（国网张家港市供电分公司 215600）
摘要：光纤测温技术以其独特的优势得到人们普遍的关注，也在社会各个领域投入应用。本文将介绍光纤测温技术对于传统测温技术的有利之处，并对其进行分类：分布式光纤测温技术、光纤光栅测温技术和其他光纤测温技术，整合总结各类光纤测温技术的工作原理和工程应用。通过对各类技术的应用方向和应用条件进行分析，综合阐述各类光纤测温技术的优缺点和适用范围，并做出展望。
关键词：光纤测温；分布式；光纤光栅；工作原理；工程应用
引言
温度是人类生活和工作环境中非常重要的环境量，在电力、管道、机房、石化和煤矿等领域中，只有将温度控制在适当的范围内，才能确保各领域的机器、仪器的正常工作，并确保及时发现设备故障和避免安全事故的发生。因此，对温度的准确测量和应用是现代科学研究的重点，也是进一步促进社会发展的关键。目前，用于温度测量的传感器的种类繁多，主要有：红外热像测温传感器、无线测温传感器和光纤测温传感器。光纤测温技术是利用光纤自身独特的光学性质和特点，测量各测试点温度，具有绝缘性好，抗电磁、高压，耐化学腐蚀的特点，精度高、寿命长、安全可靠。因此，光纤测温技术在温度检测领域越来越受重视，应用也越来越广泛。而光纤测温主要分为三类——分布式光纤测温技术、光纤光栅测温技术和其他类型的光纤测温计术。本文将对光纤测温技术的相关内容进行概述，对三大类光纤测温技术的特点、工作原理和实际应用做出阐述，并在最后对其未来的发展趋势进行展望。
1分布式光纤测温
1.1分布式光纤测温工作原理[1]
当在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，激光脉冲在光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用，它在向前传输的同时不断产生多种形式的散射，有瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。其中，瑞利散射对温度不敏感;布里渊散射对温度和应力都敏感，容易受外界环境干扰，影响测量的准确度；而后向拉曼散射光波的强度与所在光纤散射点的温度有关。因此，光纤测温原理就是依据后向拉曼散射的温度效应和光时域反射原理，当入射光与散射介质发生非弹性碰撞，在相互作用时，入射光可以放出或吸收一个与散射介质分子振动相关的高频声子，称为斯托克斯光或反斯托克斯光，测量入射光和反射光之间的时间差，可得发射散射光的位置距入射端的距离，获取空间温度分布信息，实现温度的分布式测量。光纤中光波散射示意如图 1所示。
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图1 光波散射示意图
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图2 电缆隧道铠装感温光缆敷设图
1.2分布式光纤测温工程应用
电力系统需要进行大量的设备监控，包括：电力电缆故障监测、变电站高压开关柜运行监测和其他厂用电气设备监测等。目前，已有很多案例，如应用在韶关电厂、宁夏石嘴山发电厂、南京扬子石化热电厂、济南钢铁厂等[2]。
对于电力电缆故障监测，大型的供电系统需要大量电缆维持电力传输系统，如果电缆过热但不能及时检测和处理，将阻碍整个系统的运行，严重时，会发生火灾等事故。因此，分布式光纤测温技术的具体应用主要是——实时监测电缆表面温度；由电缆的温度分布确定温度异常点。该测温技术已可应用于国内一般的220kV电缆线路工程中，在冶金等需要大量电力电缆供电的企业中广为应用，巴润矿业公司也将其应用到了公司内部的10/110kV供电系统中，为系统的安全工作提供保障[3]。国电宁夏石嘴山发电有限责任公司也引入了分布式全光纤测温系统，在电缆隧道内安装4条2km长的铠装温度传感电缆，如图 2所示,对所有区域进行无盲点监测[4]。
2光纤光栅测温
2.1光纤光栅测温工作原理
光纤光栅技术的本质是对纤芯折射率周期性变化的光纤进行利用，光纤的长度通常在10mm左右，,当入射光谱通过光纤Bragg光栅时，光栅的反射作用会使得一单色光KB被反射回来，该机理相当于一个反射镜。被反射回来的单色光的中心波长KB不仅与光栅折射率变化周期有关，而且还与纤芯的有效折射率有关，一旦光纤光栅周围的温度产生变化，光栅周期以及有效纤芯折射率都会发生相应的变化，由此光栅Bragg信号的波长就会出现漂移。因此，对Bragg波长KB的变化进行监测，即可得知其周围温度的变化情况，它们满足的公式是：
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2.2光纤光栅测温工程应用
电力系统中经常出现的问题在上文中已有提到，光纤光栅在这一方面的应用主要包括——监测电气设备的运行状态、监测电缆线的表面温度、监测大型用电工厂的用电安全情况等。
南方电网公司使用光纤光栅测温系统对深圳某110kV变电站变压器进行温度监测，在易出现过热异常处前后安装设置了15个测温光纤，监测过程中数据测量准确，异常状态时报警及时，通过该系统可以随时掌握变压器的工作状况。而对于高压开关柜的温度监测，光纤光栅测温相对于分布式光纤测温应用得更为广泛，如天津天辰变电站和上辛口变电站都是使用光纤光栅的技术[2]。
3荧光光纤测温
3.1荧光光纤测温工作原理
荧光光纤传感探头是一种特殊稀土荧光物质，荧光物质接受一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量，会发出荧光，激励消失后，荧光发光的持续性取决于荧光物质特性、环境因素，以及激发状态的寿命，这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，其衰减的时间常数为荧光寿命或荧光衰落时间(ns)。温度的高低决定了这种物质被激发出荧光寿命的长短，荧光光纤测温原理正是基于通过 测量荧光寿命来反演出温度。
3.2荧光光纤测温工程应用
荧光光纤测温也可以用于电力方面，最主要的就是用于开关柜。将荧光光纤测温系统用于高电压智慧型开关柜上，并与原始的测温技术相较，通过最终应用效果可发现：荧光光纤没有导电能力，完全绝缘，可以保障不会漏电，同时，测量精度非常高，综合性能好。陕西葫芦头水电站在多个电气设备组柜上同时安装了荧光光纤测温系统，确定了6个温度测试点，该系统多次在发电机组运行异常时响铃，使监管人员及时发现及时处理，实现有效防范荧光光纤测温技术虽然在电气领域也有所应用，但是其价格较高且安装复杂，因此，对电气设备、电厂环境等进行温度测量多使用的是光纤光栅测温。
4小结
光纤测温作为一种新型传感测温技术，以抗电磁干扰能力强、受环境影响小、寿命长和精度高等优势，正逐步替代原有的红外热像测温和无线测温技术，并逐渐深入应用到社会各个领域之中。
目前，光纤测温技术虽然具有优势，但也存在缺陷，因此，仍需继续研究、不断改进。可以预见在未来，主流的光纤测温技术仍将不断改善，并应用到更多的领域当中，而小众的光纤测温技术也将根据其自身特点发展成熟，在某些特殊领域替代主流光纤测温技术，发挥更好的功用。
论文作者:翟晓东,徐佟,张海华,徐大中,樊颂刚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：测温论文; 光纤论文; 光栅论文; 荧光论文; 技术论文; 温度论文; 分布式论文; 《电力设备》2018年第22期论文;