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光纤传感器在电力系统的应用

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vhongbo 发表于 2022-12-4 23:41:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

 电力系统网络结构复杂、分布面广,在高压电力线和电力通信网络上存在着各种各样的隐患,因此,对系统内各种线路、网络进行分布式监测显得尤为重要。

  1、在高压电缆温度和应变测量中的应用

  目前,国外(主要是英国、 日本 等)已利用激光喇曼光谱效应研制出分布式光纤温度传感器产品。而国内也在积极地开展这方面的研究工作。国内把分布式光纤温度传感技术引入电力系统电缆测温的研究工作只是刚刚开始。

  联系到我国南方地区去年所遭受到的雪灾来考虑,如果能在高压电缆上并行地铺设传感光缆,对电力系统电缆、铁塔等设施的温度、压力等参量进行实时测量,就能够做到及时排险,从而尽可能减少经济损失。可见,光纤传感器在电力系统将具有广泛的应用前景。

  在理想情况下,光纤应被置于尽可能靠近电缆缆芯的位置,以更精确地测量电缆的实际温度。对于直埋动力电缆来说,表贴式光纤虽然不能准确地反映电缆负载的变化,但是对电缆埋设处土壤热阻率的变化比较敏感,而且能够减少光纤的安装成本。

  2、在电功率传感器中的应用

  电功率是反映电力系统中能量转换与传输的基本电量,电功率测量是电力计量的一项重要内容。随着电力工业的迅速发展,传统的电磁测量方法日益显露出其固有的局限性,如电绝缘、电磁干扰、磁饱和等问题,因而人们一直在致力于寻找测量电功率的新方法。可以说光纤传感器的出现给人们解决这一问题带来了福音。

  光纤电功率传感器的主要特点是:由于电功率传感同时涉及电压、电流2个电量,因而通常需要同时考虑电光、磁光效应,同时利用2种传感介质或1种多功能介质作为敏感元件,这使得光纤电功率传感头的结构相对复杂;光纤电功率传感器的光传感信号中有时同时包含电压、电流信号,因此其信号检测与处理方法也将比较复杂。

  3、在电力系统光缆监测中的应用

  电力系统光缆种类繁多,加之我国地域广阔,各地环境差异很大,所以光缆的环境也很复杂,其中温度和应力是影响光缆性能的主要环境因素。因此,在监测光纤断点的同时也对光缆所处温度和应力情况进行监测,可见对光缆的故障预警及维护意义深远。

  通过测量沿光纤长度方向的布里渊散射光的频移和强度,可得到光纤的温度和应变信息,且传感距离较远,所以有深远的工程研究价值。

  基于布里渊光时域反射(BOTDR)的分布式光纤传感系统,采用相干检测技术,系统原理如图1所示。

  基于BOTDR传感系统原理

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  图1基于BOTDR传感系统原理

  BOTDR光纤传感系统测量的是光纤的自发布里渊散射信号,其信号强度非常微弱,但可以采用相干检测技术提高系统信噪比。这种方案可单光源、单端工作,系统简单,实现方便,而且可同时监测光纤断点、损耗、温度和应变。






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