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标题: 电力系统基于光纤的安全监控技术 [打印本页]
作者: vguangxian 时间: 2023-9-9 16:05
标题: 电力系统基于光纤的安全监控技术
一：电力系统现状
重要能源传输线路安全是网络和信息安全建设重要内容
2016年4月网络信息安全大会上，强调“加快构建关键信息基础设施安全保障体系。电力等领域的关键信息基础设施是经济社会运行的神经中枢。我们必须深入研究，采取有效措施，切实做好国家关键信息基础设施安全防护。”为此，三电安全（电力，电信，广电）成为国家安全建设的核心内容。
以电力为核心的城市地下综合管廊建设需要智能化和信息化
2015年以来，政府进一步强调加大基础设施建设，大力推广智慧城市建设，政府逐步明确了城市地下综合管廊建设将成为未来国家基础建设的战略部署。电力设施是管廊运行内容的核心之一，电力沟道的智能化安防建设，为地下综合管廊安全建设，提供了技术基础保障。
发电厂、输变电站的设备防偷盗及线路接头高温火灾爆炸的预防
发电厂和高压变电站占地面积大、周界范围长，某些设施采取了无人职守模式，犯罪分子一旦入侵，安防人员的排查工作将异常艰难;犯罪分子入侵后一旦发生事故，将对公私财产和人民的正常生活造成极其重大的危害;电力系统设备接头处大多存放于开关柜内因线路长期处于高压大电流下长期运行，容易老化高温引起火灾爆炸，现有的人力排查不能时刻值守，这对于电力企业及社会是一个相当大的安全隐患，急需一套适合监控开关柜接线路接头的温度。
二：技术应用
三：光纤周界入侵报警
系统介绍
系统采用光纤作为传感传输二合一器件，通过对直接触及光纤或通过承载物（如地面、墙壁、围栏等）传递给光纤的各种扰动进行实时监控，经后端智能分析，识别不同的干扰类型，如禁行区域闯入、攀爬围栏、挖掘、钻探等，实现系统预警或实时告警。
系统结构
系统软件接收器对相位改变进行探测，可探测干扰的强度和类型，并对探测到的信号进行处理，判别干扰是否符合触发“事件”的条件。事件”的条件。
实现方式
性能优势
应用范围
四：电缆沟智能监控
产品应用
防挖掘破坏监控系统
系统介绍
通过在电缆沟内布设一根光缆（也可利用现有光缆进行预警监测），对第三方施工破坏进行预警识别并准确定位，同时实现对局部区域的语音探测（利用光纤实现语音探测）以及把预警信号统一传输到指定的控制节点通知相关人员进行判断，及时出警。
探测事件
▲第三方施工，无意挖掘电缆沟。▲人员入侵至电缆沟内，对感应光缆有较大动作或破坏
防挖掘破坏监控系统
系统原理
当有外界扰动作用在光缆上时，将引起光缆中光纤的长度和折射率等特性发生变化，从而引起感应光纤中传输光相位的变化。系统以普通光纤替代无数传感器感知空间连续振动信号，实现大范围的振动监测。
防挖掘破坏监控系统
系统性能
实现事前预警：
在非法侵入者，进入电缆沟时，就发出预警并精确定为，及时出警，使之中断破坏或盗窃行为，从而避免实质性破坏产生。
现场无需供电：
系统前端、布设在电缆沟的监控和传感部分，无需任何形式的电源。
耐腐蚀，抗干扰：
能适应极端户外温度、潮湿甚至水域环境，并完全不受电磁干扰。
语音智能复核：
对发生违法的行为进行实时录音和信号传输。为电缆管理部门及时采取威慑和抓捕行为提供了技术保障，并为立案、处罚提供了法律依据。
对管沟全面实时监控：
通过一套设备对整个管沟内的所有电缆、井盖等其他设备进行监控，一套设备解决多个问题。
长距离、不间断监控：
单套主机实现了长距离的监控，特别适合于城市地下管沟组网建设，未来以相对较少的节点设备，拓展到整个城市，并实现24小时无间断实时监控。
防挖掘破坏监控系统
系统联动功能（可扩）;
支持扩展报警联动集成功能：实时报警信息接入，报警图像联动功能，报警电子地图提示等；系统软件集成平台与其它管理系统（如用户的业务系统等）实现对接，并可对新加入的设备可提供无缝级联，互联互控，平台软件无需更换，平稳过渡升级。
电缆防盗监控系统
系统介绍:
在电缆沟中敷设的一根感应光缆和一些井盖机械触发装置进行预警防护。当井盖被非法开启时弹簧随牵引铁丝一起被拽动，在这一过程中弹簧发生形变储蓄能量，当井盖被掀开到一定程度后，牵引铁丝上的磁铁与井盖脱落，弹簧开始复位，释放能量产生振动并将振动传导给振动探测光缆，探测光缆受到扰动将引起光缆中光纤的长度和折射率等特性发生变化，从而引起感应光纤中传输光相位的变化。当按照正常放好井盖，装置就自动复原。
电缆防盗监控系统
系统架构:
电缆防盗监控系统由“井盖—振动传导装置”+“电缆—传感光缆”探测振动信号，进而通过光纤振动传感技术传递信息。（亦可防第三方施工破坏）
探测功能:
撬开井盖 — 井盖中心的位移行程约几厘米时。移开井盖 — 私自移开井盖，拟开始破坏行为和非法施工行为。破坏盗窃电缆 — 破坏人员入侵至沟道内，在破坏、盗窃电缆时，对感应光缆有较大动作或破坏。非法施工 — 没有经过施工报备的非法入电缆沟的非法施工行为。
联动功能:
可与视频监控联动，辅助确认事件；可与声光报警装置联动，产生现场警示；可与综合管理平台通过标准网络协议联动。
电缆测温监控系统
系统介绍：
电缆测温监测系统采用分布式光纤火灾探测器，在高压电缆（沿线环网柜）上铺设光缆，在系统管理中心安装感温探测器主机，由主机向电缆引探测光缆。利用当温度变化时，沿着光纤反射回来的一小部分拉漫散射光，对这一后向散射光进行信号采集并在光电装置中进行分析，从而提供出有关温度的信息，判断出温度急剧变化的位置，从而确定火灾发生点。当分布式光纤感温主机检测到火灾异常时，火灾报警主机立即显示报警。
电缆测温监控系统
技术特征：
电缆测温监控系统
系统优势：
五：光缆温度在线监测系统
研发背景
电网规模和输送容量已跃居世界首位,输电线路总长度超过了118万公里,逐步形成北、中、南三大通道亿千瓦 万公里。GlobalData称:2020年中国输电线路总里程将达到159万km以上，全球高压输电线路的总里程将达680万km。
输电线路覆盖面积广、支撑杆塔多、传输距离长、周围环境及气象复杂。据统计，仅A类核心供电区域的配电网，由电缆线路故障引起的停电率达到了0.87次/ (100km·年)。
输电线路的运行条件恶劣，不仅需要穿越高海拔、多积雪、重覆冰的地区，还会受到恶劣天气如大风、雷击等环境因素的影响，极易发生故障。
电网传输线路现状
现有技术现有技术
系统介绍
系统采用先进的分布式光纤感温传感技术，利用国际最先进的数字化解调技术，可以综合各种安全监控参数，及时发现事故苗头，及时安全控制，实现铁塔电缆、电缆夹层、电缆沟，开关柜、变压器等高低压场所的生产和安全的双重监控功能。
系统功能
技术特点
1、采用分布式光纤感温感知温度和位置信息进行信号检测、信号传输，实现无电检测，本质安全防爆；
2、感温光缆使用寿命可达三十年以上，一次投入收益长久；
3、使用先进的分布式光纤感温作为测量单元，技术先进，测量精度高；
4、分布式感温光缆长期工作温度范围达-40℃到150℃，最高可达200℃，应用范围广；
5、采用探测器单回路测量方式，敷设方式灵活；
6、实时显示各个分区的温度，并能显示历史数据和变化曲线、平均温度变化曲线；
7、系统结构紧凑，安装简单，维护方便；
8、通过软件，可以根据实际情况设定不同的预警值、火警值；
9、通过软件，可以进行数据查询：逐点温度查询、报警纪录查询、按区间查询、历史数据查询，计报表打印。
六：荧光光纤测温
运维需求——监测必要性
电力高压开关柜/环网柜/变压器分布范围广泛，是城市6~10KV供电网络的重要组成部分和控制接点，高压开关柜/环网柜/变压器的运行状态，直接关系到城市供电系统的可靠性。设备长时间带负荷运行，环境温度和电气接点温度容易偏高，如果不及时处理可能导致着火或爆炸事故，为保证安全运行，目前电力检修人员需要定期对高压开关柜/环网柜/变压器进行温度检测，工作量大，准确度低。
研发背景
开关柜通常处于高电压、大电流和强磁场的环境中，强电磁噪声和高压绝缘问题是无法避免的，故在实际开关柜温度监测中，监测仪器与监测对象之间必须采取电压隔离措施，该做法必然给测试信号的有效传递带来较大困难。因此传统的测温方法（热电阻测温、热电耦测温）尚未应用到开关柜中。
运维需求——高压开关柜/环网柜温度故障分析
与母线连接故障
高压开关柜/环网柜扩展母线大都采用插拔式硅橡胶连接器，全绝缘和屏蔽，确保导电可靠性，且不受周围环境影响。可以根据实际需要进行任意的连接及组合。但由于种种原因导致的SF6气体的泄露，降低了高压开关柜/环网柜的绝缘水平和灭弧能力，仍容易发生母线连接故障和绝缘击穿。
与三芯电缆连接处故障
由于三芯电缆安装过程中多数需要核对相序，在固定之前需要加以外力扭动，而在安装之后因扭动产生的内部应力会逐渐释放，产生恢复力矩并作用在套管上，容易产生套管裂纹，导致高压短路。
与电缆头处故障
高压开关柜/环网柜电缆小室的空间较小，对高压开关柜/环网柜电缆头制作工艺要求高，导体、半导体、屏蔽层处理不到位，容易因电缆头爬电距离不够发生电缆击穿。
高压开关柜/环网柜常发生故障
运维需求——变压器温度故障分析
接头过热故障
载流接头是连接变压器和其他部件的桥梁，载流接头的运转情况直接影响变压器的运行效率，实际使用过程中载流接头容易出现过热的情况，一般是由于变压器的一处断和连接的引出段存在电位差，从而产生发热并造成重大安全事故。
绕组故障
变压器电流激增，由于部分低压线路维护不到位，经常发生短路，发生短路时变压器的电流超过额定电流几倍甚至几十倍，线圈温度迅速升高，导致绝缘老化，同时绕组受到较大电磁力矩作用，发生移位或变形，绝缘材料形成碎片状脱落，使线体裸露而造成匝间短路。
铁芯多点接地故障
变压器使用时可采用一点接地和多点接地两种方式，实际使用中变压器出现多点接地会产生电流回路，导致铁芯出现故障，并导致局部发热、变压器油分解和铁芯硅钢片变形的情况，使得变压器难以进行正常安全运行。
变压器常发生故障
运维需求——监测难点
系统原理
脉冲激光通过光纤传输到传感器探头，由于温度的不同，传感器探头产生的荧光信号不同，通过光纤将荧光信号传输到接收系统，经过处理、运算，获得温度值，如下图所示。该测温方法的优点是被测目标的温度是材料发出荧光寿命的单值函数，与系统的其他变量无关。即光源强度的变化、传输损耗、光耦合效率等都不影响测量的准确性，因此相对于其他测温方法具有互换性高、稳定性好、无需标定、寿命长等优点。
系统报警方式
当开关柜触头发生温度异常时，敷在开关柜触头上的荧光测温探头会立即感受到温度异常，当温度上升到报警阈值，立即定位报警，报警数据上传至集中监控中心，也可通过联动短信报警模块或声光报警模块加以提醒。
荧光光纤测温系统主要特点
独立灵活性
设备自带屏幕显示，可独立显示报警状态，报警阀值设置，查看报警记录，警报处理（删除或保存警报记录），密码修改等；设备接入网端后，在电脑系统平台也可以进行以上操作。
数据传输互不影响
就地同步测量、数据传输，各个测量单元使用数据总线进行数据传输，故可方便地排除外部变化对监测结果的影响，使各个被测设备的监测数据之间具有可比性。
报警迅速
采集频率高，精度高，可根据用户设定采集数据，最小周期＜2秒。
预测设备运行情况
实现对被检测设备温度值发展历史趋势计算分析，结合工况信息评估开关的老化状态。保证电力系统安全，为设备状态检修提供依据；为设备调修评价与预测维修提供可靠的技术数据。
荧光光纤测温管理优势
开关柜/环网柜/变压器火灾事故大部分是由于温度过高引起的，因此，在火灾发生之前及时、准确的监测开关柜/环网柜/变压器的温度变化并发生预警，使用户有充分的时间采取相应的措施，这对避免事故发生或引起火灾尤为重要。荧光测温传感技术，具有耐高压、不受电磁干扰、本质安全、长期可靠、易扩展等优点，可对开关柜/环网柜/变压器接头及触点的温度进行实时在线监测。
系统特点
七：通讯线路安全监控
研发背景
光缆通讯网络存在被侵入（窃听、篡改商业信息）的威胁，同时市政施工无意挖掘到通讯光缆，亦会对城市发展、人民群众带来极大损失。
系统简介
当有外界扰动作用在光缆上时，将引起感应光纤中传输光相位的变化（弹光效应）。能对传感光缆周围包括应变、振动、扰动速度等在内的多种物理量进行探测，实时准确地获得半静态和动态的干扰信息，通过后端处理软件分析、识别和判断，可对威胁事件进行准确定位、提前预警；提高相关单位的运维效率，制止破坏、强化防范，或及时准确奔赴意外现场，采取补救措施。
填补了国内技术和产品的空白
系统功能
系统能够准确判定非法扰动发生的位置、类型、强度，及时发现光缆信息的窃取、入侵和破坏行为。
系统实现
当发生第三方破坏行为时，系统将借用传感光缆探测事件发生所引起的振动信号，通过系统独特的光路设计和专用信号处理主机，可对事件入侵位置进行准确定位，并判断危险源类型，便于实施后续监控和跟踪。
定位入侵位置后，系统可联动声控扩音、摄像视频、局域网络客户端、短信通报监控维保人员全程实施驱逐或围捕，使得入侵盗窃的监控工作实施于防范预警，损害降低至最低。
技术优势
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