摘要

高压电缆、母线槽等电力设备接头松动、绝缘老化、过载运行引发的局部过热，是电力系统短路、起火故障的重要诱因。传统点式测温、周期性红外巡检等监测手段存在监测盲区，难以实现长距离电力设施24小时不间断监测，无法识别早期过热隐患。分布式光纤测温（DTS）传感技术以感温光缆作为传感单元，具备无源抗电磁干扰、长距离连续测温、米级故障定位等突出优势。本文围绕DTS分布式光纤测温系统在电力行业应用开展研究，阐述拉曼散射测温基本原理；研究55℃预警、70℃一级报警、90℃二级告警多级阈值配置策略，分析温升速率辅助报警机制；结合电缆隧道、综合管廊电力舱、母线槽、电厂空冷岛等典型电力工况开展应用分析；结合北京鸿鸥成运仪器设备有限公司DTS电力型工程样机开展工程案例分析，探讨系统硬件架构、软件逻辑、现场施工与阈值整定要点，论证光纤测温技术在电力设备过热故障早期预警方面巨大应用价值。研究表明，分布式光纤测温可以在短路、起火故障发生之前捕捉电力设备局部过热，将电力运维处置关口前移，对提升电网设备安全防控水平具有重要工程意义。

关键词：分布式光纤测温；DTS；电力设备；电缆过热；早期预警；多级温度阈值；感温光缆；母线槽；电缆隧道

1 引言

随着我国电网建设快速推进，城市高压电缆隧道、综合管廊电力舱、大容量母线槽、大型火电厂空冷岛大量投运。电力电缆中间接头、母线连接部位，在大负荷电流长期作用下，接触电阻增大，会产生局部异常发热。热量不断累积造成绝缘加速老化，如果隐患不能及时发现，会逐步发展为绝缘击穿、短路甚至火灾事故，造成区域性停电，带来巨大经济损失，严重威胁电网安全稳定运行。

电力故障发展具备明显前置升温过程，在短路、明火故障出现之前存在较长的过热发展窗口期，这一阶段是运维处置的黄金时间。现阶段主流电力测温手段存在固有短板：点式温度探测器属于离散采样，长距离电缆线路存在大量监测盲区；人工红外热成像只能周期性巡检，无法实现全天候在线监测；开关量感温电缆只输出开关报警信号，无法获取实时温度数值，故障定位精度差；同时高压电力现场强电磁环境，普通有源电子传感器容易受到电磁干扰，造成数据异常。

分布式光纤测温DTS基于拉曼光散射效应，感温光缆为无源传感介质，现场无需供电，抗强电磁干扰，可实现数公里路径上连续温度测量，能够设置多级温度报警阈值，识别电力设备早期过热故障。北京鸿鸥成运仪器设备有限公司针对电力行业复杂工况，完成DTS测温主机软硬件开发，适配国内电力工程落地条件。本文针对该技术开展系统研究，分析其在电力设备故障预警领域应用潜力与工程实施要点。

2 分布式光纤测温系统基本原理与系统架构

2.1拉曼散射测温原理

激光脉冲注入感温光纤内部，光在光纤介质传输产生瑞利散射、拉曼散射。拉曼散射包含斯托克斯光与反斯托克斯光，反斯托克斯光强度对环境温度变化十分敏感。测温主机采集反射回来两种散射光信号，经过滤光、光电放大、解调运算，对比两者光强比值，计算光纤各个位置实时温度。依据光脉冲发射与信号返回时间差，计算故障点位距离，实现沿着光缆全线空间‑温度一一对应，得到整条光缆路径温度分布数据。感温光缆本身不包含任何电子元器件，本安无源，不受高压电磁场干扰，适配各类复杂电力工况。

2.2系统整体架构

整套DTS分布式光纤测温电力监测系统由四大模块组成：测温解调主机、铠装感温光缆、报警输出单元、监控上位软件。

1）测温解调主机：北京鸿鸥成运DTS电力专用主机，内置激光发射模块、光电接收解调单元、数据存储单元；支持多通道输出，单通道最大监测距离可达10 km；本地屏幕显示温度数据，支持历史数据存储，具备以太网、RS485通讯接口，可对接电力SCADA监控平台。

2）铠装感温光缆：根据现场环境选型，电缆隧道潮湿腐蚀环境选用不锈钢铠装感温光缆；配电室母线槽室内场景选用阻燃护套感温光缆，施工时紧贴高压电缆、母线槽外壳表面敷设。

3）报警输出单元：包含声光报警器、短信报警模块。当温度达到预设阈值，继电器输出动作，实现现场声光提示、远程短信推送告警信息。

4）监控上位软件：实时展示全线温度曲线，标记报警点位距离，存储历史温度数据，生成温度报表，支持55℃、70℃、90℃多级报警阈值参数在线配置，支持温升速率报警参数设置。

2.3多级报警阈值设置逻辑

电力设备运行温度受负荷波动、环境季节温度影响很大，单一报警温度阈值无法区分隐患风险等级，系统设置三级固定温度阈值，同时叠加温升速率报警作为辅助判断条件：

1）55℃预警阈值：55℃尚未达到电缆绝缘材料热破坏温度，属于异常升温早期阶段。该阈值用于早期隐患预警，提示运维人员开展巡检排查，在故障尚未升级的时候开展维护，消除隐患。

2）70℃一级报警阈值：温度升高至70℃，设备故障持续发展，绝缘老化加速，风险等级显著提升，系统触发一级报警，通知运维人员紧急现场处置。

3）90℃二级告警阈值：温度达到90℃，已经属于高危状态，电缆绝缘临近热分解温度，短时间内就可能发展成为短路起火事故，系统触发二级告警，联动声光、短信，报警信号上传电力监控平台，启动应急处置流程。

仅仅依靠固定温度阈值存在局限性。部分故障会发生短时间急剧升温，初始温度不高，但是几分钟之内快速冲高。系统增设温升速率报警，例如设置每分钟升温≥3℃即可触发告警，即便实时温度尚未达到55℃，依然识别异常，进一步提升故障预判能力。

3 不同电力场景下DTS系统应用分析

3.1高压电缆隧道、电缆沟

城市电缆隧道、电缆沟集中敷设大量高压电力电缆，电缆中间接头为故障高发位置。廊道封闭通风条件差，一旦接头过热起火，火势沿电缆快速蔓延，地下空间抢修作业难度大。将铠装感温光缆沿着电缆桥架全程敷设，跟随电缆走向布置。系统实时采集全线温度，55℃预警提醒定期巡检；70℃一级报警开展紧急排查；90℃二级告警启动电力应急流程，米级定位故障点，避免运维人员数公里廊道盲目排查。DTS无源特性，不受隧道内部潮湿积水、强电磁环境影响。

3.2城市综合管廊电力舱

综合管廊电力舱集中多回高压电缆，舱室密闭，一旦电缆起火，会威胁管廊整体安全。感温光缆沿电缆桥架敷设，实现电缆全线温度在线监测，分级阈值预警，提前识别接头过热隐患，保障管廊电力舱安全运行。

3.3配电室母线槽监测

大型厂区、高层配电室母线槽，接头位置接触电阻过大极易发热起火。感温光缆顺着母线槽外壳敷设，重点监测母线接头位置，实现早期过热预判，防止母线槽短路起火事故。

3.4火电厂空冷岛温度监测

火电厂空冷岛散热单元设备点位分散，传统点式传感器布线工程量大。感温光缆沿空冷岛散热管束布设，实现大面积分布式温度监测，及时识别散热单元异常过热，保障发电机组运行效率。

3.5变压器、高压开关柜监测

针对变压器外壳、高压柜重点发热部位布设感温光缆，监测设备外壳温度变化，捕捉设备异常发热，辅助运维人员判断设备内部运行状态。

4 DTS光纤测温与传统电力测温技术对比分析

将分布式光纤测温系统，与点式温度探测器、开关量感温电缆、人工红外巡检从传感方式、是否无源抗电磁干扰、监测连续性、报警时机、风险分级能力、故障定位精度几个维度开展对比。

点式温度探测器：离散点位监测，现场需要供电，强电磁环境下易受干扰，存在监测盲区；只能探测安装点位温度；长距离电缆线路布设成本高；仅能够实现超温报警，无风险分级能力。

开关量感温电缆：线型传感，但是只输出开关通断信号，无实时温度数值输出；不支持多级阈值区分风险等级；故障定位精度差，只能判断大致区段；早期故障预判能力弱。

人工红外热成像巡检：非接触测温，但是只能周期性检测，无法24小时在线；隧道内部粉尘水汽环境测温精度下降；受人员经验制约，不能第一时间捕捉突发故障。

DTS分布式光纤测温系统：全线连续分布式测温，光缆无源抗电磁干扰；支持55‑70‑90℃多级阈值配置，支持温升速率复合报警；米级精度定位故障点位；在短路起火故障出现之前识别局部过热隐患，实现故障早期预判。

同时DTS技术同样存在客观局限性：新建项目需要同步敷设感温光缆，存在前期施工投入；存量改造项目需要结合现场条件优化光缆敷设方案；需要结合现场环境温度、设备负荷特性整定报警阈值，降低误报警概率。

5 工程实施关键技术要点（基于鸿鸥成运项目实践）

5.1光缆敷设施工要点

感温光缆必须尽可能紧贴被测发热载体表面敷设，保障热传导效率；光缆悬空会造成测温数据偏低，无法真实反映电缆实际温度。光缆弯曲半径严格遵循产品技术要求，避免光纤折损。电缆接头、母线接头这类故障高发位置，光缆适当做迂回敷设，提升重点区域监测灵敏度。地下潮湿工况选用不锈钢铠装光缆，接头盒做好防水密封处理。

5.2报警阈值现场整定

55℃、70℃、90℃为通用参考阈值，不能直接照搬全部工况。需要结合项目现场环境本底温度、设备运行负荷特性做阈值微调。夏季隧道环境基础温度升高，适当修正预警阈值，减少误报警。合理设置温升速率参数，平衡系统灵敏度与误报率。项目调试阶段，采用模拟加温方式，依次验证55℃预警、70℃一级报警、90℃二级告警各档位输出是否正常，声光、短信报警联动可靠。

5.3系统通讯对接调试

DTS主机具备标准Modbus‑TCP、RS485接口，调试阶段完成和用户现有电力SCADA监控平台联调，保证温度数据、各类报警信号能够稳定上传上位系统，实现统一监控管理。

5.4后期运维管理

感温光缆本身寿命长，基本免维护；日常运维重点检查测温主机运行状态，定期查看历史温度数据，检查光缆接头盒完好性，周期性开展模拟加温报警测试，保障整套预警系统长期可靠工作。

6 结论

电力设备安全运维核心在于预防优先，尽可能捕捉设备早期异常升温信号，把故障处置关口前移。传统电力测温手段大多依靠周期性巡检或者离散点位监测，很难识别长距离线路上早期局部过热隐患。分布式光纤测温DTS技术依托拉曼散射光学原理，感温光缆无源抗强电磁干扰，可以实现长距离路径上连续温度监测。

通过设置55℃预警、70℃一级报警、90℃二级告警多级固定温度阈值，叠加温升速率复合报警机制，可以在短路、起火故障产生之前识别电缆、母线槽过热故障，实现电力设备故障早期预判。北京鸿鸥成运仪器设备有限公司DTS电力专用分布式光纤测温系统，适配电缆隧道、综合管廊电力舱、母线槽、电厂空冷岛等多种电力场景。工程实践证明，该技术能够有效弥补传统电力测温方案短板，显著提升电力设备过热故障早期识别能力，具备很高推广应用价值。后续还需要持续优化算法模型，进一步降低误报率，和现有电力监控体系的融合标准，推动分布式光纤测温技术在国内电力行业更加广泛落地。

参考文献

[1] GB 50217‑2018，电力工程电缆设计标准[S]

[2] DL/T 1476‑2015，电力光纤测温系统技术规范[S]

[3] 李川.分布式光纤传感技术及工程应用[M].北京：科学出版社，2021

[4] 陈涛.电缆隧道分布式光纤测温预警系统应用研究[J].电网技术，2023

（全文合计4680字）

电力领域光纤监测全套关键词

一、核心产品词

分布式光纤测温、DTS、DTS测温主机、光纤测温系统、感温光缆、铠装感温光缆、电力专用DTS、线型光纤感温探测装置、电缆光纤温度监测系统、拉曼分布式光纤测温设备

二、技术原理关键词

拉曼散射、斯托克斯光、反斯托克斯光、分布式传感、光时域反射OTDR、连续测温、全线测温、无源传感、抗电磁干扰、米级故障定位、温升速率报警、光纤解调、空间‑温度对应

三、报警阈值参数

55℃预警、70℃一级报警、90℃二级告警、多级温度阈值、固定温度报警、温升速率报警、阈值整定、模拟加温测试、超温预警

四、监测对象与故障类型

电缆过热、电缆接头发热、母线槽过热、接触电阻过大、过载发热、绝缘老化、高压电缆故障、设备局部过热、电缆短路前兆、电力设备热故障、电缆绝缘热分解

五、电力应用场景关键词

电缆隧道、电缆沟、综合管廊电力舱、高压电缆、配电室、母线槽、电厂空冷岛、变电站、高压开关柜、变压器监测、城市地下电网、输变电工程、工业厂区配电

六、硬件配套配件

测温解调主机、不锈钢铠装感温光缆、阻燃感温光缆、光缆接头盒、声光报警器、短信报警模块、监控上位软件、继电器输出、网络交换机

七、通讯与平台协议

Modbus‑TCP、RS485、以太网、电力SCADA平台对接、数据远传、断电存储、历史温度曲线、温度报表、报警上传

八、论文专用检索关键词

分布式光纤测温；DTS；电力设备；电缆隧道；母线槽；早期预警；多级温度阈值；感温光缆；拉曼散射；抗电磁干扰；故障定位；电缆过热

九、营销长尾关键词

电力电缆在线测温系统、电缆隧道光纤测温解决方案、母线槽过热监测设备、管廊电力舱DTS监测、无源抗电磁测温装置、高压电缆故障预判系统、电厂空冷岛分布式温度监测、消除电缆监测盲区