光纖傳感在電力傳輸安全監(jiān)測中的應用研究

雷現(xiàn)惠，于 濤，鞏慶超，劉 楊，許 立

（國網(wǎng)泰安供電公司，山東 泰安 271000）

0 引 言

傳感器、網(wǎng)絡、通信等一系列新型技術(shù)是智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能電網(wǎng)需要建立從發(fā)電、輸電網(wǎng)到配網(wǎng)的電網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)，從根本上解決提前預測，檢查整修以及修復電力系統(tǒng)安全運營等問題。

1 光纖傳感技術(shù)應用在電力傳輸安全檢測中的優(yōu)勢

在電力傳輸過程中，經(jīng)常會發(fā)生一些故障，如傳輸電纜老化或者電纜過熱引起的燃燒等。因此，電力傳輸過程中經(jīng)常運用檢測傳感器測量電纜溫度。而電網(wǎng)測溫系統(tǒng)采用熱敏電阻、溫感電纜、紅外監(jiān)測和分布式光纖等技術(shù)來完成溫度的測量，使得工作人員了解電纜燃燒問題產(chǎn)生的原因，提高了解決故障的效率。在以往的電纜溫度監(jiān)測工作中，感溫電纜測量技術(shù)只能對電纜高溫的地方進行報警，此項技術(shù)保溫溫度范圍較大，無法明確電纜的實際溫度，因此時常出現(xiàn)檢測誤差。紅外線測溫儀技術(shù)可準確得知電纜實際溫度，并且還可進行在線實時觀測，但是，由于建立紅外測溫系統(tǒng)的成本較高，且實際測量范圍較小，不適合大規(guī)模的應用在電網(wǎng)監(jiān)測中。熱敏電阻測溫技術(shù)可獲取電纜溫度的數(shù)值，其缺點是易出現(xiàn)故障，具體鋪設十分困難，而且增加了后期保養(yǎng)費用。分布式光纖傳感技術(shù)應用在電網(wǎng)中，可快速的傳遞信息，能測量電網(wǎng)環(huán)境的運行信息，且此項技術(shù)建設成本較低，在一定范圍內(nèi)使用一根光纖進行溫度監(jiān)控即可，可提供連續(xù)和長距離的檢測溫度數(shù)據(jù)，溫度獲取數(shù)值的準確程度較高，完全可進行遠程監(jiān)控管理。利用光纖傳感器的特點，可快速了解不同溫度區(qū)域所在的物理位置，并且利用顯著的曲線圖來顯示電纜沿線的溫度值，非常適用于電網(wǎng)監(jiān)控建設[1]。

2 光纖傳感技術(shù)應用原理

2.1 基本原理

目前，在電力傳輸檢測工作中，運用了光纖傳感技術(shù)，將光波作為信息的載體，光纖的主要任務是信息傳輸，但是在實際工作中可實時獲得外界的信息，在很大程度上提高了傳輸信息的工作效率和準確程度。光纖傳感技術(shù)由光源、光導纖維、感光元件、調(diào)制元件以及信號處理元件等組成。在檢測工作中，光源的工作是將光線運用光纖進行傳輸，輸送到光感元件上獲取相關(guān)信息，由調(diào)制元件處理參數(shù)信息等，最后由處理器獲取電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)和參數(shù)[2]。

2.2 光纖傳感器的類別

在現(xiàn)階段電網(wǎng)檢測系統(tǒng)建設過程中，確保檢測準確性的核心元件是光纖傳感器。工作人員可按照光纖傳感器的功能進行選擇，按照光波參數(shù)和測量對象進行分類。從功能角度進行分類，光纖傳感器可分為功能類型、非功能類型以及拾光類型傳感器。其中，功能型傳感器中感光元件的光纖，在傳輸光波的過程中會進行調(diào)制工作，將信息傳輸?shù)秸{(diào)制元件后，光波會進行調(diào)解工作，從而獲得溫度準確測量數(shù)值。非功能型傳感器是運用非光纖敏感元件監(jiān)督電力傳輸過程，其中，光纖的工作是信息傳輸。拾光型光纖傳感器大多是將光纖作為檢測探頭，接收由被測對象輻射的光或被其反射、散射的光，獲得電纜溫度等相應信息。根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)所調(diào)制的光波參數(shù)不同，在目前電纜檢測中使用的光纖傳感器有相位調(diào)制光纖傳感器、強度調(diào)制光纖傳感器以及頻率調(diào)制光纖傳感器等。按照測量對象進行區(qū)分，在實際檢測中光纖傳感器可分為光纖電流傳感器、光纖濃度傳感器以及光纖溫度傳感器等。

2.3 光纖測溫的工作原理

光纖傳感系統(tǒng)主要是為了測量電纜的實際溫度，運用拉曼散熱原理進行測量工作。在實際安裝過程中，工作人員大多會將測溫光纖放置在電纜表面進行施工，傳感器可根據(jù)外部溫度的變化和電纜本身溫度變化程度通過對比差異值獲得電纜實際溫度。并且以此項數(shù)據(jù)計算電網(wǎng)運行過程中電流是否符合電纜表面溫度之間的關(guān)系。拉曼散射原理是陽光的射入光線和介質(zhì)發(fā)生碰撞時會吸收或者放出光子，這期間短波會伴隨著電纜溫度的變化而改變，光纖傳感技術(shù)運用了光波強度這一特性進行測量，從而找出電纜存在的問題。

3 光纖傳感技術(shù)在電力傳輸安全檢測過程中的運用

3.1 電力設備的安全檢測問題

以往的電力設備在管理方面大多采用視頻監(jiān)控設備，定期組織維護人員進行檢查整改，以提高管理檢測的質(zhì)量，最大程度上避免電力在傳輸?shù)倪^程出現(xiàn)問題。但實際攝影監(jiān)控系統(tǒng)往往存在一定的監(jiān)控盲區(qū)，無法全面監(jiān)控電網(wǎng)運行過程中產(chǎn)生的問題。在實際監(jiān)控中加入光纖傳感器能很好地解決這一問題，光纖傳感器可作用于電力設備周圍的壓力和振動來完成監(jiān)督工作，并且運用計算機系統(tǒng)分析獲得的監(jiān)控數(shù)據(jù)，以此得出結(jié)論來確定電力傳輸過程中是否存在問題。大部分光纖傳感器應用在值班人員較少，且維護工作較困難的區(qū)域，以提高檢測工作的準確程度和智能程度，提高維修人員處理故障的效率。

3.2 輸電線路的安全檢測

輸電線路是電力傳輸中較為重要的工作環(huán)節(jié)，輸電線路的完整程度直接影響到整體電網(wǎng)的運行速度，在實際運輸過程中，外界因素的影響使得運輸線路中斷，無法進行傳輸工作，進一步造成輸電系統(tǒng)大面積停電等情況，嚴重影響了人們的正常生活。目前影響輸電過程安全的因素包括不法分子為了自身利益盜竊線路、工程施工、雷雨電擊等。電網(wǎng)管理企業(yè)大多采用全程監(jiān)督管理手段，遇到問題及時進行修復工作，但是這種監(jiān)管手段缺少預防措施。在當前電網(wǎng)建設中，運用光纖傳感技術(shù)可完全掌控輸電線路運行情況，可避免突發(fā)故障影響到居民用電，提高了修復工作的效率。光纖傳感器監(jiān)控在一定程度上避免了遠程監(jiān)控帶來維修時間過長的問題。光纖傳感器大多伴隨輸電線路進行鋪設，傳感器能檢測到輸電線路上可能出現(xiàn)的意外因素，對于擾動位置進行提前判斷和預警，方便維修人員及時發(fā)現(xiàn)問題和整改問題，提高了維修人員工作效率和監(jiān)管力度[3]。

3.3 設備溫度監(jiān)測

在實際工作中，輸電網(wǎng)絡管理經(jīng)常出現(xiàn)電纜和變壓器溫度過高的故障。電纜等高壓設備運行環(huán)境大多是磁場強烈或電廠強烈的地方，以往的溫感電阻傳感器無法在強電廠或強磁場的環(huán)境下使用，因此很難監(jiān)測電纜運行溫度。而光纖傳感器在使用過程中不受強電廠和強磁場的干擾，可實現(xiàn)分段位式監(jiān)測，并且可實現(xiàn)電纜信息的實時監(jiān)測和信息傳輸?shù)裙δ埽岣吡穗娎|監(jiān)控的質(zhì)量。光纖傳感器可應用于地下電纜、配電裝置以及發(fā)電廠的檢測系統(tǒng)，擴大了管理工作的監(jiān)控范圍。

3)密鑰長度設計為128位，且為一次性密鑰，將明文和密鑰異或既簡單又可靠的加密方式，加解密速度較快，適用于大數(shù)據(jù)量的加解密。

4 結(jié) 論

光纖傳感技術(shù)廣泛應用于當前的電力傳輸系統(tǒng)檢測中，光線傳感技術(shù)可避免強力電磁干擾和溫度的影響，可借助網(wǎng)絡實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸分析，提高了維護人員的管理效率，在未來電網(wǎng)建設中具有較強的應用優(yōu)點。分布式光纖傳感技術(shù)可運用一根光纜進行溫度檢測和信號傳輸工作，運用光纖拉曼散射效應實現(xiàn)對溫度的檢測。本文主要講述了光纖傳感器在電纜測溫中的使用原理和應用，光纖傳感器具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，可實時檢測電纜溫度的變化，對電纜溫度過熱作出預警，方便技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)故障，并及時處理，避免了災害的發(fā)生，對電力系統(tǒng)的正常運行具有重大意義。