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标题: 光纤传感技术在电力行业安全监测中的应用 [打印本页]

作者: vdianwang 时间: 2022-12-3 14:22
标题: 光纤传感技术在电力行业安全监测中的应用

[导读] 摘要：光纤传感技术是20世纪70年代末兴起的一种先进的多学科交叉技术，不同于传统的传感技术，现已与光纤通信并驾齐驱，发展前景良好，具有的绝缘、体积小、重量轻、耐高温、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度高、测量频带宽、传输损耗小等众多优异性能，且易于组成传感监测网络，先进的光纤传感器灵敏度比常规光电传感器高几个数量级，能够对应变、压力、温度、振动、声场、折射率、加速度、电压、气体等各种参数进行精确测量，监测

      （国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司  新疆乌鲁木齐  830000）
      摘要：光纤传感技术是20世纪70年代末兴起的一种先进的多学科交叉技术，不同于传统的传感技术，现已与光纤通信并驾齐驱，发展前景良好，具有的绝缘、体积小、重量轻、耐高温、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度高、测量频带宽、传输损耗小等众多优异性能，且易于组成传感监测网络，先进的光纤传感器灵敏度比常规光电传感器高几个数量级，能够对应变、压力、温度、振动、声场、折射率、加速度、电压、气体等各种参数进行精确测量，监测的物理量多达70多种。其工程化应用研究一直是国内专家学者研究的热点方向，在医学、生物、建筑工程等行业应用较多，在电力行业应用多呈点状现象，没有相关成熟的应用经验，在电力行业安全监测方面有广阔的推广应用空间。
      关键词：光纤传感技术；电力行业；安全监测
      1国内外研究现状
      20世纪80年代，光纤传感技术就显示出广阔的应用前景，但当时真正投入实际应用的却不多，主要因为与传统的传感技术相比，光纤传感器的优势是本身的物性特性而不是功能特性。20世纪90年代后期，光通信带动下得光子产业取得了巨大成功，光纤传感器呈现产业化发展。在国际上，美国、英国、加拿大等西方发达国家以及亚洲日本、韩国利用其技术和资金优势，在光纤传感技术领域处于领先地位，主要研究机构有：美国海军实验室（NRL）、国家航空管理局（NASA）的大实验室（LargerresearchLab）、BlueRoadResearch公司、MieronOptics公司、英国的Eity大学、Kent大学、SmartFibers公司，加拿大PhotonicsReseareh公司以及韩国的国家光子研究中心等。研究应用领域主要集中在医学和生物、化学和环境、军事和智能结构等。在国内，传感理论研究方面以清华大学、中科院半导体所、吉林大学、上海光机所等为代表，对光纤的成栅机理、光敏性、光波传输规律等问题进行了深入研究。在工程应用方面，哈尔滨工业大学、香港理工大学、上海紫栅公司已经完成了将光纤光栅传感系统用于呼兰河、青马、卢浦等桥梁的结构监测；清华大学、武汉理工大学、西安石油大学、北京邮电大学、燕山大学等单位也开展了将光纤光栅用于压力、温度、电流、电压、液位等参量的传感应用研究，取得了许多阶段性成果。在智能电网光纤传感产品供应商中，国内主要有上海波汇、上海华魏、苏州光格、武汉理工光科、深圳安捷等，国外厂商有美国MOI，德国LIOS和APSensing，英国Sensa和SmartFiber，加拿大QPS，OPSENS等。国内厂商近些年来技术发展迅速，在电流互感器、光纤光栅、拉曼、布里渊等多项光纤传感技术取得较大的突破，与国外还有较大的技术差距，需要进一步发展。
      2光纤传感技术优势
      光纤传感技术以光纤为媒介感知和探测外界被测信号，在传感方式、传感原理和信号的探测及处理等方面都与传统的电子传感技术有着明显的差异，自上世纪七十年代光纤传感技术被发展以来，引入光纤、光纤通信、光电感应和信号采集与定位等多种技术，尤其在某些特殊领域及恶劣工况下具有明显的技术优势。首先，利用光纤具有的大容量信息传输特点，使其既成为外界信号的感受器，又是信息的传输器，从而具有一物多用的特点；且通过调制和处理光的相位、频率、振幅以及偏振态等多种参数，能够敏锐地感知外界物理量和化学量的变化，其敏感性和精确度都具有较高的优势。其次，由于光纤使用绝缘材料制成，不易引起自燃和爆炸，因此在易燃易爆环境中作业的安全性能很高，对环境的影响较少，具有本质安全性；并在复杂的电气环境之中，光纤传感器受到的影响很小，其抗干扰性、稳定性和可靠性都表现较好，同时利用光信号传播的特点，使其响应速度得到保证。再次，利用光通信技术容易组网，可以完成长距离的分布式测量，实现对采集信息的大范围高速传播。最后，其化学性质表现稳定，能够对抗恶劣环境，经济环保，安全可靠，具有较好的使用价值。
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      3在电力行业安全监测中的应用
      3.1电力设备安防监测
      现有的大多数电力设备安防监控系统主要是视频监控系统及安全人员定期巡查，由于摄像机的照射范围的局限性及人力巡检的固有缺点，不能完全解决安全漏洞。分布式光纤振动传感器能实时感应周围压力、振动等情况，通过光谱相位的变化和信号转换，根据系统分析的结果，能判断入侵事件发生，并确认入侵地点。同时通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。将分布式振动光纤传感技术用于无人值守变电站、输电杆塔、电厂以及风机等重要场所或关键位置的智能安全警戒，监测工作将从单纯的物理隔绝上升到智能手段，实现对人员非法入侵的报警和监视，有效提高周界防入侵的效率。同时，还可监测高压电缆上方的振动信号，根据实时监测值显示报警状态，对故障点进行定位，提高管理人员对警情的处理效率。
      3.2输电线路安全监测
      输电线路是电网运行的命脉，任何外力的破坏，都有可能造成大面积停电，甚至电网瓦解。外力破坏（如盗窃、施工）、环境污染、自然灾害一直是威胁电网安全的重大隐患，并有不断增加的趋势。目前，电网企业还缺乏有效的防范手段和措施。利用光纤传感技术对输电线路进行安全监控，解决了输电干线远程长距离和无法进行无源定位的难题，只需沿输电线路布设的一条光纤单芯光缆，通过对输电线路上发生的触碰（或刮擦）光缆、接头盒、光芯等扰动的实时监测，采集和分析信息，判定扰动发生的位置、类型、强度，以帮助线路维护人员及时发现输电线路的破坏行为，有效解决对线路损毁的预警监测，为安保人员提供告警、智能分析和辅助决策支持。江西省电力公司“基于光纤传感技术的输电线路无源在线监测系统”已在九江110kV妙星线成功应用，实现对输电线路覆冰、舞动、温度及杆塔状态的实时监测。
      3.3设备温度监测
      电力系统中的电缆、开关柜、变压器等高压电气设备大多处于强磁场、高电压、大电流的环境中，传统的电温度传感器不能工作在强电磁环境中，也不宜在易燃、易爆环境或腐蚀性环境中工作，对于采用点式温度传感器实现温度的分布测量还存在难于安装、难于布线、难于维护的问题。光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、绝缘不产生电火花以及可以实现分布式、实时监测等优点，分布式光纤温度传感器可实现沿光纤连续分布的温度场的分布式测量，光纤的跨距可达几十千米，空间分辨率高、误差小，可广泛应用于电力设备温度监测各种场合，解决许多特殊场合下其它传感器难以胜任的测量难题。主要应用有：（1）地下和架空电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控。（2）高压配电装置内易发热部位的监测。（3）发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统。（4）各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断。（5）火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测，地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等。（6）电力设备及周边环境火警监测预警。
      4结论
      随着电力自动化程度的提高，实现电力系统关键要素的电压、电流、磁场、应力、温度以及速度等实时信息的监测，对提高电力系统的安全性、稳定性和供电质量的可靠性具有重要意义。光纤传感技术作为一种新型监测方式，研究和工程应用表明，系统安全稳定可靠，获取信息及时准确全面，经济效益和社会效益显著，在现代信息通信等新技术领域应用推广前景广阔。

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