케이블 도관에 분산 광섬유 온도 측정을 사용하는 방법-INNO

1、 케이블에 분산 광섬유 온도 측정 적용

분산 광섬유 온도 측정 시스템은 케이블 온도 측정에서 중요한 응용 분야가 많습니다..

(1) 원칙적으로, 분산 광섬유 온도 측정 시스템 일반적으로 역방향 라만 산란 및 광학 시간 영역 반사 측정법의 원리를 기반으로 합니다. (OTDR) 기술. 라만 산란 원리를 통해 광섬유가 온도 변화를 감지할 수 있습니다., 라만 산란광의 강도는 온도에 따라 다릅니다.. 측위에는 광시간 영역 반사 기술이 사용됩니다., 광섬유를 따라 다른 위치에서 온도 변화 지점의 위치를 결정할 수 있습니다.. 예를 들어, 케이블의 특정 부분의 온도가 올라가면, 해당 부분의 광섬유에서 라만 산란광이 그에 따라 변경됩니다.. 이러한 변화를 감지하고 분석함으로써, 온도 변화를 알 수 있다, 그리고 동시에, OTDR 기술을 사용하여 케이블에서 온도 이상 지점의 특정 위치를 확인할 수 있습니다..

(2) 케이블 동작 상태 모니터링에 대하여

온도분포 실시간 모니터링
실시간 가능, 온라인, 케이블 경로를 따라 다양한 지점에서 온도를 지속적으로 모니터링합니다.. 이는 작동 중에 케이블에 매우 중요합니다., 케이블을 통과하는 전류로 인해 열이 발생합니다.. 열 방출이 시기적절하지 않은 경우, 지역 기온이 너무 높을 거예요, 이는 케이블의 절연 성능에 영향을 미치고 심지어 결함을 일으킬 수도 있습니다.. 통해 분산 광섬유 온도 측정 시스템, 전체 케이블 라인의 온도 분포, 케이블 코어 온도 포함, can be accurately grasped. 예를 들어, in some large substations or long-distance transmission cable lines, it can promptly detect areas with abnormally high temperatures, providing guarantees for the safe operation of cables.
Fault Warning and Prevention
Temperature warning threshold can be set. Once the temperature at a point along the cable approaches or exceeds this threshold, the system can issue an alarm in a timely manner. 예를 들어, in cable trenches, if the temperature of the cables rises due to overload or local short circuits, 그만큼 분산 광섬유 temperature measurement system can quickly detect this temperature change and provide early warning before serious cable failures occur, preventing accidents and improving the safety of power cable operation.
Determine the current carrying capacity of the cable
정확한 온도 모니터링 데이터는 케이블의 전류 운반 용량을 결정하는 데 도움이 됩니다.. 다양한 부하에 따른 케이블의 온도 변화를 장기간 모니터링하고 분석함으로써, 케이블이 견딜 수 있는 최대 전류를 정확하게 평가할 수 있습니다., 전력 전송 용량을 합리적으로 계획하기 위해, 과부하 작동으로 인한 케이블 손상 방지, 케이블의 수명을 연장합니다..
(3) 다양한 유형의 케이블에 적용

일반 전원 케이블
일반 지하 전력 케이블 및 가공 전력 케이블에 널리 사용됩니다.. 지하 전력 케이블용, 열 방출 조건이 상대적으로 열악하기 때문에, 분산 광섬유 온도 측정 시스템은 온도 변화를 보다 정확하게 모니터링할 수 있습니다., 고온으로 인한 케이블 노후화, 단락 등의 문제 방지. 머리 위 전력 케이블에서, 환경 온도 변화의 영향에 대처할 수 있습니다., 케이블 온도에 영향을 미치는 햇빛 및 기타 요인, 이상상황을 적시에 감지하고.
고온 초전도 케이블
또한 장거리 고온 초전도 케이블의 공학적 응용에도 중요한 역할을 합니다.. 예를 들어, 엔지니어링 응용 연구에 100 액체 질소 온도 범위의 미터 분산 광섬유, 다양한 작업 조건에서 30m 3상 동축 고온 초전도 케이블의 온도 측정 시험을 수행하기 위해 분산 광섬유 온도 측정 시스템을 구축했습니다.. 가동 중 초전도 케이블의 온도를 실시간으로 모니터링 가능, 케이블이 적절한 온도 범위 내에서 작동하는지 확인하고 초전도 성능과 안전성을 보장합니다..

2、 파이프라인에 분산 광섬유 온도 측정 적용

분산 광섬유 온도 측정 기술은 파이프라인 모니터링에서 광범위하고 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다..

(1) 원칙과 파이프라인 모니터링의 관계

위치 파악을 위한 광산란 및 광시간 영역 반사 원리를 기반으로 합니다.
분산 광섬유 온도 측정 시스템도 광산란 원리를 기반으로 합니다. (라만 산란과 같은) 파이프라인 애플리케이션의 광학적 시간 영역 반사 포지셔닝. 파이프라인 환경에서, 광섬유 케이블의 온도 변화로 인해 라만 산란광이 변경될 수 있습니다.. 이러한 변화를 감지하고 이를 광시간 영역 반사 기술과 결합하여, 파이프라인을 따라 다양한 위치에서 온도를 정확하게 측정하고 온도 이상을 정확하게 찾아내는 것이 가능합니다.. 예를 들어, 난방 파이프라인에서, 배관에 누수가 있거나 비정상적인 온도 상승 또는 하강이 있을 때, 광섬유 케이블의 광 신호가 변경됩니다, 시스템은 이러한 신호 변화를 기반으로 파이프라인의 작동 상태를 판단합니다..
파이프라인 환경의 특성에 적응
파이프라인이 위치한 환경은 복잡하고 다양합니다., 지하의 고온, 고압 환경일 수 있습니다., 수중, 아니면 지상에서. 그만큼 분산 광섬유 온도 측정 시스템 이러한 환경에 적응할 수 있습니다. 광섬유 자체의 내식성과 전자기 간섭 저항으로 인해, 다양한 파이프라인 환경에서 안정적으로 작동할 수 있습니다.. 예를 들어, 해저 파이프라인에서, 광섬유는 해수 부식 및 전자기 간섭의 영향을 받지 않고 오랫동안 파이프라인 온도를 안정적으로 모니터링할 수 있습니다..

(2) 다양한 유형의 파이프라인에 적용

전력 파이프라인
전력 파이프라인 측면에서, 주로 화재 감시에 사용됩니다.. 도시의 전력 파이프라인은 일반적으로 케이블 운반선입니다., 그리고 일단 화재가 발생하면, 그 결과는 심각할 수 있다. 분산 광섬유 온도 측정 기술은 분산 온도 모니터링을 위해 동일한 채널의 전력 광케이블을 활용할 수 있습니다., and detect fire hazards in a timely manner by monitoring changes in pipeline temperature. When the temperature inside the power pipeline rises abnormally, it may be a prelude to heating or fire caused by cable faults. The distributed fiber optic temperature measurement system can quickly detect this temperature change and issue an alarm, thereby reducing the investment cost in sensor deployment and improving the operational reliability of urban power grid cables.
Thermal pipeline
For high-temperature steam pipelines and other thermal pipelines in thermal power plants, due to their long transportation distance and difficulty in finding leakage points, distributed fiber optic temperature measurement systems can monitor the temperature field of steam pipelines. By using Raman scattering principle to demodulate the temperature information contained in the reflected light signal of the optical cable laid along the pipeline, when there is a leak in the pipeline, the temperature near the leak point will change, and the system can determine the leak location based on the temperature change. And in the heating pipeline network, this system can be used as a mature fiber optic distributed temperature measurement method, with advantages such as long measurement distance, 높은 측정 정확도, 빠른 응답 속도, 전자기 간섭 방지, and portability. It can be widely applied to leak monitoring in the heating pipeline network.
Transportation pipelines (such as oil and gas pipelines, 등.)
In the field of transportation pipelines, it is mainly used for leak detection. Fiber optic cables can be laid along pipelines, whether by winding, double-layer arrangement, internal or external methods. When a pipeline leaks, the temperature at the leak location will change due to the leakage of substances (such as oil and natural gas leaks that carry away heat or generate frictional heat). Distributed fiber optic temperature measurement systems can detect this temperature change and locate the leak point, thereby ensuring the safe operation of the pipeline. 동시에, the system can also monitor the temperature distribution of the pipeline during normal operation, ensuring that the pipeline operates within the appropriate temperature range, preventing damage to the pipeline due to high or low temperature, and extending the service life of the pipeline.

3、 Operation method of distributed fiber optic temperature measurement for cables and pipelines

（1） Operation method for distributed fiber optic temperature measurement of cables

System setup and installation
광섬유 부설:
For cable temperature measurement, the first step is to choose a suitable temperature sensing optical cable. Fiber optic cables should be selected based on factors such as cable type and operating environment. In terms of laying method, if it is an underground cable, the temperature sensing optical cable can be laid parallel to the cable in the cable trench, or the optical fiber can be directly embedded inside the cable during the cable manufacturing process to achieve direct monitoring of the cable core temperature. 예를 들어, in some high-voltage power cables, optical fibers can be integrated as part of the cable during the production process. For overhead cables, 광섬유는 케이블 방향을 따라 감아 놓을 수 있습니다..
장치 연결:
분산 광섬유 온도 측정 시스템의 다양한 장비 구성 요소를 연결합니다.. 광원 포함, 광 검출기, 신호 처리 장치, 등. 광원에서 방출된 빛은 광섬유를 통해 전달됩니다., 라만 산란이 발생하는 곳. 광검출기는 산란된 빛의 신호를 수집하여 신호 처리 장치로 전송합니다.. 신호 처리 장치는 시스템 요구 사항에 따라 매개변수를 설정해야 합니다., 샘플링 간격 등, 공간 해상도, 등. 예를 들어, 장거리 고온 초전도 케이블의 온도 측정 시험에서, 작동 구성 매개변수가 2m의 공간 분해능인 경우, 샘플링 간격 1m, 샘플링 기간은 60초, fiber optic temperature measurement can meet the requirements of superconducting cable monitoring and protection as well as temperature measurement accuracy.
Data Collection and Analysis
Data collection:
After starting the distributed fiber optic temperature measurement system, the system will collect temperature data along the cable according to the set parameters. The collected data includes temperature values at different locations and corresponding location information. These data are updated in real-time and can reflect the temperature status of the cable at different times.
Data analysis:
Use the accompanying software to analyze the collected data. The analysis content includes the trend of temperature changes, whether there are abnormal temperature points, 등. It is possible to determine whether the cable is in normal operation by setting a temperature threshold. 예를 들어, if the temperature at a certain point of the cable exceeds the normal operating temperature range (which can be determined based on the rated parameters and historical operating data of the cable), 시스템이 경보를 울릴 것입니다. 동시에, comparative analysis can be conducted on the temperature of different parts of the cable to evaluate the overall heat dissipation and operating status of the cable.
Calibration and maintenance
구경 측정:
Regularly calibrate the distributed fiber optic temperature measurement system to ensure measurement accuracy. Calibration can use a standard temperature source to calibrate the temperature of the optical fiber and check whether the measured value is consistent with the actual temperature value. If there is a deviation, it is necessary to adjust the parameters of the system, such as the sensitivity of the photodetector.
maintain:
The maintenance work includes checking whether the optical fiber is damaged, whether the connection is loose, 등. In the cable operating environment, optical fibers may be affected by mechanical stress, 화학적 부식, 그리고 다른 요인. 예를 들어, in underground cable trenches, optical fibers may be corroded by humid environments, and it is necessary to regularly inspect the appearance of the optical fibers for signs of damage or corrosion. 동시에, regular inspections and maintenance should be carried out on the hardware devices of the system, such as light sources and signal processing units, to ensure their normal operation.

（2） Operation method for distributed fiber optic temperature measurement in pipelines

Fiber optic installation process
Select different fiber optic installation processes based on the function and characteristics of the pipeline.
Winding method:
For some above ground pipelines, such as thermal pipelines, optical fibers can be wrapped around the outer surface of the pipeline. During the winding process, attention should be paid to the tight fit between the optical fiber and the surface of the pipeline to ensure accurate sensing of temperature changes in the pipeline. The spacing of winding should be determined based on factors such as the diameter of the pipeline and measurement accuracy requirements. 예를 들어, for pipes with smaller diameters, the winding spacing can be appropriately reduced to improve measurement accuracy.
Double layered arrangement:
In some special pipelines, 해저 파이프라인이나 단열 요구 사항이 높은 파이프라인 등, 이중 레이어 레이아웃을 사용할 수 있습니다.. 파이프라인의 내부층과 외부층 사이에 광섬유를 배열하면 파이프라인 내부 매체의 온도를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 외부 환경이 파이프라인에 미치는 영향도 모니터링합니다., 해저 파이프라인에 대한 해수 온도의 영향 또는 단열 파이프라인에 대한 외부 온도의 영향 등.
내부 및 외부:
석유 및 가스 파이프라인과 같은 운송 파이프라인에서, 광섬유는 파이프라인 벽 내부에 내장되거나 파이프라인 벽 외부에 외부 배치될 수 있습니다.. 내장된 광섬유는 파이프라인 내부 매체의 온도 변화를 보다 직접적으로 모니터링할 수 있습니다., 외부 광섬유는 주변 환경의 온도와 파이프라인 벽의 온도를 모니터링할 수 있습니다.. 두 가지를 결합하면 파이프라인의 운영 상태에 대한 보다 포괄적인 이해를 제공할 수 있습니다..
데이터 수집 및 처리
Data collection:
파이프라인 분산 광섬유 온도 측정 시스템은 설정된 매개변수에 따라 데이터를 수집합니다.. 수집된 데이터에는 파이프라인을 따라 다양한 위치의 온도 정보가 포함됩니다.. 수집의 초점은 파이프라인 유형에 따라 다를 수 있습니다.. 예를 들어, 열 파이프라인에서, 열 누출이 있는지 확인하려면 파이프라인의 온도 분포를 수집하는 것이 중요합니다.; 누출을 감지하기 위해 운송 파이프라인에 온도 이상이 있는지 세심한 주의를 기울이십시오..
데이터 처리:
수집된 데이터를 가공하여 노이즈 등 간섭 요인 제거. 파이프라인의 복잡한 운영 환경으로 인해, 수집된 데이터는 외부 간섭을 받을 수 있습니다., 전자기 간섭과 같은. 필터링 등의 데이터 처리 방법을 사용하여, 데이터의 정확성을 높일 수 있다. 그런 다음 데이터의 온도 변화 패턴을 분석하여 파이프라인이 정상 작동 중인지 확인합니다.. 예를 들어, 난방 파이프라인 네트워크에서, 파이프라인의 특정 부분의 온도가 갑자기 떨어지는 경우, 누출 상황을 나타낼 수 있습니다., 시스템은 이러한 온도 변화 특성을 기반으로 판단하고 경보를 발령할 수 있습니다..
시스템 유지 관리 및 업데이트
maintain:
파이프라인의 광섬유 설치를 점검하여 손상되거나 변위되지 않았는지 확인하세요.. 파이프라인 작업 중, optical fibers may be affected due to factors such as pipeline vibration and medium flow. 예를 들어, in oil pipelines, the impact of oil flow may cause external optical fibers to loosen or shift, requiring regular inspection and re fixation. 동시에, maintain the hardware equipment of the system, such as checking the operating status of devices such as optical time domain reflectometry, to ensure their normal operation.
to update:
Update the distributed fiber optic temperature measurement system according to the operational requirements and technological development of pipelines. 예를 들어, as the running time of the pipeline increases, it may be necessary to improve measurement accuracy or add monitoring functions. 이 경우, the software of the system can be upgraded or some hardware devices can be replaced, such as higher sensitivity photodetectors.

4、 케이블 및 파이프라인의 분산 광섬유 온도 측정 시 주의사항

(1) 케이블의 분산 광섬유 온도 측정 시 주의사항

광섬유 부설 및 보호
배치 요구 사항:
케이블에 광섬유를 포설할 때, 관련 표준 및 사양을 따라야 합니다.. 예를 들어, DL/T1573-2016에 따르면 “전력케이블 분산형 광섬유 온도측정 시스템 기술규격”, 광섬유의 부설 방법과 광섬유와 케이블 사이의 간격에 대한 명확한 규정이 있습니다.. 광섬유 케이블이 내부에 내장된 경우, 광섬유 케이블의 매립 과정이 케이블의 절연 및 기계적 특성에 영향을 미치지 않도록 해야 합니다.. 케이블 트렌치의 케이블과 평행하게 배치된 광섬유용, 케이블에 눌리거나 다른 물체에 긁히는 것을 피해야 합니다..
보호 조치:
광섬유에 대한 적절한 보호 조치를 취하십시오.. 지하 케이블 트렌치에서, 광섬유가 습기에 의해 영향을 받지 않도록 하는 것이 필요합니다., 화학적 부식, 그리고 다른 요인. 밀봉된 내부식성 광섬유 보호 슬리브를 사용할 수 있습니다.. 오버헤드 케이블에서, 바람 등의 자연적 요인에 의해 광섬유가 손상되는 것을 방지하는 것이 필요합니다., 해, 그리고 비. 예를 들어, 보호 튜브를 사용하여 광섬유를 감쌀 수 있습니다..
온도 측정 정확도
교정 빈도:
온도 측정의 정확성을 보장하기 위해 분산 광섬유 온도 측정 시스템을 정기적으로 교정하십시오.. 교정 빈도는 작동 환경 및 케이블의 중요성과 같은 요소를 기반으로 결정되어야 합니다.. 예를 들어, important transmission cables operating in harsh environments may require quarterly calibration; For cables operating in general environments, calibration can be performed every six months.
Environmental factors impact:
Consider the impact of environmental factors on temperature measurement. The environmental temperature, 습기, and other factors around the cable may affect the fiber optic sensing of temperature. 예를 들어, in high temperature and humid environments, the optical properties of optical fibers may change, 온도 측정의 정확성에 영향을 미칩니다.. 그러므로, in the process of data processing, it is necessary to compensate for environmental factors or use appropriate fiber optic materials to reduce the impact of environmental factors.
System reliability and compatibility
Equipment reliability:
Choose reliable distributed fiber optic temperature measurement system equipment. The reliability of the equipment is directly related to the effectiveness of cable temperature monitoring. Consider the stability and anti-interference ability of the equipment. 예를 들어, selecting light sources and detectors with high stability to ensure that the system can operate stably for a long time without frequent malfunctions.
호환성:
Ensure compatibility between the system and the power system where the cables are located. 예를 들어, the communication protocol of the distributed fiber optic temperature measurement system needs to be compatible with the monitoring system of the power system, so as to accurately transmit temperature monitoring data to the monitoring center of the power system. 동시에, the electrical performance of the system should also be matched with the power system to avoid interference with the power system.

（2） Precautions for Distributed Fiber Optic Temperature Measurement in Pipelines

Fiber optic installation safety and stability
Installation safety:
When installing optical fibers on pipelines, attention should be paid to safety issues during the installation process. If installing optical fibers on running pipelines, such as heating pipelines or oil and gas pipelines, necessary safety measures should be taken to prevent accidents such as leaks and explosions. Installation personnel must undergo professional training and strictly follow the operating procedures for installation.
Stable installation:
Ensure the stability of fiber optic installation. Whether using winding, double-layer arrangement, internal or external methods, optical fibers must be firmly fixed on the pipeline. During the operation of the pipeline, due to factors such as vibration, 열팽창과 수축, the optical fiber cannot loosen or shift. 예를 들어, on high-temperature steam pipelines, the thermal expansion and contraction amplitude of the pipeline is relatively large, and the fixation of optical fibers should be able to adapt to this change, otherwise it will affect the accuracy of temperature measurement.
Temperature monitoring range and accuracy
Monitoring scope:
Select a suitable distributed fiber optic temperature measurement system based on the operating temperature range of the pipeline. The operating temperature range of different types of pipelines varies greatly. 예를 들어, the temperature of a thermal pipeline may reach several hundred degrees, while the temperature of an oil pipeline is relatively low. To ensure that the system can accurately measure the temperature changes of the pipeline throughout the entire operating temperature range.
정확도 요구사항:
Consider the accuracy requirements for temperature measurement. For some pipelines that are highly sensitive to temperature changes, such as chemical pipelines, high measurement accuracy is required. When choosing a distributed fiber optic temperature measurement system, one should refer to the accuracy indicators of the system, such as temperature resolution. 동시에, it should be noted that various factors in the actual operating environment may affect the measurement accuracy, such as fiber aging, surface roughness of pipelines, 등. Corresponding measures should be taken to improve the measurement accuracy.
Long term operation and maintenance
Maintenance plan:
Develop a long-term operation and maintenance plan for the pipeline distributed fiber optic temperature measurement system. The maintenance plan should include regular checks on the installation of optical fibers and the operational status of system hardware equipment. 예를 들어, check the fiber optic cable for damage once a month and conduct a comprehensive inspection of the system hardware equipment once a quarter.
Fault response:
Establish a fault response mechanism. When the system malfunctions, it should be able to quickly locate the cause of the fault and carry out repairs. 예를 들어, if a fiber optic cable breaks, it is necessary to be able to promptly determine the location of the break and carry out repairs. 동시에, it is necessary to consider how to ensure the safe operation of pipelines during faults, such as using backup monitoring systems or strengthening manual inspections.

5、 Case analysis of cable distributed fiber optic temperature measurement

A 4km long cable requires temperature monitoring. Due to the long length of the cable, traditional temperature monitoring methods are difficult to achieve accurate and real-time monitoring of the entire cable line. 게다가, during the operation of the cable, the temperature may rise due to factors such as overload and environmental temperature changes, which may affect the safe operation of the cable.
Application of distributed fiber optic temperature measurement system:
In this project, a distributed fiber optic temperature measurement system was adopted. 첫째로, suitable optical cables were selected and laid out in a reasonable manner. The system operates based on the fundamental principles of Raman scattering temperature measurement and optical time domain reflectometry (OTDR) 포지셔닝. Through real-time monitoring of the system, temperature information at different locations along the cable can be obtained. In practical operation, the system can promptly detect temperature anomalies in cables. 예를 들어, when a section of the cable experiences an increase in temperature due to overload, the system quickly issues an alarm, allowing the power supply company to take timely measures such as adjusting the load, ensuring the safe operation of the cable and providing reference data for determining the cable’s current carrying capacity.