（中铁电气工业有限公司保定铁道变压器分公司河北保定071000）
摘要：分布式光纤测温系统是基于光强度信号的探测分析。由于光纤受热后光纤中分子的热运动和光子相互作用会产生一种散射叫拉曼散射，而拉曼散射中的反斯托克斯光的强度随温度的变化而变化，因此通过探测反斯托克斯光的强度可直接测算出该点温度并传输。该技术具有反应快，精确度高，易于安装等众多特点优势，并被广泛用于各领域探测。由于铁路干式变压器的高强度大负荷工作性质，非常需要一个恒温的运作环境。本文通过分析分布式光纤测温系统在干式变压器中的应用优势及特点，还有安装方式及测量图表的，证明分布式光纤测温系统的广阔应用前景。
关键词：光纤传感；拉曼散射；干式变压器；灵敏预警
1光纤测温系统的原理及应用
光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维材料，可作为光传导的工具。光纤除了可用于通讯传输外，还可以用于测温传感系统，是相对于过去的无线测温和电子测温系统更有优势的新型传感技术，被广泛的应用于各项复杂重要的环境领域上。利用“光的全反射”传输原理。测量原理DTS可以向光纤发射一定宽度的激光脉冲，当光脉冲沿着光纤玻璃芯下移时，因光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换，会产生一小部分散射，称之为拉曼散射。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长的光，称为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短的光，称为Anti-Stokes光。拉曼散射光就是由这两种不同波长的光组成，其波长的偏移由光纤组成元素的固有属性决定，因此拉曼散射光的强度与温度有关。所以，我们可用Anti-Stokes光与Stokes光的比值连同光脉冲的发射时间来计算光纤上某一点的温度。
随着我国铁路运输经济的快速发展，具有运输量大，高速环保的铁道部门也在不断进步待新。因为路面复杂多变的地貌地形，各种道路干线都直接受到露天天气的影响，一旦发生火灾和一些不良事故都会造成严重后果，酿成重大的人员伤亡和财产损失，会严重影响社会经济的正常运转。所以安置一个有效的测温系统是非常必要的。相对于传统的温度监测系统，分布式光纤测温系统有非常良好的效果。它具有有抗电磁干扰性强，防雷击效果好；体积小，重量轻，便于布设安装；光纤传感器抗腐蚀，使用寿命很长；以及灵敏度和精确度都很高的特性。其可以准确的测出光纤沿线任一点的监测量，进行巨大的监测数据传输。每个铁路段都有一个电站网络和变压系统，对温度的检测尤为重视。作为铁道运营的电路的巨肺——铁路干式变压器，对测温系统的要求上又可算是重中之重。
2分布式光纤测温系统的在铁路上的应用特性
在铁路干线上，分布式光纤测温系统有连续，动态，实时和可有效预警特性，并防止火灾发生。因为很多火灾都是由星星之火开始燎原的，所以采用光纤测温系统，可以在最初有一点点异常发生时就能及时检测到，从而及早发现，及时制止隐患。把大灾情扑灭在发生以前。传统温度测试的最大弊端在于一是不能真实准确的测出变压器绕组热点温度，二是油面温度计温度响应慢。而光纤测温系统具有温度响应速度快、测量准确的优势，解决了长期以来变压器绕组温度计温度显示不准，不能真实反映绕组热点温度的问题，同时也为变压器的负荷预测、寿命评估和状态评估提供了经验数据。因为光的速度非常的快，除了反应灵敏，准确性高这两个最大的特性外，还可记录储存数据。它凭精确度高，灵敏性高，测量速度快及以下优点被广泛地应用在了干式变压器中：
1、光缆既是温度传感器又是信号传输通道，不再需要其它的测量或传输装置；
2、一根光缆能够提供上万个测量点的信息，安装快捷简便且成本低廉，安装后无需维，对铁路道路上的大范围铺设有可实用性；
3、光纤具有耐高温、抗腐蚀、抗雷击和长寿命的特质，适用于各种铁路路段上复杂、有害或恶劣环境；
4、光纤具有抗射频和抗电磁干扰的特质，适用于铁路干式变压器的高压场合；
5、光纤具有无静电、无辐射的特质，不会产生电火花，适用于易燃易爆环境，也会对干式变压器不会产生任何不良干扰；
6、光纤体积小，重量轻，对埋设部位的材料性能和力学参数影响甚小，能实现无损埋设。
3光纤测温在干式变压器应用需预埋方式
光纤测温系统的安装简单，首先是预埋光纤测温探头，一般是在绕组的线芯内或者绕组的绝缘内部还有绝缘层表面。和绕组导体直接接触，是最直接测量导体温度的方法，而且更加精确。在外部线管部分，就是在地面上铺设光缆及光纤导管将探头测量的变压器温度信号引入分布式光纤测温主机和温度监测系统主机，从而实现了铁路干式变压器全段分布式温度测量监控[1]。
换言之，分布式光纤安装预埋方式有三种，总体上，就是分内置式、表贴式和夹层式三种方式。
3.1内置式预埋
通过内置到干式变压器的线圈线芯中心空隙，所测的温度即为线卷的温度，使得整个系统大大简化。基于此，国内众多电缆厂家开始研制这种电缆，而且已有厂家宣称可以上线产。如图1.这是某厂家提供的样品，他们将光纤内置于分割式导体的间隙。从结构上避免了对光纤的挤压。这种方式非常简单安全，但是要在线圈线头处做一个打孔输出光纤的处理。
光纤测温探头测得的是两个相邻线饼的平均温度，就形成一个如上所示的梯度图。由该图表可知，变压器不同位置的绕阻温度梯度非常小。干式变压器常常可能出现过负荷、变压器内部温升过快、局部绝缘损坏造成局部过热等故障。这时候，工作人员可根据光纤测温系统探测绘制的线阻温度变化梯度图的推导出相应的故障因素。因此光纤测温技术对于干式变压器的运行安全是非常关键的。
5光纤测温的前景
由于光纤探头直接埋入变压器高压绕组，考虑到安全可靠性因素一直没有在国内大面积展开市场运行，但是据了解，光纤直埋绕组测温技术应用于干式变压器温度监测在国外已有较多案例和厂家试点。例如，2016年重庆首次尝试应用光纤测温技术监测变压器热点温度并投运成功。该项目由电科研院主导设计安装和试验调试。为了确保万无一失，电科研院此前进行了多方调研和考察，与河北工业大学、加拿大NOPTIX公司合作制定方案，对从高变压器内部热点温度计算到光纤安装、干燥、温升试验、现场掉罩等多项工艺流程进行了严格的控制把关。很多研究市场和技术的专家预测，今后变压器光纤测温技术将会在未来市场上大范围推广应用。而且，凭分布式光纤测温系统的多项优点，它还可以用于军火库、危险品仓库、粮库、大坝等需要空间连续测温的场合，是传统测温方式（感温电缆、测温电缆）的理想升级替代品。
6总结
光纤传感器是具有比传统传感器不可比拟的多种优点。究其光纤的特点，既可作为传感元件，又可作为传输介质，具有显示长距离分布式机监测的突出优势。可见，分布式光纤传感技术是最适宜运用在铁路干式变压器的测温上的。把它埋在铁路线上，它可以准确的测出光纤沿上所有路段任意点上的应力，温度，振动和损伤等信息，而不需构成回路。安装维修也很简单。全系统采用光纤作为敏感信息传感和信号传输的载体，具有连续测温、分布式测温、灵敏度高、测温实时、抗电磁干扰、本征安全、远程监控、安装简便、寿命长等一系列特点。广泛应用于我国铁路干式变压器的分布上，保障变压器的恒温控制。
【参考文献】
[1]王道龙,莫余童,朱文涵.对电缆分布式光纤测温系统光纤安装方式的探讨会议论文,2010,(119).
[2]张春阳.布式光纤测温系统在电力电缆在线监测中的应用[J].江苏电机工程,2014,7(34).
[3]王永强,张涛,王慧君.基于超高频和超声波的干式变压器局部放电检测与定位的研究[J].电测与仪表,2013,10(63).
[4]王福康.干式变压器漏磁场及温度场的研究[J].河北工业大学,2007,12(103).