西山晋兴能源斜沟选煤厂感温光缆设计方案Word下载.docx
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GB/T17626.2-1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
GB/T17626.12-1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验
相关的安装工程质量检验评定标准。
其它与本合约工作容有关的国家、地方或国际标准。
二、项目概述
斜沟选煤厂作为一个现代化大型选煤厂,主厂房分布着大量电缆桥架和动力电缆,这些电缆的正常运转直接关系着选煤厂的安全生产。
为了洗煤厂的安全运营，经过实地考察，我公司建议在选煤厂一期和二期主厂房变电所分别设置一套分布式光纤测温系统，对一期主厂房里电缆桥架的电缆和二期主厂房里电缆桥架的电缆进行实时温度在线监测，对各被监测对象的温度异常点进行准确定位、提前预警，还可以指导检修工作，为电缆的安全运行提供有效保障。
“责任重于泰山，要防患于未然”，我们正是遵照这种思想，对线型光纤感温监测报警系统在洗煤厂里的控制电缆及动力电缆运行温度监测进行深入的研究，通过对厂房电缆各个部位温度和火灾发生前的实时在线监测，做到将事故消除在萌芽状态。
确保洗煤厂各个系统的安全运营、节能运作，确保人身安全和国家财产的安全，提高洗煤厂整体运营的经济效益。
这套光纤测温系统由光纤探测系统控制器（光纤测温主机）、探测光缆、相关软件以及其他必要的配件组成。
主要改造容为：
斜沟选煤厂一期、二期主厂房每层电缆桥架分别铺设一根感温光缆。
我们在选煤厂一期和二期主厂房变电所各安装1台2km、4通道光纤测温主机，最后通过一套集控系统把两台主机的测温数据统一上传到集控室的监控中心，进行统一监控。
三.分布式光纤测温系统测量机原理
3.1测量原理
分布式光纤测温系统（DTS）中光纤既是传输媒体又是传感媒体，主要由光纤测温主机及感温光缆组成。
依据不同的监测环境选用不同类型的感温光缆。
测温控制主机可通过PC机在WINDOWS环境下由工程师调试编程完成，设定区域长度及报警点以及系统校定等均可采用Windows软件来完成。
测温主机可在显示器上实时显示光缆的温度轨迹，报警信号能突出显示，并能确定及显示光缆受损点实际位置。
分布式光纤传感系统（DTS）是利用激光在光纤中传输能够产生背向散射，在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生背向拉曼散射，即反斯托克斯光和斯托克斯光，其中背向反斯托克斯光的强度会受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变。
依据背向反斯托克斯光强度的解调，产生了拉曼型分布式光纤测温系统（DTS）。
入射光
布里渊狭带
拉曼“斯托克斯”光
拉曼“反斯托克斯”光
拉曼狭带
波长
分布式光纤测温系统是通过将散射回来的拉曼光波经波分复用、光电转换、放大、解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来；
并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。
该设备探测无盲区，每10秒种即可通过数千个温度点对长达数千米的光缆进行测量，并获得一个精确的温度分布。
分布式光纤测温系统的原理图如下所示：
分布式光纤测温系统原理示意图
3.2系统的组成结构
系统的组成结构框图
根据前面理论知识的可知，光纤所在区域的温度信息与反斯托克斯的光功率有关，并通过反斯托克斯光与斯托克斯光的比值来解调出温度。
分布式光纤测温系统可划分为四个子系统：
控制触发子系统，光信号采集子系统，光电转换子系统和电信号处理子系统。
控制触发子系统是指同步脉冲发生器，产生具有一定宽度和重复频率的脉冲；
光信号采集子系统主要是由脉冲激光器，光波分复用器和传感光纤构成。
脉冲激光器需要产生脉宽较窄且功率较大的光脉冲，光波分复用器集成了薄膜干涉滤波片，能够滤出斯托克斯和反斯托克斯这两种特定波长的光；
光电转换子系统是由光电检测器和主放大器组成，把微弱光信号转换成适合数据采集卡处理的电压信号。
光电检测器一般采用具有部增益的雪崩二极管（APD），主放大器一般由多级组成，要求宽带，高增益，低噪声；
电信号处理子系统由数据采集卡和计算机组成，数据采集卡要有较高的数据采集速度和采集位数，从而有效的进行数据累加和平均处理。
3.3系统的测量机原理
计算机控制同步脉冲发生器产生具有一定重复频率的脉冲，这个脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大功率光脉冲，同时向高速数据采集卡提供同步脉冲，进入数据采集状态。
光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在光纤中各点处产生后向散射光，返回到波分复用器。
后向散射光通过薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经波分复用器的令外两个端口输出，并分别进入到光电检测器（APD）和主放大器中进行光电转换和放大，将信号放大到数据采集卡能够有效的采集围上。
此时数据采集卡将传感光纤各点散射回来的光电信号进行采集和存储，产生一条光纤温度曲线，并等待后续光脉冲产生的散射光电信号进行累加和平均等数据处理。
最终由计算机通过编译好的软件进行温度解调和显示。
3.4分布式光纤传感系统特点
（1）快速性：
系统测温、定位速度非常高。
为了提高测量时间，振东光电采用了高速数据滤波技术，以解决海量数字滤波优化问题；
系统主机的激光发射装置每秒钟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。
（2）分布特性：
分布式光纤传感系统为分布式光纤测温系统，可提供连续动态监测长达十几公里围每隔0.5米各点的温度变化信号，可任意设置各级温度报警值。
（3）先进性：
该系统是世界上目前性能指标最高、功能性最强、可靠性最高、技术最先进的产品。
采用的光元器件是通过纳米技术生产出来的进口器件。
（4）准确性:
该系统的取样间隔0.5m，温度分辨率0.1℃，温度精度±
1℃；
定位精度达±
0.5m。
（5）灵活性:
分布式光纤传感系统是在线监测方式；
监测围任何一点的报警信号上传至综合监控系统的时间不大于30秒；
本系统的主机可提供继电器接口（无源干接点）在火灾报警控制器上进行报警，可按区间提供一组干接点报警信号；
监测系统提供的是一个连续的动态监测信号,系统可设置多级温度点报警即系统支持多级报警，如40℃预报警,50℃采取措施等，并且可以根据环境不同进行报警点温度参数设定；
为避免误报发生，针对事故发生前的温度变化率大的特点,在报警设置中可设置温升速率进行监测,当监测到温升速率大于该值时发出报警信号,并提供相应的信号输出；
多种报警条件，只要满足一条，系统就会立即产生报警。
可根据现场要求对取样间隔进行调整，最短取样间隔为0.5米；
报警控制区可编程,并可按照用户的要求进行灵活设计，每一系统可针对环境变化可设置每公里不小于300个不同报警控制区域。
针对地铁的特殊需求，系统可将每50米设置为一个分区，当某一分区出现异常情况时，DTS系统会自动将此分区报警信息（如位置、报警类型、温度值等）打包上传至地铁集中监控系统。
（6）兼容性：
分布式光纤传感系统的主机为开放通信协议，提供与工作站联接的通信接口，在中央控制室防灾报警工作站以汉化的图文方式显示温度曲线、报警位置、报警温度等全部信息；
系统可以通过RS232、RS485、置继电器、RJ45或其它工业协议等输出形式与PC、消防报警系统等其它控制设备进行连动，进行声光报警，信号输出准确、完整；
分布式光纤传感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；
（7）安全性：
系统软件授权管理，安全可靠；
用户可以对系统今后的升级和维护进行更新；
分布式光纤传感系统具备安全记录功能，可储存系统运行以来的所有历史数据，并可使用便携式计算机下载有关数据；
如果光纤受损，系统可以定位受损点，具有自诊断功能，并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；
激光安全等级符合Class1M（激光暴露时对人体完全无伤害）；
探测光纤本征安全、可靠，采用光信号，不会与电之间产生相互电磁干扰。
3.5光纤测温系统与传统传感器比较
光纤测温系统与传统传感器比较具有许多天然的优势，主要包括：
（1）连续分布式测量
分布式光纤传感器是真正的分布式测量，可以连续的得到沿着探测光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低。
同时实现实时监测。
（2）抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常的工作。
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。
（3）本征防雷。
雷电经常破坏大量的电测传感器。
光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。
（4）测量距离远，适于远程监控。
光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测。
（5）灵敏度高，测量精度高。
理论上上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，实际已成熟的产品也证明了这一点。
（6）寿命长，成本低，系统简单。
光纤的材料一般皆为石英玻璃，其具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。
综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。
四.系统方案设计
4.1应用围
斜沟洗煤厂一期、二期主厂房所有电缆实时温度监测。
4.2光纤测温系统选型
为了有效监测斜沟洗煤厂一期、二期主厂房所有动力电缆实时温度，为了为本工程推荐的火灾监测与报警系统是由华通电力公司的ZD-2型光纤测温主机、线型光纤差定温火灾探测器（以下简称感温光纤）和监测软件。
这套火灾检测和报警系统具有性能稳定、寿命长、适应环境宽、价格适中等优点，是最早通过消防监督中心型式检验的产品。
该套系统得到中国国家消防电子产品质量监测中心的检验认可，是技术先进、稳定和成熟的消防探测与报警产品。
该套系统已在国多个洗煤厂及煤矿成功运营，拥有丰富的监控经验。
4.3光缆铺设方案
4.3.1感温光缆铺设原则
为了全面监控电缆桥架的动力电缆运行温度，对电缆桥架动力电缆测温宜采用接触电缆布置，对于宽度小于0.4米的电缆桥架，通常采用直线方式铺设光缆，光缆以宽松方式铺设在桥架正中央；
大于0.5米的桥架宜采用正弦波方式铺设光缆，光缆直接绑缚在保护电缆的外护套上面，以便感温光缆与电缆桥架每根电缆都能有效接触。
固定感温光缆的卡具数目计算方法如下：
固定卡具数目=正弦波半波个数×
2+1
感温光缆的长度按下列公式计算：
感温光缆的长度=托架长×
倍率系数
倍率系数按下表选定：
托架宽（米）
1.2
2.0
0.9
1.7
0.6
1.4
0.5
图4电缆桥架光缆铺设
4.3.2感温光缆路径
1#主机：
通道1：
一期主厂房第一层右侧电缆桥架动力电缆温度监测；
电缆桥架单层展开总长约为600米。
通道2：
一期主厂房第一层左侧电缆桥架动力电缆温度监测；
电缆桥架单层展开总长约为500米。
通道3：
一期主厂房第二层电缆桥架动力电缆温度监测；
电缆桥架单层展开总长约为450米。
通道4：
一期主厂房第三、四、六层电缆桥架动力电缆温度监测；
电缆桥架单层展开总长约为400米。
1#主机共监测电缆桥架展开长度约为1950米。
一期主厂房电缆桥架走向图
2#主机：
通道1：
二期主厂房第一层右侧电缆桥架动力电缆温度监测；
通道2：
二期主厂房第一层左侧电缆桥架动力电缆温度监测；
通道3：
二期主厂房第二层电缆桥架动力电缆温度监测；
通道4：
二期主厂房第三、四、六层电缆桥架动力电缆温度监测；
2#主机共监测电缆桥架展开长度约为1900米。
二期主厂房电缆桥架走向图
4.4设备选型
针对斜沟洗煤厂共有两个主厂房，并且主厂房电缆及电缆桥架密布，为了有效监测上述区域，为此项目配套了高性能的ZD-2型2km、4通道光纤测温系统，感温光缆选用通过防爆认证的GTH-01型高灵敏度感温光缆。
通过现场测量1#主厂房电缆桥架共长约1950米，按直线铺设计算约需感温光缆2000米，加上每个通道预留的光缆及电缆桥架感温光缆弧形铺设，共需感温光缆约3500米；
2#主厂房电缆桥架布局基本与1#主厂房类似，厂房电缆桥架共长约1900米，按直线铺设计算约需感温光缆3400米，加上每个通道预留的光缆及电缆桥架感温光缆弧形铺设，共需感温光缆约3000米；
4.4.1光线测温主机技术指标（为此项目配套主机）
型号：
ZD-2；
产地：
中国、；
探测距离：
2.2km；
适用光纤类型：
50/125或62.5/125；
通道数：
4通道；
与光纤连接方式：
E2000/APC或FC/APC；
测量时间：
<
5秒/通道；
取样间隔：
0.5米；
定位精度：
测温精度：
±
温度分辨率：
0.1℃；
主机测温围：
-100℃～500℃（依据所选用光缆）；
继电器：
16路（最大置48路）；
通讯接口：
RJ45、RS232/RS485、USB；
通信协议：
TCP/IP、OPC、MODBUS等；
报警方式：
定温﹑差温（温升速率）及温差报警（由软件设置）；
短消息功能（可选）：
提供短消息报警功能，实时将报警信息发送给维护人员；
工业计算机：
置、在间隔小于10分钟情况下保存记录大于10年；
操作系统：
WindowsXP中文版,可远程维护；
最大报警分区:
300个/km,每个区域任意设定长度与温度报警线，光纤受损后可自动检测并定位受损点,并且探测光缆的采集信号不会丢失；
激光安全等级：
满足IEC60825-1（2007）Class1级,达到激光等级最高级,对人眼完全无伤害；
产品符合电磁兼容要求
工作电压：
DC24V或AC220V；
使用环境：
-10℃～50℃；
存储温度：
-20℃～＋60℃；
相对湿度：
<
95%RH（无凝露）；
模块化设计（激光发射、接收、控制及通讯、电源做成功能式模块）；
产品尺寸：
482mm（宽）*88mm（高）*340mm（深）
产品净重：
8kg
安装方式：
19"
机架式；
4.4.2感温光缆（为此项目配套主机）
传感光纤为多模62.5/125（纤芯/包层/丙烯酸酯涂层）圆形渐变折射多模光纤，光纤损耗：
≤3.0dB/km（波长850nm），0.7dB/km（波长1300nm），光缆置凯芙拉纤维、不锈钢软管、不锈钢编织网，外披防静电阻燃型PVC外护套，具有良好阻燃和防静电特性。
此传感器为非电产品，本征安全，无电源，无发热源，无静电，已通过防爆认证。
光纤型号：
GTH-01；
光纤类型：
62.5/125
光纤芯数：
单芯
绝缘护套直径：
0.9mm
金属护套材料：
采用Ф2.4mm不锈钢螺纹软管铠装护套。
该护套使其在安装时操作更为简便并且提高机械稳定性；
外护套材料：
采用Ф3.3mm防静电阻燃型PVC作为外护套，具有较高热幅射灵敏性，防水防潮性能良好，能够避免光缆因摩擦而产生静电，完全满足防爆、工程安装需要和长期运行的需要；
最小弯曲半径：
小于60mm；
防护等级级别：
≥IP66；
拉伸强度：
安装过程中最大500N；
使用过程中最大300N；
抗压强度：
安装过程中最大1000N/10cm；
使用过程中最大600N/10cm；
线性碾压力：
300N/cm引起~0.3mm的变形；
探测温度：
-30℃到+90℃（长期），120℃（>
120小时）；
光缆工作寿命：
大于30年；
防冲击、反复弯曲、扭转、曲绕、弯折、卷绕、渗水性能等均符合IEC794-1标准。
光缆本征安全，具有抗电磁干扰、抗机械冲击、抗腐蚀，耐压绝缘强度高等特性。
4.5系统通讯
2台光纤测温主机分别放置在一期主厂房变电所和二期主厂房变电所变电所里，每台设备负责采集所监管区域的电缆温度数据，并通过以太网上传至监控中心的集控系统工作站里，通过工作站可以集中显示一期、二期主厂房没处动力电缆的温度状况，并对异常温度点提供实时报警信息和位置信息。
通讯系统结构图如下：
监控中心的集控中心工作可以
五.软件介绍
分布式光纤测温系统的测试控制软件，套功能强大，界面友好，操作简单，充分体现了DTS系统的功能和特点。
本系统运行于多视窗操作系统WINDOWS，中文界面，操作简单。
用户用鼠标可以选定测温曲线上的任一点进行放大显示，以观察测温细节。
5.1光纤测温系统软件功能
光纤测温主机软件界面（温度显示）
上图是光纤测温系统监视状态下的主界面，典型的显示方式是在主界面下方显示的是整条光纤的温度曲线图，主界面上方显示的是某一分区的温度曲线图，分区是根据用户需要进行分割的报警区域，纵轴表示温度，横轴表示距离。
在主界面下方也可以显示光纤的空间图，根据用户设置，在空间图中会显示特定点的信息，如当某处温度异常的时候通过曲线可以显示该处温度升高或降低，根据波峰的走向也能反映出温度的走向和趋势；
每个分区可以分别设置过高或过低的温度报警值，当测量温度超过阈值温度时，系统会自动发出报警信号。
在光纤空间图上也会用报警色突出显示报警分区及报警信息。
系统根据用户需要，可以定时保存温度数据；
并可以使用专门的分析软件对历史温度数据进行查询分析统计，可以查询或统计一条光纤在某一点、某一段或某一个时间围温度数据。
当系统检测到温度报警时系统会自动保存报警前后及报警时的温度数据。
当系统检测到温度报警时系统会自动保存报警前后及报警时的温度数据分布式光纤测温系统软件具有以下功能：
a.主监控系统软件为多窗口应用，中文界面，完全按照用户的逻辑视图（电缆回路布局图或接线图），展示用户设备全局状态。
b.实时显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线。
c.可手机短消息报警，报警分工作级和管理级两层，按照事件的重要级别发送到工作层人员和全部人员（包括负责人）；
用户自定义报警事件的报警等级，和接收人群。
d.报警功能：
分布式光纤测温系统应具有连续测温功能，能检测环境温度变化情况，报警数据可在软件中设置，每个区域可以设置3种报警类型：
最高温度报警、温度上升速率报警、最高温度与平均温度差值报警。
同时具有光纤破坏报警、测温设备异常报警等功能。
报警方式除主控机屏幕显示，音效和发送报警短消息等基本要求外，并可输出符合工业标准的报警输出；
报警信息应实时存入数据库，格式为：
时间/类型/名称/地点描述/报警指标量/备注等。
e.分区测量：
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。
f.可记录十年历史信息（取样间隔不大于10分钟）。
g.软件系统可同时连接扩容的多台DTS主机，并实现上述所有功能。
5.2集控系统软件功能
DTS集中控制系统应用于DTS网络中，DTS网络采用以太网接口进行相互通信，网络结构如下图，主站与每个从站建立稳定的TCP连接；
在整个网络中只能存在一个主站，而从站可以有多个。
并且主站于从站要进行通信，需要从站打开组网服务。
DTS
HUB
LAN网络
集中监视（主站）
系统连接图
软件可实现实时显示与电子地图功能。
根据主厂房电缆桥架的布置信息绘制成平面图，该平面图包括桥架的走向。
当系统检测到主厂房某处桥架温度异常时，立即通过软件实现告警，并在电子图里指示告警的区域以及温度等信息。
通过集控系统软件使工作人员在监控室就可以及时观察一期主厂房和二期主厂房电缆桥架电缆的实时温度及光纤测温主机的运行状态，减少人员对设备的巡视，可大大减少日常系统运行的管理人员。
监控中心集控软件示意图（电子图显示）
此外本软件可根据安全性的问题，决定设置不同的权限来区分不同使用者的不同的权利。
此软件使用两种不同的权限：
i）操作员级，仅限于查看各种火警状况及防火设备情况，但不能够关闭此软件的运行。
ii）管理员级别，可以具有以上两者的权利，还可以进行系统的开启和关闭工作，并对各项功能作出如屏蔽等操作。
5.3报警算法
光纤测温系统24小时在线监测，为了得到较高精度温度数据，每隔5秒采集1个通道的温度数据，通过与历史数据及设置阈值相比，如发现温度异常变化，说明光缆周围环境温度发生变化，如变化围达到系统预设的报警阈值，系统自动提供报警提示，并实时上传所有数据给自动监控系统。
系统报警有如下三种报警方式：
5.3.1定温报警
定温报警的算法：
设置一个定温报警限定值T，然后检查各个温度点，是否达到或超过这个限定值T，如果达到或超过了就报警。
设置和检查方式：
限定值设置在每个区里，根据每个区的定温限定值判断该区的温度值是否超过了限定值，该分区就报警；
需要遍历该分区所属的所有温度点，最后报警的值是最高温度点的温度。
5.2.2温升报警
温升报警的算法：
计算光缆上每个测温点每分钟温度变化量，温升值会随着光缆温度动态变化。
与定温报警的设置与检查方式类似。
5.3.3温差报警
温差报警的算法：
设定一个参考区域
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