆接头盒固定。
3.2.1 光缆敷设
测温光缆安装在待测油罐顶上原有火灾探测口内,沿油罐内呈圆周分布。固定时,使用固定压板将光缆固定在油罐浮船周边,固定压板隔1 m左右使用1个,或使用U型永久磁铁将测温光缆吸附到所要安装的位置。拱顶罐内探测器固定在灌顶部的围栏下沿的扁铁上。测温光缆本身既作为感温探测光缆,同时也作为信号传输光缆,将其从地下敷设到控制室。光缆应每隔100 m设置光缆余量段。在测温光缆始端,设置光缆余量段来实现始端显示定位,在测温光缆尾端,设置光缆余量段来实现终端显示定位,并应在尾端进行防水处理。
3.2.2 光缆熔接与光缆接头盒固定
不但不同光缆盘之间持续需要进行光缆的熔接,在光缆断点处和较大损耗点处也需要进行光缆的熔接。熔接时,剥开测温光缆长度约50 cm,并将剥开部分固定至接头盒内。先清洗测温光缆,再穿热缩管,并对多对光缆完成光纤匹对。光缆熔接后,先固定盘内光缆再将光缆接头盒密封,并牢靠固定于高位。测温光缆在接头盒的进出口处要有较大的弯曲半径。铠装测温光缆应接地,接地电阻不大于4Ω。
3.2.3 测温结果
图3是光纤测温主机一号机通道三的距离温度曲线。
可以看出,光纤前端的温度抖动较大,随着距离的增加,曲线逐渐趋于一条直线。这是因为,光纤的温度除取决于油罐内油温外,还与太阳光照,与热源的距离以及室内外温度等有关。把光标定在温度曲线上某点,可知此距离处的温度。图中1 433.10 m处的温度为27.87℃。
4 结论
分布式光纤测温预警系统能够利用光纤测量其沿线的分布温度并实现告警,系统可扩展性强,单位成本随着测量距离的增加而降低。测温现场不带电、不引雷、无电源、无热源,测温主机离现场距离较远并可实现实时、高精度、远程集中自动化管理,从而最大程度上避免了火灾爆炸等恶性事故发生。分布式光纤测温预警系统对油罐内油气的温度进行实时连续的监测,当光纤温度超过60℃时能够实现自动告警。测温曲线与油温高低、太阳光照、室内室外、与热源距离等有关,温度分辨率高。通过分析运行温度,可寻找出油罐温度变化的气候、季节性规律,从而制定有针对性的巡察方案,这对预防火灾有较大的帮助作用。
参考文献
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