1 概述 

1.1 背景

由于母线容易受环境温湿度的影响，出现热胀冷缩、表面结垢、氧化或腐蚀，致使 接点松动接触不良。在一些大型厂房、超高层楼宇等场合，母线槽一般是全封闭状态且 带电，不便人工巡查，容易忽视对其有效的监管。 分布式光纤测温技术(Distributed Temperature Sensing，以下简称 DTS)是目前国 际上最先进的测温技术。DTS 分布式光纤温度传感完全不同于传统的以电信号为基础的 温度传感系统，无论是从测量技术的难度、测量温度的内容及指标，还是从测量的场合 和范围。分布式光纤测温系统，只需一根光纤就可以连续监测一定距离的光纤上各点的 温度信息。 分布式光纤测温系统是一种具有高度智能化、自动化的监测技术，对于被监测区域 无需人工巡查，监控室屏幕可显示整个监测区域各点的温度信息；当有超温点出现时， 可发出声、光警报、甚至通过手机短信发送至相关人员。能在事故发生前准确地预报发 热点，定位精度为 1 米，并显示发热点温度的演变情况。同时，分布式光纤测温系统中 的“温度传感器”本质防爆、抗强电磁干扰、电绝缘性好、防雷击、高精度、重量轻、 体积小、抗腐蚀、耐高温、无静电和无辐射的特质，可以同时测量整个光纤上的温度分 布信息。 

1.2 电力母线系统温度监测的意义 

电力母线系统测温是电力行业中重要的监测手段之一，用于检测母线系统中 的温度变化情况，以确保系统的正常运行和安全性。电力母线测温的意义主要体 现在以下几个方面： 

1：确保电力系统的安全运行：电力母线是电力系统中的重要组成部分，其 温度变化会影响电力系统的安全运行。通过母线测温技术，可以及时发现母线温 度异常情况，采取相应的措施避免电力设备的过载、热损坏等安全问题。 

2：提高电力系统的运行效率：电力系统中的母线温度变化也会影响电力系 统的运行效率。通过母线测温技术，可以实时监测母线的温度变化，及时调整电 力系统的运行参数，提高电力系统的运行效率。 第 1 页第 2 页

3：延长电力设备的使用寿命：电力系统中的母线温度异常情况会加速电力 设备的老化和失效。通过母线测温技术，可以及时发现温度异常情况，采取相应 的措施保护电力设备，延长其使用寿命。 

4：支持电力系统的智能化运维：电力母线测温技术可以与物联网和人工智 能技术相结合，实现对电力系统的智能化运维。通过对母线温度数据的实时监测 和分析，可以预测设备故障，及时进行维护和保养，从而提高电力系统的可靠性 和稳定性。 电力母线测温技术对电力系统的安全运行、运行效率、设备寿命和智能化运 维都具有重要的意义，是电力行业中不可或缺的监测手段之一。 独特技术的双光拉曼原理的第三代高空间分辨率分布式温度监测系统对母 线导体、母线支架、母线开槽等位置均可安装布设，且具有：0.4 米级感温能力、 连续分布、实时精确、耐高压、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点。能为保障各系统安 全运行，减少非计划停电、降低运行成本、提高工作效率发挥积极和重要的作用。 我们推荐使用新一代的分布式温度监测系统对电力母线系统进行温度监测。 

1.3 常用温度监测技术比较 

技术参数对比 恢复式感温电缆 光 纤光 栅 测温 系统 FBG 传统分布式光纤测 温系统 DTS 独特分布式光纤测温系统 技术先进性 上世纪90年代技术 比较先进 先进 国际领先技术 测量类型 分区线型测量 准分布式 完全分布式[米级 精度] 高空间分辨率完全分布式[0.4 米级精度] 测量原理 电阻阻值随温度变 化 反射波长随温度变化 散射光强随温度变 化 拉曼散射光频率与强度随温度 变化 测温精度 ±3℃ ±1℃ ±1℃ ±0.1℃ 最小感温度单元 10 米以上分区 点式感温 (1-3 米)线型感温 (0.4 米-0.1 米)线型感温 测温分辨率 1℃ <0.1℃ 0.1℃ 0.01℃ 测量时间 20s 单次测量<30s 5s 3s 定位精度 较差 点式测量 ±1m ±0.4 米 m 报警方式 定温报警 差、定温报警 差、定温报警 AI 人工智能预警(包含差定温) 抗干扰能力 电信号测量，易受 电磁干扰，不适用 易燃易爆领域 采用光信号传感，本 质安全，不受电磁干 扰；环境适应性强 采用光信号传感， 本质安全，不受电 磁干扰；环境适应 性强 采用光信号传感，本质安全，不 受电磁干扰；环境适应性强，频 域与时域双重测量，更加稳定可 靠。 系统安装 线型敷设，安装较 为简单 需安装特殊温度传感 器，安装复杂 线型敷设，部分重 点位置绕圈，安装 最小感温单元为 0.4 米，安装极 为简单，安装方式不限，任意敷第 3 页 比较简单 设 运行维护 传感器每隔 4-5 年 需更换，运行维护 工作量大 测温传感器寿命短， 每隔 3-5 年需重新标 定，运行维护工作量 大 光缆即为传感器， 寿命大于 30 年，运 行维护工作量小 可采用"纳米金属离子掺杂散射 增强光缆"，效果更佳，光缆即 为传感器，寿命大于 30 年，运 行维护工作量小. 长期稳定性 基于电阻变化测量 温度，电缆老化会 影响测温精度；误 报率高 测温传感器漂移会影 响测温精度 内置标定单元，测 温稳定性高 全温控解决方案，内置标定单 元，测温稳定性高 平均传感器成本 (折合光缆与解 调仪成本，以 4 通道 2.5km 场景 计算) 约为10-20元/温度 传感单元 200-500 元/温度传感 单元 5-10 元/温度传感 单元 1 元/温度传感单元 分布式温度测温系统是一种国际先进的测温技术，可实现应用场景的高空间 分辨率的分布式测量，及时发现过热点，防患于未“燃”，对保障大型电力系统 的安全运营具有重要意义。 

2 独特的双光拉曼分析技术系统介绍 

2.1 测温技术原理 

DTS 系统使用一个特定频率的光脉冲照射光纤内的玻璃芯。当光脉冲沿着光 纤玻璃芯下移时，会产生多种类型的辐射散射。如瑞利(Rayleigh)散射、布里渊 (Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等。其中拉曼散射是对温度最为敏感的一种。 光纤中光传输的每一点都会产生拉曼散射，并且产生的拉曼散射光是均匀分布在 整个空间角内的。 拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的， 具体地说，如果一部分光能转换成为热振动，那么将发出一个比光源波长更长的 光，称为斯托克斯光（Stokes 光），如果一部分热振动转换成为光能，那么将发 出一个比光源波长更短的光，称为反斯托克斯光（Anti-Stokes 光）。其中 Stokes 光强度受温度的影响很小，可忽略不计，而 Anti-Stokes 光的强度随温度的变化而 变化。Anti-Stokes 光与 Stokes 光的强度之比提供了一个关于温度的函数关系式。 光在光纤中传输时一部分拉曼散射光（背向拉曼散射光）沿光纤原路返回，被光第 4 页 纤探测单元接收。DTS 通过测量背向拉曼散射光中 Anti-Stokes 光与 Stokes 光的强 度比值的变化实现对外部温度变化的监测。在时域中，利用 OTDR 技术，根据光 在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温 度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。 其工作原理如下图所示： DTS 测量原理图 Stokes： 1 ( ) 0 ( )     X X Ps z P k se aR as z Anti-stokes： 1 1 ( ) 0 ( )     X PA z P k Ae aR a A z 其中 X  e hV / kBT (z)  e  /T (z) 。根据推导，得到 温度： T (z)  ln(R(z  )ke -az ) 结合高品质的脉冲光源和高速的信号采集与处理技术，就可以得到沿着光纤 所有点的准确温度值。

2.2 分布式光纤测温技术优势 

1） 连续密集型的分布式测量不间断 利用线型分布的光纤作为传感器是真正的分布式测量，可以连续得到沿着测 温光缆几十公里的温度信息，实时监测，不间断。

2） 精准的定位与测温度精度 在光纤长度不变，特性不变，成本不变的前提下。单纯的通过光时域的解调技术通过解调技术，将每 1 米的光纤，激励出 1 个完整的温度传感器，已属于极 限。通过“独特的双光拉曼分析技术”，可以在光缆不变的前提下，将每 1 米的 光纤，激励出 2.5 个完整的温度传感器。 

3） 抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常的工作 光纤本身是由石英材料组成的，完全的电绝缘；同时光纤传感器的信号是以 光纤为载体的，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。

4） 本征安全不带电且防雷 本征安全，现场不带电，可适应于大型电力系统。另外雷电经常破坏大量的 电测传感器。光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。

5） 测量距离远，适于远程监控 光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可 以实现几十公里的远程监测。 

6） 灵敏度高，测量精度高 理论上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，实际已 成熟的产品也证明了这一点。 

7） 寿命长，成本低，系统简单 光纤的材料为石英玻璃，其具有耐腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常 可以服役 30 年以上。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光 纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。