基于分布式光纤传感的高压电力线路异常监测探讨

  为保障高压线路附近群众的生命和财产安全、以及园区的生产安全，我们需要监测园区电力主干线路（如66KV）的异常状态。本方案将采用分布式光纤传感技术（DAS）来监测高压线路的异常状态，该方案能够对整条线路任意位置的异常状态进行秒级别的识别、定位和告警，能够在电力线路异常时快速感知预警，避免或降低异常影响。
1.系统设计方案
        高压电力线路在正常工作和异常放电时，线路周围会发出不同的声音。当高压导线周围的电场强度超过空气的击穿强度时，会使空气电离而呈现局部放电现象，这就是电晕现象，电晕发生正常情况下为“嗡嗡”的声音。当高压线路发生异常放电时，导线周围会发出“嘶嘶嘶”，甚至“噼啪”的声音。因此，通过监测线路周围声音特征的变化，来监测线路的局部异常放电的情况。

1.1分布式光纤声波传感技术
        基于分布式光纤传感瑞利散射技术（DAS），其技术原理是通过探测沿传感光纤各点的瑞利散射光的相位变化来得到所需检测的物理量（如声音、振动等）的变化。入射光与光纤沿线某点的后向散射光产生干涉，该点上的声音或振动的变化会引起该干涉光相位的线性变化，因此在接收端对该点的干涉光相位进行解调就可以确定声音或振动的变化量。由于光纤在空间中的连续分布，可以定量检测到空间上的任意一点发生的物理量的变化，从而实现分布式传感。（ 更详细的相关原理请参考：物联网监测之光纤振动传感器_py_free的博客-CSDN博客_光纤振动传感器 ）

1.2传感主机
        光纤声波传感主机能够获得几公里到数十公里声波（振动）信号，实现振动告警、事件识别、设备运行状态远程监测以及语音侦听功能。该产品特别适用于长距离、大范围的振动传感监测，具有快速响应、误告率低的特点。

传感主机一般具有以下功能：

声波侦听功能：设备能够对光纤周围的声波信号进行持续的播放监听，能够支持多个通道位置同时监听并且对监听的声音进行存储、回放，该功能能够通过监听声音的方式来确认远程的事件。
无人值守设备运行状态远程监测功能：设备能够对远程在运行设备的运行状态进行监测，通过监测设备运行过程中发出的声波信号，分析声波信号的特征，得到设备的运行状态。能够完善设备的运行控制，能够对设备运行的异常进行及时的预警。
事件识别告警功能：设备能够对异常的振动干扰进行告警，并且能够对事件进行识别分类。
断纤告警：设备能够在秒级别内识别断纤，并且通知运维。
三方联动：设备支持本机监测，或者通过 MQTT等多种方式将数据传输至用户服务器，便于与用户多种监测技术的融合。
1.3传感光纤
        螺旋钢管铠装振动光缆是专为微振动光纤传感系统设计的一种传感光缆，采用双层不锈钢铠装护套进行保护，具有高性能的抗拉、抗压、防扭、防鼠咬、防刀割、防水防潮、柔软坚韧等特点，适合各种恶劣的使用环境。光缆结构层次分明，光纤被保护在一根钢管内部，处于自由状态，对外界的微振动非常敏感，是分布式振动传感理想的探测单元，广泛用于机场、电厂、电力电缆、高速公路等各类重点区域。
其具有以下特点：
不锈钢软管+不锈钢编织网双层铠装保护，给光纤最强的保护；
高抗拉, 高抗压, 防鼠咬，防刀割，抗弯折等优良的机械性能 ;
独特的不锈钢软管设计，让光纤对振动更加敏感；
采用阻燃环保材质, 可以满足消防等防火等级要求；
光缆柔软、韧性好，安装布放，维护方便。
2.系统部署方案
        传感光纤分别跟随电力线路布设。传感光纤连接到机房的传感主机，传感主机支持多通道接入，每个通道接入一条传感光纤，主机通过分时切换的方式分别监测每一路电力线路。传感光缆与电力线路的布设方式：
        可选通过本地主机监控，或者主机连接到云端监控服务。监控服务提供对移动端的告警通知以及历史监控信息的访问功能。
本方案实现后能提供的主要功能：
能够在秒级别内识别并定位出电力线路周围的声波信号的特征，根据声波特征识别出异常放电及其强度级别，并进行告警和通知。
能够提供线路任意位置的语音监听功能，通过该功能，线路运维能够便捷的“听”到线缆的异常声音。
通过对电力线路异常的快速感知预警，能够及时发现线路异常状态，避免或降低线路异常的影响。
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