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解決方案

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分布式光纖線型感溫火災預警系統
2020-10-16  |  瀏覽:1457
摘要: 分布式光纖測溫系統 分布式光纖測溫系統,基于拉曼散射效應原理硏發,可應用于電纜,倉儲等環境,能實現全程連續的髙精度溫度測量,有很強的抗電磁干擾能力,同時不產生任何電磁波污染,可在幾秒內測量岀溫度異常點,并精確確定異常點位置。設備工作不需要額外的電腦,內置工業級PC,存儲空間大,運行穩定。有效的保障了電纜的安全運行,預防火災的發生。 ◆抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、安全性好。 ◆靈敏度高,優于常規的傳感器。 ◆重量輕、體積小、可撓曲 ◆測量對象廣泛,對被測…



方案背景


根據公安部消防局《中國火災統計年鑒》統計,高層建筑火災原因中電氣故障造成的火災占據所有火災總數34%,在所有火災起因中列于首位。另據統計數據分析,各種電氣火災的起因主要是由泄漏電流,相間短路和元件或電纜超負荷這三大原因引起。相間短路和元件或線纜超負荷這些起火原因最終將會返映到導體發熱一溫度升高一達到燃點而起火。這類由發熱而最終導致的電氣火災在全部電氣火災占到了66%左右的比例。

2、方案介紹


2.1方案簡介

分布式光纖感溫系統由WXDK-CW910分布式光纖線型感溫火災探測器、感溫光纖、火災報警控制器組成。采用先進的OTDR技術和Raman散射光對溫度敏感的特性,探測出沿著光纖不同位置的溫度變化,實現真正分布式的測量。分布式光纖線型感溫火災探測器除了及時預警火災隱患外,還能精確定位火災發生位置。作為一種成熟的分布式感溫手段,分布式光纖線型感溫火災探測器具有測量距離遠、測量精度高、響應速度快、抗電磁干擾、適于易燃易爆等危險場所等優點,可廣泛應用于高壓電纜在線監測、電力載流量分析、交通隧道火情監測、油氣儲罐火情監測、輸煤皮帶火情監測、大壩滲漏監測等領域。


系統原理圖如下:

溫度測量基于自發拉曼Raman散射效應。大功率窄脈寬激光脈沖LD入射到傳感光纖后,激光與光纖分子相互作用,產生極其微弱的背向散射光,散射光有三個波長,分別是Rayleigh(瑞利)、anti-stokes(反斯托克斯)和stokes(斯托克斯)光;其中anti-stokes溫度敏感,為信號光;stokes溫度不敏感,為參考光。從傳感光纖背向散射的信號光經再次經過分光模塊WF,隔離Rayleigh散射光,透過溫度敏感的anti-stokes信號光和溫度不敏感的stokes參考光,并且由同一探測器(APD)接收,根據兩者的光強比值可計算出溫度。而位置的確定是基于光時域反射OTDR技術,利用高速數據采集測量散射信號的回波時間即可確定散射信號所對應的光纖位置。

系統拓撲圖如下:

各單元功能如下:

1)測溫主機

分布式光纖線型感溫火災探測器是核心,實現溫度測量和火災判斷。

2)測溫光纖

光纖既是信號傳輸介質,又是溫度感測元件。

3)測溫軟件

以圖形的形式顯示光纖不同位置的溫度,對被監測對象的溫度實時監控。


2.2方案亮點

分布式光纖感溫系統具有如下技術優勢:

快速性

系統感溫、定位速度非常高。為了提高測量時間,采用了高速微弱信號處理技術優勢,單次測量時間最短為3s,響應速度快。

分布特性

分布式光纖感溫系統可提供連續動態監測長達幾公里范圍內溫度變化信號,可任意設置各級溫度報警值。

先進性

該系統是目前性能指標最高、功能性最強、可靠性最高、技術最先進的分布式測溫產品。關鍵器件優選國外進口高性能器件,核心算法經過嚴格測試。

兼容性

系統主機為開放通信協議,提供與工作站聯接的通信接口,在中央控制室防災報警工作站以漢化的圖文方式顯示溫度曲線、報警位置、報警溫度等全部信息;

系統可以通過TCP/IP協議輸出形式與PC、消防報警系統等其它控制設備進行聯動,進行聲光報警,信號輸出準確、完整。

安全性

分布式光纖感溫系統具備安全記錄功能,可儲存不少于999條的歷史報警數據,并可進行有效審核。

感溫光纖本征安全,采用光信號,不會與動力電纜之間產生相互電磁干擾。

2.3系統應用場景

本方案除了用于電氣火災監測以外,還有其他多種場合的應用。

1電力電纜設施溫度監測

電廠、變電站的電纜溝道、電纜夾層、電纜橋架是專門用來長距離鋪設各種電壓和電流的電纜設施。電纜接頭和中間接頭過熱、電纜絕緣體老化和損壞等導致的電纜過熱故障都可引起火災,很難及時發現和撲救,造成大面積電纜繞損。

2)輸煤皮帶溫度監測

輸煤皮帶是煤礦、港口、火電廠等場合必不可少的煤炭輸運設備。輸煤皮帶在長期的運行中,皮帶表面會逐漸積起一層煤粉,導致皮帶摩擦系數下降。皮帶下的導輥因此產生打滑現象。滑動摩擦下導輥迅速發熱,溫度可達幾百度。這就容易使皮帶上的煤粉燃燒起來,最終導致煤炭的燃燒和輸煤設備的損毀,甚至殃及下游設備。

3)熱力管網/天然氣管道泄漏監測

當供熱管道的管子壁厚變薄、接頭斷裂或保溫層損壞后,會使得局部管段的溫度異常,測溫光纖傳感器能及時捕獲這些異常,并在溫度分布曲線上顯示出來。

通過智能化的報警算法以及圖形化的專業分析軟件,可以分析與提取出異常點的位置及溫度偏差,實現報警功能。

4)儲罐在線溫度監測

隨著我國石油工業的發展,原油、成品油儲量的增加,國內大型油庫、油罐區越來越多。油罐直接暴曬在陽光下,而且在充放油過程中浮盤的上下運動和油罐二次密封圈摩擦,易引起局部高溫,甚至由于油氣揮發達到一定濃度,直接導致火災發生。近年來儲罐區火災事故頻發,造成巨大的經濟損失。

5)圓形煤場在線溫度監測

圓形煤場是室內封閉式的貯煤場地,具有占地小、單位面積儲煤量大、自動化程度高、運行安全可靠、不受外界天氣影響、對環境污染小、景觀好等優點。出于環保和節能考慮,圓形煤場在國內大型火力發電廠的應用逐年增加。

堆積的煤炭在氧化過程中會發出熱量,當發出的熱量大于散發掉的熱量時會使熱量聚集、溫度上升,一旦達到煤的著火點時就會自燃,造成大量的煤白白燒掉。陰燃的煤被送到輸送和研磨設備,造成燃燒和爆炸事故。

由于圓形煤場的特殊結構,煤場自燃多發生于擋煤墻附近,加之圓形煤場的空間比較大,運行環境比較惡劣,傳統的監測手段已無法滿足,其溫度監測需要線型分布式光纖測量手段。

(6)市政地下綜合管廊管線狀態探測

城市綜合管廊也被稱為綜合管溝或地下共同溝,是將電力、通訊、給水、熱水、制冷、中水、燃氣等兩種以上的管線集中設置到道路以下同一地下空間而形成的一種現代化、科學化、集約化的城市基礎設施。

(7)輸油管道線路泄露監測

輸油管道在野外布設時,如果發生泄露定位困難,沿輸油管道布設分布式光纖測溫系統后,當局部泄露時,會造成泄露管段溫度下降,可通過光纖測溫系統實現對泄露位置的定位。


2.4系統部署示意

橋架/隧道

(1)線性敷設

 

(2)S型敷設

                       

 

電纜接頭

在電纜接頭處,探測光纜采用雙環型纏繞方式固定在電纜的終端及電纜接頭處,保證測溫光纜與電纜終端或電纜接頭緊密接觸。

                                                 


3、主要產品簡介

3.1 WXDK-CW910分布式光纖線型感溫火災探測器

WXDK-CW910分布式光纖線型感溫火災探測器是核心,實現溫度測量和火災判斷。WXDK-CW910分布式光纖線型感溫火災探測器采用模塊化設計,可靠性高;同時憑借高速微弱信號處理技術優勢,技術指標達到國內領先水平。



WXDK-CW910分布式光纖線型感溫火災探測器的前面板包括4LED指示燈、1個電源開關、1個復位開關,1蜂鳴器,1個帶觸摸功能液晶屏。

(1) 電源開關。探測器帶有鑰匙開關,控制信號處理單元的電源開啟與關閉。

(2) 復位開關。探測器帶有復位開關,復位開關是專用的工具,控制信號處理單元狀態的復位。

(3) 蜂鳴器。探測器自帶蜂鳴器,當探測器探測到火警后,蜂鳴器長鳴,直至系統復位或者用戶選擇消音;當探測器發生故障后,蜂鳴器間斷響,直至故障解除或者用戶選擇消音。

(4) 電源指示燈。探測器接通電源以后,電源指示燈常亮,為藍色指示燈。

(5) 運行指示燈。探測器正常工作處于探測狀態時,運行指示燈常亮,為綠色指示燈。

(6) 火警指示燈。探測發生火警后,火警指示燈常亮,為紅色指示燈,指示燈保持常亮直至復位。

(7) 故障指示燈。發生故障后,例如光纖被拔出,故障指示燈常,為黃色指示燈,指示燈保持常亮直至故障被解除(如光纖被重新插入)。

產品參數:

技術性能

規格參數

產品類別

分布式光纖/差定溫/可恢復式/分布定位/探測報警型

敏感部件長度

10km

通道數

4通道

標準報警長度

2m

定位精度

3m

溫度測量范圍

-40-85

光纖接頭

FC/APC

工作電源

DC24V/24W

操作溫度

-10-50

存儲溫度

-20-60

工作濕度

0~95R.H. 無凝露

通信接口

網口



3.2 感溫光纖

光纖由石英玻璃拉制而成,通過各種封裝形成各種特性的光纖。光纖既是信號傳輸介質,又是溫度感測元件。考慮到現場的惡劣環境,感溫光纖應具備良好的抗嚙咬、抗震特性。所以感溫光纖應具備堅固的護套,提供良好的防護特性,但同時感溫光纖也應該提供良好的溫度傳導性能,以保證快速的火災探測。


性能指標:

項目

指標

光纖結構

單芯多模光纖裝于保護護套內

光纖類型

62.5/125μm

接頭類型

FC/APC

彎曲半徑

大于60mm

拉力

安裝過程中最大200N

使用過程中最大125N

溫度范圍

-40~120

工作壽命

20

3.3 測溫軟件

軟件的主界面由菜單欄、項目名稱欄、波形窗口、設備狀態欄、運行狀態欄、日志欄及通道列表七部分組成。

l 菜單欄:各個功能菜單所作位置。

l 項目名稱欄:用于顯示各個項目的名次。

l 波形窗口:用于顯示設備上傳得實時數據,包括溫度、Stokes和Anti-stokes數據,可以用鼠標操作波形窗口。

l 設備狀態欄:實時顯示軟件和設備的連接狀態。

l 運行狀態欄:實時顯示設備的狀態,設備有三個狀態:運行、火災和故障。點擊消音按鈕可以關閉設備當前報警聲,點擊復位,可以復位設備的報警狀態。點擊自檢可可以依次點亮運行、故障、火災等指示燈。

l 日志欄:顯示軟件日志。

l 通道欄:顯示設備通道,綠色箭頭指向當前連接通道。


4、總結

河北為信電氣分布式光纖測溫系統可以應用在傳統火災告警設備很難實現的場景,作為火災預警的重要組成部分,為安全生產保駕護航。


 
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