光纤感温探测系统在地铁中的推广应用

光纤感温探测系统在地铁中的推广应用

罗洪志

佛山市地铁运营有限公司

摘要：光纤感温探测系统火灾预警技术，是一种新型的温度检测火灾报警技术，是一个集激光、微电子、通信、数据处理、计算机控制等技术为一体的高新技术，能克服传统技术的各种缺陷。由于光纤具有非导电性，不受电磁干扰，可以直接安装在高压电缆上，监测电缆的实时温度，当电缆过热故障时，系统在火灾发生前报警，使我们有足够的时间预防火灾的发生，保护电力设施以及人身安全。

关键词：光纤感温线缆、光纤感温探测系统、电力电缆

前言

目前地铁电缆夹层、电缆井及电缆廊道的电力电缆早期火灾探测，基本上都是通过在电缆表面“蛇形”敷设感温电缆来实现。但传统感温电缆探测电力电缆火灾存在较多弊端，如故障率较高，抗干扰性差；感温电缆在出厂时温度检测点为一定值，当温度到达定值时，电缆成短路状态，不能实时反映电缆的温度变化情况，达不到实时监控的目的。本文对光纤感温探测系统应用于探测电缆夹层、电缆井及电缆廊道的电力电缆早期火灾进行探讨。

一、光纤感温探测系统

1、系统组成

光纤感温探测系统由光纤感温线缆（传感线缆）、OTS控制器（主机）、外部电源、后台监控主机等构成。

2、系统工作原理

由于温度会对玻璃纤维造成影响，从而能够局部地改变光纤中的光线传导特性，光线在传导中会产生散射，并会在石英玻璃纤维中衰减，外部物理影响的位置就能够被确定，这样光纤就能够作为一种线性的传感器。其基本原理是基于喇曼散射。喇曼散射是指往某物质中射入频率f的单色光时，在散射光中会出现频率f 之外的不同频率的散射光。这是由于物质的分子运动与格子运动（石英分子键会受温度上升而产生晶格振动）之间的能量交换所产生的。当物质吸收能量时，光的频率f变小，对此散射光称斯托克斯光。反之，从当物质释放能量，频率f变大的散射光，则称反斯托克斯光。其中，温度的变化对斯托克斯光基本没有什么影响，而反斯托克斯光的强度随温度的变化而变化，其强度可以用以下公式表示：

P反 ：反斯托克斯光的强度；P斯 ：斯托克斯光的强度； P0 ：发射光的强度； K反 ：光纤介质反斯托克斯系数 ；K斯 ：光纤介质斯托克斯系数 ；h：普朗克常数；C：光传播速度；v：发射光频率；k：玻尔兹曼常数；t：发生反射段的温度；    参考温度。

利用发射光和接收到的反斯托克斯光的时间差   可以计算不同散射点的位置，从而确定温度报警的距离。

系统原理图如下所示：

当在光纤中注入一定波长和能量的激光脉冲时，激光脉冲在光纤中传输的同时不断产生向后的喇曼散射光波。这些光波经过光学滤波及光电转换后，将信号放大并进行处理便可测量出现场的温度。根据激光的传播速度及接收到的回波时间就可对温度值进行定位。基于雷达原理，系统在一段时间间隔内对整条光纤进行扫描，就可以确定温度沿光纤分部的情况及温度与距离的关系。

二、光纤感温探测系统的优势

1、性能优势

2、技术优势

三、成本对比

光纤感温探测系统：

光纤感温探测系统能连接4KM光纤感温线缆，可监测电力电缆长度为：4KM。目前市场上光纤感温线缆每米3.5多元，OTS 控制器（光纤感温系统终端器）3.4万元/台，外部电源2000元/块，后台监控主机3.5万元/台。

            3.5ⅹ4000＋34000+2000+35000＝8.5（万元）

传统感温电缆探测系统：

每个微机调制器最长只能连200米感温电缆，4KM电力电缆需要微机调制器 20个，目前，每个微机调制器2800元，感温电缆每米35.4元。

            2800ⅹ20＋35.4ⅹ4000＝19.76（万元）

由公式可以看出监测同等长度的电力电缆，采用光纤感温探测系统更省钱。电缆感温探测系统寿命短，故障多维修率高，设备更换频繁；光纤感温探测系统寿命长，维护维修率低，因而，光纤感温系统的维修成本明显比电缆感温探测系统低。

四、应用案例对比

某地铁运营线路长度32KM，上下行隧道共敷设光纤感温线缆64.6KM，共采用了17套光纤感温探测系统，2022年全年故障数为17起。该线路电缆夹层、电缆井及电缆廊道共采用感温电缆微机调制器108套，每套最长连接200米感温电缆，共采用21.6KM,2022年全年故障数27起。

故障率对比：

<

由公式可以看出单位长度的光纤感温线缆故障率远低于单位长度感温电缆故障率，故采用光纤感温探测系统故障率远低于感温电缆探测系统。

预防性检修工作量对比：

<

由公式可以看出单位长度光纤感温线缆采用控制器数量远少于单位长度感温电缆采用微机调制器数量，故采用光纤感温探测系统的预防性检修工作量远少于传统感温电缆探测系统。

五、结束语

目前地铁隧道已普遍使用光纤感温探测系统实时探测隧道内电力电缆火灾情况，鉴于光纤感温探测系统比传统感温电缆探测系统在技术性能和成本方面更具优势，建议将光纤感温探测系统推广应用于地铁车站的电缆夹层、电缆井及电缆廊道中，实现电力电缆早期火灾探测及报警，以降低该区域火灾发生的可能性。

参考文献

1、中华人民共和国主席令第八十一号.《中华人民共和国消防法》（2021年4月29日修订）.

2、中华人民共和国公安部.《GB 50116-2013火灾自动报警系统设计规范》（2014年5月1日实施）.

3、中华人民共和国住房及城乡建设部.《GB 50166-2019火灾自动报警系统施工及验收规范》（2020年03月01日实施）.

1