方案背景

根据公安部消防局《中国火灾统计年鉴》统计，高层建筑火灾原因中电气故障造成的火灾占据所有火灾总数34%，在所有火灾起因中列于首位。另据统计数据分析，各种电气火灾的起因主要是由泄漏电流，相间短路和元件或电缆超负荷这三大原因引起。相间短路和元件或线缆超负荷这些起火原因最终将会返映到导体发热一温度升高一达到燃点而起火。这类由发热而最终导致的电气火灾在全部电气火灾占到了66%左右的比例。

2、方案介绍

2.1方案简介

分布式光纤感温系统由WXDK-CW910分布式光纤线型感温火灾探测器、感温光纤、火灾报警控制器组成。采用先进的OTDR技术和Raman散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度变化，实现真正分布式的测量。分布式光纤线型感温火灾探测器除了及时预警火灾隐患外，还能精确定位火灾发生位置。作为一种成熟的分布式感温手段，分布式光纤线型感温火灾探测器具有测量距离远、测量精度高、响应速度快、抗电磁干扰、适于易燃易爆等危险场所等优点，可广泛应用于高压电缆在线监测、电力载流量分析、交通隧道火情监测、油气储罐火情监测、输煤皮带火情监测、大坝渗漏监测等领域。

系统原理图如下：

温度测量基于自发拉曼Raman散射效应。大功率窄脉宽激光脉冲LD入射到传感光纤后，激光与光纤分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，散射光有三个波长，分别是Rayleigh（瑞利）、anti-stokes（反斯托克斯）和stokes（斯托克斯）光；其中anti-stokes温度敏感，为信号光；stokes温度不敏感，为参考光。从传感光纤背向散射的信号光经再次经过分光模块WF，隔离Rayleigh散射光，透过温度敏感的anti-stokes信号光和温度不敏感的stokes参考光，并且由同一探测器（APD）接收，根据两者的光强比值可计算出温度。而位置的确定是基于光时域反射OTDR技术，利用高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的光纤位置。

系统拓扑图如下：

各单元功能如下：

（1）测温主机

分布式光纤线型感温火灾探测器是核心，实现温度测量和火灾判断。

（2）测温光纤

光纤既是信号传输介质，又是温度感测元件。

（3）测温软件

以图形的形式显示光纤不同位置的温度，对被监测对象的温度实时监控。

2.2方案亮点

分布式光纤感温系统具有如下技术优势：

l 快速性

系统感温、定位速度非常高。为了提高测量时间，采用了高速微弱信号处理技术优势，单次测量时间最短为3s，响应速度快。

l 分布特性

分布式光纤感温系统可提供连续动态监测长达几公里范围内温度变化信号，可任意设置各级温度报警值。

l 先进性

该系统是目前性能指标最高、功能性最强、可靠性最高、技术最先进的分布式测温产品。关键器件优选国外进口高性能器件，核心算法经过严格测试。

l 兼容性

系统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TCP/IP协议输出形式与PC、消防报警系统等其它控制设备进行联动，进行声光报警，信号输出准确、完整。

l 安全性

分布式光纤感温系统具备安全记录功能，可储存不少于999条的历史报警数据，并可进行有效审核。

感温光纤本征安全，采用光信号,不会与动力电缆之间产生相互电磁干扰。

2.3系统应用场景

本方案除了用于电气火灾监测以外，还有其他多种场合的应用。

（1）电力电缆设施温度监测

电厂、变电站的电缆沟道、电缆夹层、电缆桥架是专门用来长距离铺设各种电压和电流的电缆设施。电缆接头和中间接头过热、电缆绝缘体老化和损坏等导致的电缆过热故障都可引起火灾，很难及时发现和扑救，造成大面积电缆绕损。

（2）输煤皮带温度监测

输煤皮带是煤矿、港口、火电厂等场合必不可少的煤炭输运设备。输煤皮带在长期的运行中，皮带表面会逐渐积起一层煤粉，导致皮带摩擦系数下降。皮带下的导辊因此产生打滑现象。滑动摩擦下导辊迅速发热，温度可达几百度。这就容易使皮带上的煤粉燃烧起来，最终导致煤炭的燃烧和输煤设备的损毁，甚至殃及下游设备。

（3）热力管网/天然气管道泄漏监测

当供热管道的管子壁厚变薄、接头断裂或保温层损坏后，会使得局部管段的温度异常，测温光纤传感器能及时捕获这些异常，并在温度分布曲线上显示出来。

通过智能化的报警算法以及图形化的专业分析软件，可以分析与提取出异常点的位置及温度偏差，实现报警功能。

（4）储罐在线温度监测

随着我国石油工业的发展，原油、成品油储量的增加，国内大型油库、油罐区越来越多。油罐直接暴晒在阳光下，而且在充放油过程中浮盘的上下运动和油罐二次密封圈摩擦，易引起局部高温，甚至由于油气挥发达到一定浓度，直接导致火灾发生。近年来储罐区火灾事故频发，造成巨大的经济损失。

（5）圆形煤场在线温度监测

圆形煤场是室内封闭式的贮煤场地，具有占地小、单位面积储煤量大、自动化程度高、运行安全可靠、不受外界天气影响、对环境污染小、景观好等优点。出于环保和节能考虑，圆形煤场在国内大型火力发电厂的应用逐年增加。

堆积的煤炭在氧化过程中会发出热量，当发出的热量大于散发掉的热量时会使热量聚集、温度上升，一旦达到煤的着火点时就会自燃，造成大量的煤白白烧掉。阴燃的煤被送到输送和研磨设备，造成燃烧和爆炸事故。

由于圆形煤场的特殊结构，煤场自燃多发生于挡煤墙附近，加之圆形煤场的空间比较大，运行环境比较恶劣，传统的监测手段已无法满足，其温度监测需要线型分布式光纤测量手段。

（6）市政地下综合管廊管线状态探测

城市综合管廊也被称为综合管沟或地下共同沟，是将电力、通讯、给水、热水、制冷、中水、燃气等两种以上的管线集中设置到道路以下同一地下空间而形成的一种现代化、科学化、集约化的城市基础设施。

（7）输油管道线路泄露监测

输油管道在野外布设时，如果发生泄露定位困难，沿输油管道布设分布式光纤测温系统后，当局部泄露时，会造成泄露管段温度下降，可通过光纤测温系统实现对泄露位置的定位。

2.4系统部署示意

l 桥架/隧道

（1）线性敷设

（2）S型敷设

l 电缆接头

在电缆接头处，探测光缆采用双环型缠绕方式固定在电缆的终端及电缆接头处，保证测温光缆与电缆终端或电缆接头紧密接触。

3、主要产品简介

3.1 WXDK-CW910分布式光纤线型感温火灾探测器

WXDK-CW910分布式光纤线型感温火灾探测器是核心，实现温度测量和火灾判断。WXDK-CW910分布式光纤线型感温火灾探测器采用模块化设计，可靠性高；同时凭借高速微弱信号处理技术优势，技术指标达到国内领先水平。

WXDK-CW910分布式光纤线型感温火灾探测器的前面板包括4个LED指示灯、1个电源开关、1个复位开关，1个蜂鸣器，1个带触摸功能液晶屏。

（1） 电源开关。探测器带有钥匙开关，控制信号处理单元的电源开启与关闭。

（2） 复位开关。探测器带有复位开关，复位开关是专用的工具，控制信号处理单元状态的复位。

（3） 蜂鸣器。探测器自带蜂鸣器，当探测器探测到火警后，蜂鸣器长鸣，直至系统复位或者用户选择消音；当探测器发生故障后，蜂鸣器间断响，直至故障解除或者用户选择消音。

（4） 电源指示灯。探测器接通电源以后，电源指示灯常亮，为蓝色指示灯。

（5） 运行指示灯。探测器正常工作处于探测状态时，运行指示灯常亮，为绿色指示灯。

（6） 火警指示灯。探测发生火警后，火警指示灯常亮，为红色指示灯，指示灯保持常亮直至复位。

（7） 故障指示灯。发生故障后，例如光纤被拔出，故障指示灯常亮，为黄色指示灯，指示灯保持常亮直至故障被解除（如光纤被重新插入）。

产品参数：

3.2 感温光纤

光纤由石英玻璃拉制而成，通过各种封装形成各种特性的光纤。光纤既是信号传输介质，又是温度感测元件。考虑到现场的恶劣环境，感温光纤应具备良好的抗啮咬、抗震特性。所以感温光纤应具备坚固的护套，提供良好的防护特性，但同时感温光纤也应该提供良好的温度传导性能，以保证快速的火灾探测。

性能指标：

3.3 测温软件

软件的主界面由菜单栏、项目名称栏、波形窗口、设备状态栏、运行状态栏、日志栏及通道列表七部分组成。

l 菜单栏：各个功能菜单所作位置。

l 项目名称栏：用于显示各个项目的名次。

l 波形窗口：用于显示设备上传得实时数据，包括温度、Stokes和Anti-stokes数据，可以用鼠标操作波形窗口。

l 设备状态栏：实时显示软件和设备的连接状态。

l 运行状态栏：实时显示设备的状态，设备有三个状态：运行、火灾和故障。点击消音按钮可以关闭设备当前报警声，点击复位，可以复位设备的报警状态。点击自检可可以依次点亮运行、故障、火灾等指示灯。

l 日志栏：显示软件日志。

l 通道栏：显示设备通道，绿色箭头指向当前连接通道。

4、总结

河北为信电气分布式光纤测温系统可以应用在传统火灾告警设备很难实现的场景，作为火灾预警的重要组成部分，为安全生产保驾护航。