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分布式电力光纤传感技术在光缆监测上的应用

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vguangxian 发表于 2022-12-4 10:52:08 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
为减少电力光纤外破发生,传统的电力线路保护主要有以下2种方法:巡查方式,为普通电力光纤线路聘请当地专责人员进行线路巡检,该方法成本高,实时性低;电力部门之间以及电力部门和市政等部门的沟通配合,该方法在实际工作中执行困难。该2种方法都存在不可控因素。
随着信息技术发展,光纤本身作为传感介质的传感技术在实际工程中得到广泛应用。根据其传感技术原理类型分为点式传感和分布式传感,其中点式传感通常采用光纤光栅,需将多个光纤光栅串联起来使用或进行多路复用,串联或复用的光纤光栅的数目一般只能做到十几个,施工难度大,并且难以实现长距离监测,同时由于监测点数量有限,对整个线路无法实现无盲区监测。分布式光纤传感最大特点就是通信光纤本身兼做传感器,利用光纤上每点的光学特性实现沿整条光纤线路的全覆盖监测,因此,具有更加重要的工程应用价值。该监测方法对原有的通信线路无需二次施工,可实现连续监测。
基于光散射效应技术原理的分布式光纤传感技术,根据监测目标参数的不同,采用不同的监测原理,在电力光缆监测中,主要有以下几类:基于光时域反射仪( Optical Time Domain ReflectometerOTDR),用于电力光缆的光信号衰耗监测;基于拉曼散射的光时域反射仪( Raman Optical Time DomainReflectometer, ROTDR)用于输电线路的温度监测,在工程应用中拓展到对输电线路基于温度的火灾和动态载流量监测技术;布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry, BOTDR和布里渊光时域分析仪( Brillouin Optical TimeDomain Analysis, BOTDA)主要应用于输电线路的温度和应变监测,该技术在输电线路的弧垂、温度应变变形及监测方面具有很高的应用价值。以上几种监测技术都利用光纤连续分布监测的特点获得时间和线性空间上的二维信息分布,无需构成回路,工程现场应用方便。
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​ 防外破监测系统分为2种事态监测:事前监测和事后监测,事前监测主要监测光缆的振动,事后监测针对光纤的通断和衰耗。防外破监测与预警主要针对振动监测,利用外界振动引起对地埋电力光纤同步振动的原理设计,传感原理上基于中OTDR技术。工程实施中将地埋光纤作为对应的相位调制元件,当光纤周边由于外界入侵等原因引起地面振动时,将会引起对应光纤的共振,从而引起被测光纤中对应的振动位置点散射光的相位变化。通过接收单元接收探测光纤后向返回散射信号变化,将光相位的改变转换为对应点的光强度的变化,对不同时刻信号特征进行分析,得出振动点的奇异变化,实现整段光缆振动信息的实时监测。
与OTDR硬件结构相似,Φ-OTDR(相敏型光时域反射仪)采用高相干性的激光器,高相干性的激光可以把被测光纤感知到的扰动信息转换成传感光信号相位的变化进而使散射光信号功率发生相应变化。正常状态下,对信号不做平均处理的OTDR曲线,各个位置处的光信号强度随机地缓慢变化。受扰动位置处信号功率有规律的变化,去除该位置附近的不同连续时刻的时域信号进行傅里叶变换,可以获得扰动的频率或频谱特征。根据测得的扰动频率或频谱特征可反推扰动事件,如挖掘机、工程机车等在电力光缆附件施工等。
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​ 采用OTDR技术原理,可对振动位置点进行精确的光学定位。Φ-OTDR分布式光纤振动传感系统可通过测量注入脉冲与接收信号之间的时间差得到扰动的光学位置。该系统的定位精度P与注入光纤的光脉冲宽度△T有关,且有P=c*△T/2n,式中,c为真空中的光速,n为传输介质折射率,该方法与OTDR相似,区别在于对返回光信号的调制与解调。





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