收稿日期:2007-06-22
作者简介：孙梅芳(1972-)，女，内蒙古商都人，工程师,
1994年毕业于中国矿业大学选矿工程专业，现任中国神
华神东煤炭分公司物资供应中心部门经理，主要从事进口设备采购与引进工作。
孙梅芳
(中国神华神东煤炭分公司，陕西神木 719315)
摘 要:DTS 光纤分布式温度监测系统是一种融合了光纤和激光技术，利用光纤作为传感探测器进行温度监测的高科技设备。论文通过对其工作原理、系统组成、性能参数的分析介绍，以及对该系统在石圪台洗煤厂具体安装使用过程中的功能分析、特性说明和经验总结，为同类现代化洗煤厂在电缆温度监测和火灾预警监控方面提供了可借鉴的经验。 关键词:DTS 光纤分布式温度监测系统；洗煤厂；火灾预警 中图分类号:TD75+
2 1 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2007)10 012
3 040 引 言便携式鱼缸
随着近年来光应用技术的迅速发展，光纤本身已从单纯作为光传播的媒体发展为可作为温度、压力、变形、振动、流量、放电等多种物理现象的传感器，广泛应用于工业监测、控制和保护系统之中。其中DTS 光纤分布式温度监测系统目前已经大量应用于隧道、地铁的火情监测，动力电缆的在线温度监测，大坝、堤防的温度和渗漏监测，石油与低温气体储罐或管路的泄露和火情监测，高温反应炉热点监控等多种在线温度实时监测领域。
洗煤厂作为一类运行环节多、动力配置复杂、空间布置交叉且安全环境特殊的传统工业企业，多年来其火灾火情监测一直是企业的一个难题。经过多年发展应用和尝试，建立在气体力学、光电技术和电子科技等基础上的传统测温手段已经不能满足现代化高效洗煤厂的需要。急需引入一种智能高效、简单实用，且具备早期预警功能新型温度、火灾监测技术。而光纤分布式温度监测系统为解决以上问题提供了可供选择的方案，本文重点介绍DTS 光纤分布式温度监测系统在神东公司石圪台选煤的应用情况。
1 石圪台选煤厂概况
石圪台洗煤厂位于陕蒙交界处的陕西省神木县大柳塔镇，是隶属于中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司洗选加工中心的一座特大型矿井型动力煤洗煤厂。该厂设计规模为年处理原煤12 0M t ，洗选工艺为:+13mm 重介
浅槽、13~1 5mm 重介旋流器、1 5~0 1mm 螺旋分选机分
选,
-0 1mm 煤泥采用分级浓缩、加压过滤机和隔膜式板框压滤机回收。全厂总投资2 6亿元，于2005年年底投产。
该厂在设计建设过程中，为了提升动力配电设施的安全防范能力，提高工业设施消防监控水平，达到控制火灾隐患潜在风险、降低火灾事故直接损失的目的，在对比论证多种常规监测防护方案的基础上，最终确定采用DT S 光纤分布式温度监测系统来实现对变配电室、电缆桥架和廊
能完善、成本低、可靠性强、保护参数设定简单方便和智能化、网络化等的特点。实验样机经测试，各种功能均达到预期效果，对于出现的各种故障能及时、准确地进行识别和处理。保护装置精简的硬件结构和模块化的软件设计使装置的调试、维修、扩展都很方便，具有很好的推广价值和应用前景。参考文献:
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(责任编辑 章新敏)
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道、胶带栈桥等重点部位的火灾前期在线预警和监测。2 DTS 光纤分布式温度监测系统介绍
2 1 光纤分布式温度监测系统的(DTS)工作原理
DT S(O pti ca l F i bre D istri buted T e m pe rature Sensing )光纤分布式温度监测系统是融合了当前世界上最先进的光纤和激光技术，利用光纤作为传感探测器进行温度监测的理想高科技设备。
该系统工作原理，为光纤温度激光雷达中采用的雷达技术。如图1所示，激光光源沿着光纤注入光脉冲，脉冲大部分能传播到光纤末端并消失，但是有一小部分散射光会沿着光纤反射回来，对这一后向散射光进行信号采集并在光电装置中进行分析从而提供给用户有关温度的信息，实质上输出的是整条光纤(最长30k m )
上的温度分布图。
图1 DT S 光纤分布式温度监测系统原理光纤温度传感的主要依据是光纤的光时域(OTDR:O ptica l T i m e D om ai n R e flecto m e try )原理以及光纤的背向拉曼散射(R a m an Scatf o ri ng)温度效应。当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播，光脉冲在光纤的不同部位都会产生反射，其背向散射光的强度与光纤中反射点的温度有严格的相关关系，反射点的温度
(即该点光纤的环境温度)越高，反射光的强度就越大，也就是说，背向散射光的强度可以反映出反射点的强度。通过测量背向散射光的强度来达到测量反射点温度的目的。
由于后向散射光谱中拉曼(R a m an)和布里渊(B rillou i n)散射光对温度十分敏感，它们相对于入射波长而变化，如图2所示。通过比较 斯托克斯 拉曼及 反斯托克斯 拉曼光波长，并计算出激光发射后的运行时间，就可推算出每个测量点的温度和位置。由这些温度和位置数据，系统就能产生一条实时的
光纤探头
温度分布曲线。
图2 后向散射光谱
需要说明的是，系统所测得的某一点的温度以及定位是结合前后若干个点的信息，经过若干次平均计算而得来
的。所以说某个点的温度，应理解为这个点前后一段区域的综合计算温度，这个区域的大小取决于设备的定位精度和测量时间。
2 2 系统组成
如图3所示,DT S 系统控制单元能与不同长度的光纤相连，该控制单元包括一个能产生激光脉冲的激光源，和一个能通过分析后向散射光信号来确定光纤温度分布信息
的专门跟踪监测系统。
图3 DTS 系统配接体系
控制单元由一个插入式便携电脑对其进行程序设计和管理。此外，一个专门的电脑可用作显示温度轨迹、报警和提供其它重要信息。为促进DT S 系统与洗煤厂集中控制及自动化监测系统的交流，该控制单元还提供两个标准的R S232端口，以便于通过M odbus 或其它协议进行区域信息 传输。作为选择，控制单元的输出端口还能与一套现代化火灾报警系统相连，通过提供一套单独的继电器连接装置，来进行区域和系统报警信息通讯。这三种输出形式可以同时使用，也可以根据需要自行选择。
配有调制解调器连接的专用电脑扩展，可以允许进行
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远程分析和以维护为目的的系统问讯。此外需要指出的是, DT S设备的运作是不需要电脑支持的，因为其温度、警报监测和计算，以及继电器运作是DTS控制单元中的一部分。
3 DTS监测系统在石圪台选煤厂现场布局和安装
石圪台洗煤厂主要工业场地占地约9ha，拥有生产车间5座、圆筒仓9座、变配电室7个、胶带栈桥及廊道约900m、电缆沟约500m。根据项目的实际情况，该厂采用一套DT S200-240(4k m)型光纤测温系统实现对全厂变配电室、电缆桥架和廊道、胶带栈桥等重点部位的自动火灾监测功能。该系统主要技术指标见表1所示。
DT S温度监测系统控制主机置于该洗煤厂集中控制室机房内，探测光缆的一端连接在DTS主机上，另一端通过电缆竖井进入电缆沟，再依次进入相应厂房、
表1 DT S200-240型光纤测温系统主要技术指标
最大探测距离4km测温范围-190!~460!
通道数1通道工作电压24V DC
测量方式单端测量功率25~30W
取样间隔1m工作环境温度0!~40!
定位精度1m工作环境湿度<95%相对湿度(无凝露)
测量时间10s探测光缆型号
S ensor L i ne 6 5A cr62 5
温度精度∀1!光缆外径6 5mm 最大报警分区200个光缆重量50kg/km
车间的电缆桥架、变配电室，厂房与厂房之间敷设通过连接两者的电缆沟、胶带机栈桥或廊道等来实现。由于该厂所选机型为1通道单端测量型系统，故在探测光缆的敷设路径选择上需进行周密编排和布置，减少不必要的折返和重复，以利用最少的光缆完成对所有关键部位的探测。
在一般电缆桥架中，探测光缆绑扎在成排缆线的中间一根上，直线布置并每隔1~1 5m用绑扎带固定；在较宽的电缆沟、电缆桥架中，探测光缆呈正弦波形式布置；对于放置多层缆线的电缆沟道，探测光缆应尽量布置在所有缆线热辐射均能覆盖的部位；在厂房车间、变配电室和胶带廊道等敞开式空间布置时，探测光缆采用顶部悬吊方式敷设，并距顶板25~150mm，以保证光缆周围良好的空气流动。
探测光缆监测分区根据现场情况来划分，以独立分割的厂房、车间、变配电室、廊道和电缆沟等为单位进行分区。对于线程较大的关键厂房内部，还可以以水平层、标志性设备单元等为单位来划分。每个分区除标明各自始末米程外，分区内部还需注明具体米程。以上分区在集中控制室的控制报警终端上显示详细的布置图和分区表格。总之，报警分区的划分以能够方便、迅速、明确的判断报警点的具体空间位置为原则，以提高事故处理速度。
DT S温度监测系统显示报警终端通过RS232通讯接口接入集中控制室专用工控机上，用其进行温度曲线和报警信息的显示。同时，在该集控室还设有G S9000火灾声光报警器一台，其信号由DTS控制主机引入，实现综合自动报警功能。
4 系统功能特点分析提花机
DT S光纤分布式温度监测系统在石圪台洗煤厂投用18个月来，与该矿区以前使用的缆式线型温感系统、点式烟感系统和点式火焰探测系统等传统探测报警系统相比较，主要具有以下功能特点:
4 1 系统响应速度快、分辨率高
DT S200-240型光纤测温系统的从返回信号的取样间隔为1m，提供的位置分辨率为∀0 5m。而传统传统探测报警系统每次报出的是一个区域或点位的报警信号，其空间分辨率完全取决于初期安装区域或
点位的布置密度。DTS 系统的温度分辨率通常为∀1!、系统响应时间为10s。如果缩短监测长度，或延长响应时间的话，系统就能达到更高的温度分辨率。
4 2 报警方式灵活多样，设置调整方便
DT S系统有多级定温、差温、温升趋势三种方式选择，或三种方式结合报警，可在任何时间准确显示任何一点的温度状态，在火灾发生前做到早期预警。而缆式线型温感系统通过增加电缆的芯数，最多只可设定三级定温报警，被动等待设定的报警温度，报警时往往已形成火灾。此外, DT S系统的温度报警值可以根据环境、气候和用户的要求在控制主机上任意分区设定调整，而其它系统为定值报警，出厂后无法变更。
4 3 数据显示直观、事故判断准确
DT S系统能够连续不间断测量，实时监测沿线温度分布，并在监控电脑上形成实时温度距离分布曲线(见图4)，便于监控人员及时发现温度异常点和判断温度变化的起因。同时近200个防火分区和具体的米程分辨可以实现准确的事故定位。而其它传统探测报警系统只能获得部分位置的模拟量信号，且只能以当量温度形式予以显示。不能对温度异常点进行定位和定量，只能按区域进行报警。双氧水稳定剂
4 4 系统对电缆火灾的适应性强
通常电缆火灾中，无论内部火源还是外部火源，首先都有大量热量产生的过程,DT S系统的本质即为热量敏感，故对于早期预警有很强的作用。而其它点式感烟、火焰探测系统只有在火灾发生以后，在火焰、烟雾不受能见度影响和障碍物阻隔的理想状态下，才有可能实现报警。
4 5 安全性能高，适合选煤厂特殊环境要求
光纤传感器本身为绝缘介质切采用光信号的传输，本身无电气特性，本质安全，可方便应用在煤矿、选煤厂等严格防爆和潮湿场所，以及高压强磁场或严重电磁污染的环境中，且其自身不会因传导而对系统有任何的电磁干扰。通过不同的外护套材料,DT S监测系统可以适应各种环境。而其它检测系统，因绝缘老化和电磁、粉尘干扰等诸多因
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素的影响，容易产生误报。并因其自身带电，对于部分粉尘、瓦斯超限的危险场合和潮湿
环境不适合。
图4 石圪台洗煤厂温度分布曲线图(2007年9月23日10时47分)
4 6 系统简单可靠，安装使用维护方便
对于DTS200-240系统，一根光缆即可完成4k m 距离的探测和信号传输，所有设置在终端完成，整个系统相对简单可靠，故障率很低。而其它检测系统，采取多路布线分区，现场探头和微机头布置复杂，硬件故障率高。对于点式烟感和火焰探头则需经常擦拭、清理。
另外,DT S 系统的探测光缆还具有断路探测和修复功能。任何因为连接、熔接以及外部受损引起的光纤系统功能损伤，都会被主机所探测到，并可精确定位事故点、判断事故原因。温度达到报警值，在光纤传感器不受损坏的前提下，仅以模拟量的形式输出温度数值与报警信号，并不影响系统的长期工作。在温度超出预定范围并回落的时候，具备可重复使用的特性。光纤传感器损坏后可以使用普通熔接机进行修复。而普通缆式线型感温探测器一次报警后即需更换。
5 安装使用经验
DT S200-240型光纤分布式温度监测系统于2006年3月在石圪台洗煤厂正式投用。18个月来每日24h 不间断运行，主要性能参数基本达到设计水平。在此期间除两次因电网电压波动造成系统 死机 (系统重启后恢复正常)外，其余运行平稳，无任何故障。此外该系统于2007年5月中旬探测到火灾报警一次，温升速率超限和温度超限分别报警一次，二者时间间隔15s ，经核实现场温度与位置情况与系统显示一致，发挥了其应有功能。综合该厂实际安装使用情况，应重点注意以下问题:
1)优化探测光缆的敷设路径布置，力争用有限长度的光缆实现最大的探测范围。鉴于该系统探测光缆单线延伸的特性，为了满足洗煤厂多分支、多层位和点面分散的特
点，在正式施工前应对敷设路径进行多方案对比，出最佳布局，减少光纤用量以降低工程造价。此外，在电缆廊道内电力缆线的前期布置上，就应为后期探测光缆的敷设创造条件，尽量减少缆线堆积，
为后期探测光缆的布置创造最佳空间布局。
隧道隔音降噪施工2)适应于洗煤厂监测环境的特殊性，控制系统内监测分区的划分、光缆米程的标定和光缆布置路径的具体显示是能否发挥其快速、精确特性的关键。由于洗煤厂各监测点位置分散、基准温度差异性大且路径迂回曲折，加之后期敷设路径变动频繁，故该系统投用前和每次调整后必须进行准确的米程标定和报警分区划分，以便系统真实反映报警点的具体位置和区域。另外，与光缆现场布置情况准确对应的布置图纸或画面的绘制也是洗煤厂用户区别于其它用户的最大特点。
3)该温度监测系统于洗煤厂储煤温度、胶带栈桥火灾、采暖管路泄露、大型变压器绕组运行状况等各种需要温度实时在线监控领域的应用还有继续扩展的空间。
6 结 语湿法炼锌
通过石圪台洗煤厂对DT S200-240型光纤分布式温度监测系统的实际应用和研究，该技术用于电缆温度在线监测具有适合于煤矿和选煤厂特殊环境要求、响应速度快、分辨率和精度高、数据显示直观，且简单可靠、安装使用维护方便等特点。相对于洗煤厂独特的空间、安全、环境和技术要求，该技术具有其它传统监测手段所不具备的优势。另外该技术在石圪台洗煤厂的实际应用，为同类现代化洗煤厂检测监控水平的提高提供了可借鉴的经验。
(责任编辑 严民杰)
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