光纤感温火灾探测系统方案(电厂)概要

电力企业光纤测温大数据平台建议书

线型光纤感温火灾探测系统

2019年7月

目 录

一、引言 ....................................................................................................................................... 3 二、光纤测温工作原理 ............................................................................................................ 4 三、线型光纤感温火灾探测系统方案 ................................................................................. 5 1.系统概述 .................................................................................................................................... 5 2.系统组成 .................................................................................................................................... 6 2.1感温光缆 ................................................................................................................................. 6 2.2测温主机 ................................................................................................................................. 7 2.3上位机监控软件 ................................................................................................................. 10 2.4火灾报警和报警控制器 .................................................................................................... 10 2.5远程通信模块 ...................................................................................................................... 11 3.系统特点 .................................................................................................................................. 11 四、系统方案设计 ................................................................................................................... 12 五、施工方案 ............................................................................................................................ 14 1.感温光缆的安装 ..................................................................................................................... 14 2.测温主机的安装 ..................................................................................................................... 15 3.上位机的安装 ......................................................................................................................... 15 六、售后服务及技术支持 ...................................................................................................... 15 1.电话支持服务 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 2.现场支持服务 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 3.设备维修及投诉 .................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1设备维修服务 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2设备更换服务 ..................................................................................... 错误!未定义书签。

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3.3 区域经理服务 .................................................................................... 错误!未定义书签。 3.4投诉受理服务 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 七、技术规范和资质认证证书 ............................................................ 错误!未定义书签。

一、引言

随着社会经济的不断发展，电力供应对社会各行业的价值日益重要，是社会发展的关键命脉之一，电力供应及其可靠运行已经成为各国的重要国家战略。电力系统包括发电、输电和变电三大重要环节，发电厂是整个电力系统的源头，保障发电厂的安全运行直接关系到电力供应的稳定。

煤矿、发电厂及其它大型厂矿内部大量的动力电缆和控制电缆分布在电缆沟、电缆桥架、电缆夹层内，输煤皮带的温度监控。各种电缆尤其是高压动力电缆，其负载过大、电缆接头老化等原因会导致温度升高，温度过高容易引起火灾，导致发电厂的发电业务中断。集中敷设的电缆起火影响范围将更广、修复时间更长、造成的损失更大。各单位迫切需要一种在线测温技术，实时自动采集电缆表面温度，在温度过高之前及时、准确的监测温度变化并发出预警，使管理者有充分的时间采取相应的措施，避免火灾发生。

为此，适时地开发出线型光纤感温火灾探测系统，实时对电缆进行温度监测，并进行预警和报警。该系统采用了全光纤传感无源测温方式，消除了监测系统自身的安全隐患，极大提高

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了监测系统对电力温度监测的可用性。该光纤测温系统被很多煤矿、电厂、大型厂矿和供电公司使用，大大降低了火灾事故的发生，真正地做到防患于未然，符合电力行业“安全第一，预防为主”的安全思想。

二、光纤测温工作原理

线型光纤感温火灾探测系统基于分布式光纤传感技术，利用光纤中散射光（拉曼）信号强度对温度的敏感特性，实现对温度变化的精确测量。

图1 光纤散射光谱图

分布式光纤温度传感是将整条传输光纤作为传感器，光纤（光缆）上的每一点都兼具“传”和“感”的功能。在分布式光纤温度传感系统中，一束较强的脉冲激光信号在光纤（光缆）中传输时，光纤中的每一点都会对激光信号产生极其微弱的背向散射，根据散射光信的波长可将其分为瑞利（Rayleigh）散射、拉曼（Raman）散射和布里渊（Brillouin）散射，如图1所示。其中拉曼散射信号的强度与该点所处位置的温度相关性最大，通过检测每一点散射光信号的光强，获得该点的温度信息，进而得到整条光纤（光缆）上的温度分布。

在拉曼散射光中，波长较短的称为反斯托克斯光，波长较长的成为斯托克斯光，它们在频谱图上的分布大致是对称的。反斯托克斯光的温度敏感性要比斯托克斯光强得多，通常将反斯托克斯光用作信号光，作为温度计算的主要依据，斯托克斯光作为参考光信号，用来消除应力、

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应变引起的光纤损耗等因素的影响。只要得到反斯托克斯光与斯托克斯光的光强比值，即可得到对应的温度值。同时通过检测脉冲信号返回光电探测器的时间，即可获得温度测点在光缆中的位置信息。

整个分布式光纤传感系统如图2所示。激光器发出激光脉冲，经耦合器到达连续光纤的各位置，在各位置会形成散射，通过光谱分离技术获得光纤各点的斯托克斯光和反斯托克斯光散射光谱。散射光谱经过光电转换单元转换成电信号并放大，再由采集单元进行降噪处理。散射光对应的电信号经过CPU处理单元进行计算，获得光纤各处的温度值和位置信息，并输出到监控主机显示和报警。

图2 分布式光纤传感系统示意图

三、线型光纤感温火灾探测系统方案

1.系统概述

基于分布式光纤传感技术研制开发的新型火灾探测系统，通过实时检测感温光缆中背向

散射光信号强度随温度的变化情况，实现对电缆温度的连续在线监测和火灾报警。该系统主要

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由感温光缆、测温主机、工控机、上位机监控软件、火灾报警控制器、远程通信模块等组成，如图3所示。沿电力电缆部署感温光缆，光缆覆盖距离2KM、4KM、8km，测温主机为2通道、4通道、8通道。测温主机的输出信号送到上位机进行集中显示和报警输出，并可以送到火灾报警控制器进行告警和消防联动。如果要在远端集中监控所有测温主机，每个测温主机侧要增加远程通信模块，方便远程进行集中监控。

图3 发电厂电缆火灾监控组网示意图

2.系统组成

系统各部分详细说明如下：

2.1感温光缆

感温光缆内芯采用62.5/125µm多模光纤，内心外包有Kevlar套管，套管外采用铠装保护（不锈钢软管和不锈钢编制丝），外套采用阻燃的低卤PVC材料，如图4所示。整个感温光缆结构保证了感温光缆具有较快的温度响应速度、较强的抗拉、抗压能力和耐高温、阻燃能力。感温光缆通常安装在电力电缆表面，沿电缆铺设。采用扎带固定在电缆上，如需增大探测面积可沿电力电缆方向S型铺设。

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图4 感温光缆结构示意图

2.2测温主机

本项目推荐使用的测温主机是FET系列，该主机由激光器、光开关、WDM模块（耦合器和光谱分离单元）、光电转换单元、CPU处理单元几部分构成。信号的处理过程为：激光器—> WDM模块—>光开关—>光电转换单元—>CPU处理单元。最终CPU系统进行大量计算处理，得到当前光纤通道中每一点的温度值；如果测量温度值大于预设的报警温度，则通过RS485接口发送信号到报警控制器触发报警；主机同时还能响应来自控制中心监控软件的网络命令请求，将实测温度通过网络发送到监控中心。

由于激光器和光电探测单元会受温度影响而发生光学特性漂移，因此传统光纤传感系统大多采用恒温箱结构为光学系统提供恒温环境。但是恒温箱结构容易出现故障，影响系统正常运行。迅捷公司采用创新的自带恒温电路系统，大大提高了光学系统的可靠性和设备的使用寿命。

对于多通道光纤测温主机，需要通过光开关频繁切换，在多个检测通道进行轮询检测。这就对光开关的切换寿命提出了较高要求，迅捷公司采用业界最先进的微机电（MEMS）光开关，其切换次数可达到109次，是传统机械式光开关切换次数的100倍，大大提高了设备的使用寿命。 在采集处理单元，采用了独创的插值采样技术，使得系统对测温点的位置定位可以精确到0.5米，大大超出了业界的定位精度（1-3米）。

FET序列测温主机安装在发电厂中控室的19英寸机架上，采用220V交流供电。FET8608L测温主机的正视图如图5所示：

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图5 FET8608L测温主机正视图

FET8608L主机前视图如下图所示：

FET8608L光纤测温主机前面板

1) 开-关：电源开关

2) 触摸屏：提供基本人机交互功能，可进行包括自检、复位、消音和历史报警记录查询在

内的各项操作

3) 电源：绿色电源指示灯，电源开关打开后，指示灯常亮 4) 运行：绿色运行指示灯，测温主机正常运行时，指示灯闪烁

5) 报警：红色报警指示灯，与测温主机相连的任何一条感温光缆测得温度大于预设报警温

度时，指示灯点亮

6) 故障：黄绿故障指示灯，测温主机探测到任何一条感温光缆出现断纤故障时，指示灯点

亮

FET8608L主机后视图如下图所示：

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FET8608L光纤测温主机后面板

 AC220V：220V 50Hz交流电电源接口  DC24V：24V 直流电源接口  LAN：10M/100M自适应以太网口

 RS485串口1：标准RS485接口，用于外部扩展  RS232串口2：标准RS232串口，用于系统维护与调试  RS232串口3“标准RS232串口，用于外部扩展  RELAY继电器1：第1~10路继电器输出口

 1~8：8路光纤输出接口，用于连接感温光缆，光缆接头类型为E2000/APC

测温主机的其他技术参数如下所示：

 主机环境参数 工作温度：-10℃~40℃ 存放温度：-40℃~70℃ 相对湿度：不大于90% 主机电源：220V 50Hz

外观尺寸：宽480mm，高132mm，深380mm  技术参数

传感器工作温度：-40℃~220℃ 测温范围：-40℃~200℃ 温度分辨率：0.1℃ 测温精度：±1℃

温度采样时间：不大于1s/Km

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报警温度误差：不大于2℃ 监测范围：每通道8Km

报警温度设定范围：-20℃~120℃（多级可调） 主机功率：不大于25W

2.3上位机监控软件

监控软件运行在工控计算机上（支持Windows 2000以上操作系统），工控机可以在测温主机现场，也可以放在远端中心控制室。利用TCP/IP协议通过以太网与分布式光纤测温主机进行数据通信，获得测温主机采集到的光缆测量点的所有温度数据；操作人员也可以在软件界面上方便的对测量点进行分区管理，对每个监测分区的报警温度进行设置，软件界面如图6所示。

图6 监控软件主界面

2.4火灾报警和报警控制器

测温主机通过RS485接口与报警输出设备（FTA-6032A）相连，报警输出设备接收来自测温主机的报警指令，对指令进行解码后控制相应的继电器动作；继电器输出信号经协议转换模

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块转化为二总线接口，再连接到火灾报警控制器。报警控制器可以发出声光报警，同时可对多个不同类型的设备如通风、喷淋等进行联动控制，实现自动消防灭火。火灾报警控制器和测温主机一起安装在电厂设备机架上，采用220V交流供电。

2.5远程通信模块

对于安装位置远离监控中心的测温主机，可以借助光纤通信网络将测温主机的温度数据、报警数据传输到控制中心。在测温主机端，远程通信模块将测温主机输出的以太网电信号转换成光信号，再上传进入光纤通信网络；在监控中心端，通过远程通信模块将对应信道的光信号转换成电信号，送到监控计算机，实现温度监测数据、报警信息的远程集中监控。

3.系统特点

和其它火灾监测系统相比，本系统具有如下特点：

 感温器件防燃防爆 光纤探测系统测温部分采用全光纤结构，真正实现了无源温度监

测，自身不带电，不发热，不会因为传感系统的布设带来安全隐患。

 测温精度高，响应快 测温主机FET8608L的温度分辨率为0.1℃，温度测量精度为±

1℃。该主机还采用高速数据总线和处理系统进行高速数据处理，对8Km感温光缆的温度检测时间4秒左右。

 实时在线监测 本系统能够对电厂中所有测点的温度进行7x24小时不间断监测，并且

可根据需要定时保存温度测量数据，为电厂的安全运行提供辅助数据。

 分布式检测，无监测盲区 分布式光纤测温系统中感温光缆的每一点都是温度传感器，

可以对感温光缆布设范围内的每一点进行实时监测，消除了监测盲区，从原理上避免了火情漏报的可能。

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 灵活的分区报警控制 通过上位机监控软件，对不同的测温区域可以根据客户需求进

行分区管理，对每个分区设置不同的报警参数。一般建议每100m距离作为一个分区，每个区域也可设置多级报警条件，如温度预警、温升预警、温度报警和温升报警等，精确的甄别出真正火灾和虚假火灾，消除误报和漏报。

 完善的自我诊断功能 本系统中在对每条感温光缆温度检测的同时，还能够实时检测

每条感温光缆的工作状态，如光缆破损、折弯造成的额外损耗，并对破损、折弯的位置进行精确定位。通过自我检测与诊断，实时发现光缆损坏，以便于及时的维修与维护。

 强大的软件功能 上位机监测软件通过网络与测温主机进行通信，在人机界面上实时

显示每个监测区域的位置、温度值和温度变化情况。当测量温度大于预设报警温度时，测温主机触发报警控制器动作，启动通风降温装置或灭火装置，监控软件亦能触发软件界面的声光报警，提醒值班人员尽快处理。如果上位机上配装了短信报警模块则可将报警信息发送到指定人员的手机上，确保火灾险情得到及时处理。在上位机上还可以查询历史温度数据和报警记录，生成安全运行报表。

四、系统方案设计

以华能集团F省H发电厂为例，H电厂需对主厂房，输煤系统，汽机房，锅炉房及煤仓间，变压器，以及厂区电缆通道等位置进行温度监测；

锅炉区域和脱硫岛等区域使用分布式光纤暂订28000米，在集控室布置一台1台FET8608L型光纤主机，每台主机4个通道，每通道测量距离为8公里，根据现场的实际情况合理配置每个通道的测温光纤，光纤总数不少于28000米；

输煤系统使用分布式光纤暂订15000米，在输煤控制室布置一台FET8603B光纤主机，每台

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主机4个通道，每通道测量距离为4公里，根据现场的实际情况合理配置每个通道的测温光纤，光纤总数不少于15000米。

如需实现报警联动，则需加装报警输出主机、报警协议转换模块和火灾报警控制器；如需实现短信报警，则需加装短信报警模块。详细设备清单如下表所示：

设备名称 光纤测温主机 光纤测温主机 感温光缆 报警输出主机 报警协议转换模块 火灾报警控制器 设备型号 FET8608L FET8603B FTS200 FTA-6032A 数量 1 1 43000 1 单位 台 台 米 备注 必配 必配 必配 必配 必配 必配 注：1.火灾报警控制器和报警协议转换模块的具体型号可根据客户需求进行选择。 2.报警输出主机的数量取决于用户对报警分区的需求，一般一个报警分区对应一个报警输出，一台FTA-6032A型报警输出主机可提供32路报警输出。

3.报警协议转换模块的数量跟报警输出数量一致，每路报警输出需配套1个报警协议转换模块。

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五、施工方案

1.感温光缆的安装

将感温光缆沿着被测高压电缆的走向敷设，用阻燃扎带将感温光缆扎在高压电缆上。如果是对多条高压电缆进行同时监测时，可以将测温光纤以S形敷设在高压电缆上，以增大覆盖面。

图7 感温光缆固定位置示意图

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2.测温主机的安装

测温主机为标准3U，19英寸上架设备，可直接放置在19英寸机柜托盘上，通过两侧固定耳安装孔固定。测温主机与上位机通过网口直接连接；当需要将测温主机的数据上传到远端控制中心进行监控时，需将测温主机的网口与远程通信模块进行连接转换成光纤接口，再通过铺设好的光纤通信网络连接到远端控制中心。感温光缆直接连接在测温主机后面的光纤连接口（FC/APC），最多8路根据需要选择。

3.上位机的安装

上位为标准4U，19英寸上架设备，可直接放置在19英寸机柜托盘上，通过两侧固定耳的安装孔固定，显示器直接放在机架的托盘上。上位机通过RS485串口与报警输出主机连接，控制报警输出主机；通过RS232串口与短信报警模块连接，发出短信报警信息。

上位机出厂默认安装针对发电厂应用开发的行业软件，用户开启上位机电源进入Windows操作系统后，可直接双击桌面放置的监控软件图标启动该应用软件，软件的具体操作方法，请参考迅捷公司提供的《监控软件操作手册》。

六、售后服务及技术支持

本系统属全自动无人值守系统，运行过程中无需派人值守，也不产生任何运行费用。工程验收通过后，系统即开始为期一年的系统免费保修期。在保修期内，除人为因素及不可抗拒因素外，我们将提供完全的免费维修。若因人为因素损坏，须按价承担需更换的设备材料费。保修期满后，还可进行长期维修服务，收取配件成本费及维修工时费，如用户有特殊要求，另行协议。

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