第２６卷第３期２０１０年３月

电力科学与工程

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｍａｒ．，２０１０

拉曼光纤测温原理及在电力系统中的应用

孙国善，侯思祖，陈

超

（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３）

摘要：分布式光纤测温在电力系统得到普遍应用。首先介绍了拉曼分布式光纤传感器的工作原理和结构，进行了温度传感实验。最后介绍了该传感器在电力系统的应用，给出了一个检测电缆温度的应用实例。关键词：拉曼散射；温度；电气设备；电力系统中图分类号：ＴＰ２１２．９

文献标识码：Ａ

札＝Ｋａｓ口ⅣＰｅｘｐ［一（ａｏ＋吼）Ｌ］Ｒ。（Ｔ）

０引

言

（２）

式中：Ｋ，Ｋｏ分别为与光纤斯托克斯和反斯托克斯散射截面有关的系数；Ｓ为光纤的后向散射因

分布式光纤测温系统是近年夏展起来的一种

用于实时测量空间温度场分布的传感系统，由于系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高压、能实现实时快速多点测温并定位等优点，因而其应用领域十分广泛。目前，发电厂、变电站、冶金、石化等企业的电力电缆、高压开关柜、发电机、大功率高压电动机等设备的故障隐患往往伴随着设备关键部位的温度升高，所以过热监测是故障预警的有效手段。随着光纤技术的发展，光纤传感技术在电力设备故障检测中的应用得到了逐步推广，其中分布式光纤测温技术彻底解决了困扰电力设备运行中过热监测的难题，可实现对电力设备故障发热敏感部位温度的准确、实时在线监测和故障预警、精确定位¨Ｊ。

子；虬，％分别为斯托克斯和反斯托克斯散射光子频率；口。，吼，口。分别为人射光，斯托克斯散

射光和反斯托克斯散射光频率的光纤传输损耗；￡

为光纤待测局域处的长度；Ｒ，（Ｔ），Ｒ。（Ｔ）分别为与光纤分子低能级和高能级上的布局数有关的系数，它们与光纤局域处的温度有关。Ｒ。（Ｔ），Ｒ。（Ｔ）分别为

刚驰Ｅ１一ｐ（警）］＿ｌ蹦ｒ）＝［ｅｘ“等）＿１］一

调光纤的反斯托克斯散射ＯＴＤＲ曲线，此时有

（３）（４）

式中：ｈ为普朗克常量；ｋ为玻尔兹曼常量。实际测量时，可用光纤的斯托克斯散射ＯＴＤＲ曲线解

１分布式光纤测温原理

１．１温度测量原理

丽Ｎｏ（Ｔ）＝Ｋｍｏ４ｅｘｐ（警）ｅｘＰ［．（旷ａ柚（５）

ｒ生。Ｊ１

当利用式（５）进行温度测量时，可用Ｔ＝孔的起始温度来确定被测光纤上各点的温度，式（５）变为

泵浦光注入光纤后，其部分能量转为拉曼散射光，当泵浦光的能量小于阈值时，光纤分子的热平衡没有被破坏，这种拉曼散射叫自发拉曼散射，在光纤￡处的斯托克斯散射光子数为

而Ｎｏ（ｔｏ）＝惫阿鼍／可－ｈＡｖ』Ａｅｘｐ［一（Ｏｔａ－－Ｏｔｓ圳（６）

式（５），（６）相除，得

巩＝ＫｓＫ４Ｎ。ｅｘｐ［一（ａｏ＋Ｏｔ，）Ｌ］Ｒ，（ｒ）

在光纤￡处的反斯托克斯散射光子数为

收稿日期：２００９—１０—１２。

（１）

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作者简介：孙国善（１９７９一），男，硕士研究生，研究方向为分布式光纤传感，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｇｕｏｓｈａｎ８＠ｓｏｈｕ．ｔｏｍ。

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