光纤光栅

文章针对监测装置现场取电难的问题,为智能电网盲区和多事态区监测提供解决方案。本研究设计并实现了一种可用于电网智能感知的光纤光栅传感系统,由多参量的光纤光栅传感器和解调仪组成,该解调仪采用可调谐激光器作激发光源,以20×70×90mm的微型体积,实现2W的低功耗。系统解调仪最多可容纳4通道光纤光栅传感器,重量小于500g,分辨率为0.5pm,精度±2pm,测量频率可达100Hz,光信息可通过电力通讯光缆传输,满足多数电网设备监测需求。该传感系统功耗低、体积小,可实现多参量监测,完全满足智能电网现场供电和通讯难、事态多发的监测需求。

本项目的总体思路是：依托电力光纤网、物联网技术，提出基于电力光纤网的光纤式架空线路微气象监测架构，推动电力光纤传感与电力光纤通信深度融合，在架空线路微气象光感知技术及监测模型算法、无源免维护型装置等方面取得了突破。本成果创新点：1、提出了基于光纤光栅传感技术的架空线路微气象监测方案；2、提出了覆冰、风速、风向、光照、雨量、湿度、气压等微气象参量转化成光纤光栅波长参量的测量技术及监测模型算法；3、研发了8类微气象参量的光纤传感监测装置。本成果实现了线路微气象的高可靠、免维护的集成监测，解决了架空线路微气象传统监测的四大技术难题。累计获得国内授权发明专利9项，实用新型专利12项，软件著作权1项，发表SCI、EI论文8篇。本成果具有：①无源监测长期可靠易维护；②测量与通信融合抗干扰；③光复用技术便于监测集成。装置及系统可用时间从1年左右提升为4年，提高了电网防灾减灾能力和运行维护水平，推动了电网监测和通信技术的进步。

本项目首创实现了基于布喇格光纤光栅油中氢气直接检测技术、提出了可调谐半导体激光吸收光谱和长光程气体检测、分布式反馈激光检测技术、模块化的设计和封装技术。2017年3月17日，中国南方电网有限责任公司组织会议鉴定。鉴定结论项目成果整体处于国际领先水平。项目解决了传统色谱监测装置故障率高、灵敏度差的难题，首创实现了变压器油中氢气直接检测，首次实现了混合烃类气体的精准检测，研发了基于光学传感的变压器油中溶解气体监测装置，装置无需使用载气，具有气体辨识度高、最低检测限值小、响应速度快等优点，经济和社会效益显著，应用前景广阔。

本项目完成了“光纤传感器直接感知量与输电线路需监测量之间关系模型的建立”、“基于光纤光栅传感技术的输电线路多种参量监测装置及方案的设计与实现、“基于光纤传感技术的输电线路无源在线监测系统的研制与应用“等三项核心创新工作，研制了拥有自主知识产权的无源监测设备与系统。从根本上解决了架空线路传统监测技术野外长期可靠性差、抗干扰能力弱、信息安全性低的问题，实现了架空线路状态监测领域的技术突破，有力推动了该领域的技术进步，推动了OPGW光缆施工设计和新型监测技术施工作业指导书等行业标准的发展。该成果已申请发明专利2项，获得实用新型专利4项，获得软件著作权1项，公开发明专利1项，发表学术论文9篇，其中EI论文4篇。 该成果实现了输电线路监测与电力通信的巧妙融合，不仅有技术上的突破，而且充分考虑工程建设和技术改造的适用性，保证了所研发的系统具有行业全面推广的价值，显著提升了在线监测研究基础和应用水平。该成果实现了传感在线监测技术的多项突破，具有在行业全面推广的前景。野外传感监测装置无需供电，适宜在野外架空线路在线监测领域推广应用。采用绝缘性好、抗干扰强的光纤作为传感媒介，适合在电力系统的强电磁场环境下应用。与传统监测采用无线公网通道不同，系统充分利用电力特种光缆OPGW作为状态监测通道，不仅满足线路监测的同步覆盖，而且保证了电网运行信息传输的安全性。传输采用波分复用形式，通道占用资源少，便于既有线路改造。

全光纤传感智能电力变压器采用多参量感知光纤传感器与变压器本体一体化融合设计技术，满足智慧变电站“防火耐爆、本质安全、状态感知、免（少）维护、标准设备、绿色环保”等一体化智能设备的要求，是智慧变电站核心设备之一。基于光纤光栅传感技术、光纤振动传感技术、光纤超声传感技术，实现变压器绕组热点温度及温度场分布、绕组动态压紧力、机械振动、局部放电等内部状态的全面深度感知；采用胶浸纸干式套管、耐高温自粘性换位导线，提升变压器安全水平，采用数字式气体继电器、智能型免维护呼吸器、免维护油中溶解气体在线监测等数字化、免维护组部件，提升了变压器智能化和免维护水平，支撑了国内首座智慧变电站示范建设。