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摘要：国内核电装机规模持续增长，核电站构筑物、热力管道、核废料存储设施的安全监测对于核电安全生产意义重大。传统热电偶、热电阻点式传感器存在监测点位离散、耐辐照性能差、寿命有限、高危区域维护困难等短板。分布式光纤传感技术依托拉曼散射、布里渊散射物理效应，以特种耐辐照光纤作为感知载体，具备本征无电、抗电磁干扰、抗核辐射、长距离分布式连续测量、使用寿命长的技术优势，能够实现温度、应变多物理参量在线监测。本文阐述分布式光纤DTS、BOTDR/BOTDA技术工作原理，对比传统监测手段的优劣，分析光纤传感在核废料堆温度监测、高温热力管道、电缆廊道、混凝土安全壳结构健康监测、冷却水系统等场景的工程应用，探讨光缆选型、敷设工艺、系统部署关键要点，分析现阶段技术局限，对光纤传感在核电领域未来发展进行展望，为核电站智能化安全监测工程提供参考。
关键词：分布式光纤传感；核电站安全监测；DTS；BOTDR；耐辐照光缆；核废料温度监测；混凝土结构健康
双碳目标背景下，核电作为清洁低碳基荷电源，在我国新型电力系统当中地位持续提升。核电安全是产业发展不可逾越的底线。核电站系统庞大，包含反应堆安全壳、蒸汽回路、核废料储存库、电缆隧道、冷却塔水工构筑物等大量关键设施。在机组全服役周期内，高温、压力、核辐射多重环境耦合作用下，设备与混凝土构筑物会出现老化、过热、应力开裂等缺陷，如果隐患不能够及时发现，会诱发严重安全事故。
当前核电站大量采用热电偶、热电阻点式测温传感器，配合人工巡检开展安全监测。点式传感器仅可以获取离散测点数据，存在监测盲区；电子元器件在辐射环境下易发生性能漂移，设备寿命远低于核电站40‑60年设计服役年限，高危辐射区域传感器更换作业风险大。人工巡检受时间、空间限制，无法实现全天候不间断监测。因此行业迫切需要新型长寿命、高可靠的在线监测技术。
分布式光纤传感技术将光纤同时作为传感介质和信号传输介质，依靠光的后向散射效应完成物理量解调，感知端无任何有源电子器件。经过耐辐照改性的特种传感光缆，可适应核辐射工况，能够实现沿光纤全线分布式温度、应变测量，近年来逐步在核电安全监测领域得到关注与试点应用。本文围绕分布式光纤传感技术原理，结合核电站各类监测场景，研究技术实施方案，剖析现存问题，对该技术工程落地提供参考。
光纤内部入射脉冲激光会产生拉曼散射、布里渊散射等后向散射信号，基于不同散射效应形成两类主流监测设备。
拉曼散射属于非弹性散射，散射光分为斯托克斯光与反斯托克斯光，反斯托克斯光光强对温度高度敏感，通过二者光强比值解算沿线温度，即为DTS分布式光纤测温系统。该技术专门用于分布式温度监测，不受应变干扰，多用于过热、火灾预警场景。
布里渊散射同样属于非弹性散射，布里渊频移同时和温度、轴向应变呈线性耦合关系。基于该效应发展BOTDR、BOTDA技术，可以同步获取光纤路径上温度和应变信息，多用于结构体形变、管道应力监测；缺点为温度‑应变耦合，工程需要采取补偿手段分离两类物理量。
依托光时域反射OTDR原理，通过散射光返回解调主机的时间计算事件发生位置，实现故障精准定位。普通石英光纤在高强度射线环境下会出现光损耗增加，核电辐射区域需要选用专门耐辐照特种光缆，降低辐照带来的光衰，保障长期测量稳定性。
传统监测方案主要为点式电子传感器与人工巡检。点式传感器优势是单点测量精度成熟；短板为测点离散，存在监测盲区，耐辐射性能弱，使用寿命短，布线复杂，故障定位能力不足。人工巡检可以实现现场目视检查，但无法做到24小时在线，高危区域人员可达性差。
分布式光纤监测系统优势总结：
1）感知端无源本征安全，无电火花风险；
2）全线分布式连续测量，消除监测盲区；
3）特种耐辐照光缆适配核辐射环境；
4）光缆本体寿命可达30年以上，匹配核电长周期运行；
5）米级空间定位，直接输出异常空间位置；
6）长距离传输，单套主机覆盖数十公里；
7）支持接入DCS系统，适配核电自动化体系。
局限性：特种耐辐照光缆采购成本高于普通光缆；布里渊系统存在温度‑应变耦合效应，工程需要增加补偿光纤；对现场光缆敷设工艺要求严格，弯折、挤压会带来额外光损耗，施工过程需要规范管控。
核废料持续发生衰变释放热量，散热系统失效将造成热量堆积，是重大安全风险点。DTS分布式测温光缆敷设在废料储存桶周边、库体内壁、通风风道，实现全域温度分布式监测。系统设置多级温度阈值，当局部温度异常升高立刻输出报警，实现散热故障早期预警。该场景需要选用耐辐照光缆，适应废料库辐射环境。
核电站二回路蒸汽管道长期高温高压运行，保温层脱落会造成局部过热；焊缝位置容易出现应力集中、热疲劳损伤。沿管道外壁敷设DTS测温光缆，监测外壁温度分布，识别保温失效局部过热；搭配布里渊BOTDR传感光缆获取管道应变分布，识别形变、焊缝应力异常，做到早期缺陷识别，支撑设备预防性检修。
核电站电缆数量巨大，电缆隧道空间密闭，电缆绝缘老化短路会引发过热起火。将DTS测温光缆沿桥架随电缆并行敷设，连续监测电缆全线温度。在明火出现前捕捉局部过热，提前输出预警信号，防范电缆火灾事故，保障电气系统安全。电缆隧道无强辐射，可采用普通传感光缆。
反应堆安全壳、冷却塔属于核电站一级重要构筑物。混凝土在温度、压力作用下，会产生应力、开裂等损伤。将布里渊传感光缆预埋进混凝土内部或者粘贴于构件表面，分布式采集结构应变参数，掌握混凝土形变发展趋势，提前识别开裂风险，评估构筑物健康状态，为结构维护提供数据支撑。
循环冷却水是核电站关键安全屏障。冷却水管道堵塞、换热效率下降会威胁机组安全。DTS光纤测温系统对管路温度开展分布式监测，及时识别换热异常情况。
按照现场辐射剂量等级选型光缆。高辐射区域，选用耐γ辐照特种传感光缆；非辐射的电缆隧道、常规岛区域，采用普通石英传感光缆。光缆护套材料需要耐高温、耐水汽腐蚀，适配现场工况。
管道外壁敷设：采用耐高温卡扣、不锈钢压片固定，光缆紧贴被测表面，保障热传导；避免硬弯折，控制光缆弯曲半径。
混凝土结构：优先预埋，若后期改造采用表面粘贴固定工艺。
穿墙位置采用核电专用密封接头，做好屏蔽接地，防止水汽、辐射泄漏。光缆走线避开尖锐棱角，做好机械防护。
解调主机布置在安全机柜间，做好机柜散热、电磁屏蔽。系统输出标准通信协议，实现和核电站DCS、SIS监控平台对接，完成数据共享；配置本地存储与远程云访问，实现报警、历史数据回溯。针对布里渊监测系统，布设补偿光纤，完成温度‑应变解耦，保证测量数据准确。
项目完成之后开展系统标定，设置适配工况报警阈值；完成运维人员培训。光纤系统虽然寿命长，但也需要定期检查光缆外观、光损耗指标，建立定期校验机制。
现阶段分布式光纤传感在核电领域依然存在部分待解决问题：高辐照环境下特种光缆成本较高；布里渊温度‑应变耦合需要配套补偿方案；核电行业相关专用标准规范尚在优化。
展望未来，随着特种光缆工艺迭代，硬件成本逐步下降；多参量一体化解调主机不断成熟，结合数字孪生平台，分布式光纤传感会在核电站得到更加广泛应用。光纤传感技术可以充分发挥长寿命、本征安全优势，助力核电站从定期检修向基于状态的预防性维护转型，提升核电智能化安全运维水平。
核电站的安全监测是核电产业高质量发展的重中之重。传统点式传感器、人工巡检模式存在固有短板。分布式光纤传感DTS、BOTDR/BOTDA技术凭借无源本征安全、抗辐射、分布式连续测量、长寿命的突出优势，适配核废料库、高温热力管道、电缆廊道、混凝土构筑物等多类监测场景。在工程实施中应当重视光缆选型、敷设工艺、系统标定与解耦补偿。随着技术持续迭代，分布式光纤传感技术将会成为核电站安全监测重要技术手段，为我国核电安全运行保驾护航。
参考文献
[1] 郑明光. 核电站安全监测技术发展综述[J].核动力工程,2022.
[2] 张在新.分布式光纤传感技术及应用[M].电子工业出版社,2021.
[3] 王绍旭.耐辐照光纤传感在核电领域应用探讨[J].光通信技术,2024.
（全文4070字）
分布式光纤传感；核电站安全监测；DTS；BOTDR；BOTDA；耐辐照光缆；核废料温度监测；混凝土结构健康监测
核电站；核电厂；核岛；常规岛；核废料储存库；反应堆安全壳；蒸汽管道；二回路热力管道；电缆廊道；冷却塔；循环冷却水系统；核安全；核电运维；预防性维护
拉曼散射；布里渊散射；分布式光纤测温；温度‑应变耦合；光时域反射OTDR；后向散射光；斯托克斯光；反斯托克斯光；光纤解调主机
DTS分布式光纤测温系统；BOTDR布里渊光时域反射；BOTDA布里渊光时域分析；耐辐照传感光缆；特种核电光缆；光纤传感主机；智能网关；核电DCS系统；SIS系统；数字孪生平台
分布式温度监测；分布式应变监测；管道过热预警；混凝土开裂监测；高温部件状态监测；温度阈值多级报警；隐患定位；全生命周期监测
光缆预埋；表面贴装敷设；核电穿墙密封接头；光缆耐辐照选型；屏蔽接地；光损耗检测；系统标定；温度应变解耦补偿
本征安全防爆；抗核辐射；抗电磁干扰；无源传感；消除监测盲区；长寿命；减少人工巡检；高危区域监测；事故早期预警
Distributed optical fiber sensing；Nuclear power plant safety monitoring；DTS；BOTDR；radiation‑resistant optical cable；nuclear waste temperature monitoring
