对电力架空光缆应变敏感的分布式光纤传感方案

责任编辑:光电通信 2016/03/05 来源:《光电通信》杂志2016年1/2月刊
江苏通光光缆有限公司  李晓琴 樊红君 徐雪平
通光集团有限公司  黄俊华

摘要:通光集团研发了一种紧包光纤和松套光纤相结合的光纤单元,紧包光纤处于光纤单元中心,一次被覆光纤处于紧包光纤周围,将该光纤单元置于OPGW或OPPC结构的中心位置,基于BOTDA技术,可感知从零开始到抗压力70%的缆应变,并据此提出了实用化的考虑。

关键词:分布式光纤传感;OPGW;OPPCFBGDTSBOTDRBOTDA

一、前言

为了在线监测输电线路遭雷击的情况,用光纤复合架空地线(OPGW)缆中光纤作为传感元件,我们通过用布里渊光时域反射仪(BOTDR)测量光纤中的布里渊频移量,得到了沿光纤长度的温度和应力分布,从而判断OPGW遭雷击的位置。

为了监测光纤复合相线(OPPC)的温度,《光纤测温系统在OPPC 中的应用》一文中首次提出了光纤光栅(FBG)方案,并报导了在一条26.2 km长的24OPPC光单元中,除了16芯通信光纤外还含有8根串联了FBG的测温光纤,全线分设48个测温点进行实时温度监测。

已有实验都成功验证了BOTDR技术能实时、灵敏、准确地测量OPPC不同位置线芯的温度变化,但由于OPPC有较大的光纤余长,没有测量到光纤有应变。因此有必要设计新型的光纤复合线缆,在保证光纤的通信功能和温度感知功能的同时,也能够感知线路的实时受力状态,以满足在线监测输电线路的需求。

对电力架空光缆的在线温度监测技术已接近成熟,而实时监测缆的应变一直是个难题,其主要原因是OPGW和OPPC有较大的光纤余长,在余长被耗尽之前,光纤始终处于松弛状态而感知不到缆的应变。

二、当前可用的光纤分布式传感技术

1、光纤光栅传感技术及应用

以测温为例,光纤通道中光纤光栅(FBG)布设越密测温点越多、测温信息越丰富,但对解调仪的扫描范围要求越宽,同时相应的造价就越高。

在输电线路中,通常最关心的是两个变电站出口处和特殊区域导线的温度。如在一个线档中,通常关心的是两个线夹(最好含跳线连接点)和弧垂最低点的导线温度。FBG监测点的采样数量和具体位置是无法满足这样要求的,即使FBG位置按以上位置刻录,在实际安装工程中也不可能与对应采样点一致。FBG只能是监测连续的固定采样点、是一种“准分布式”而不是真正的“分布式”测量。

接入FBG的光纤已成为传感光纤,在光缆生产时要求的光纤余长与常规通信光纤是不同的,因此与通信光纤混装在同一个光单元在理论上是不合理的。由于缆中的通信光纤需要较大的余长,致使FBG在相当宽的缆应变范围里感受不到应变量。所以,光纤光栅技术只能用于缆的测温而测不了缆应变。

2、拉曼散射技术及应用

基于拉曼散射技术(DTS)的分布式光纤温度监测系统可以进行实时、在线、连续分布式的测温,可实现沿光纤轴向分布的“温度—距离”的分布式测量。在DTS系统中,其优势是光纤上的任意一个点都是测温传感器,只取决于采样间隔。DTS方案在理论上没有测量盲区,就像BOTDR一样,可以沿整条被测光纤给出连续的温度分布曲线。按采样间隔0.5m,己经可以覆盖OPPCOPGW线路中所有感兴趣、需要分析的“点”或“区段”,可以覆盖所有的线夹和跳线连接处的温度。

DTS系统测温时只需要一根光纤,但大多采用大芯径的多模光纤,监测距离为单端410km。另外,DTS技术不能直接监测应变。

3、布里渊散射技术及应用

基于布里渊散射的分布式光纤传感器是目前国际上最前沿的光纤传感器之一,它直接采用常规通信单模光纤作为传感器,可实现沿光纤分布的温度、应变的实时测量。

布里渊光纤传感技术有光时域反射技术(BOTDR)和布里渊光时域分析技术(BOTDA)两种实现方式。BOTDR为单端测量方式,探测的是微弱的自发布里渊散射光,故难以实现长距离、高精度测量;BOTDA采用双端结构,探测的是较强的受激布里渊散射光,因此,BOTDA的测量距离与精度均高于BOTDR

由于松套结构OPPC和OPGW有较大的光纤余长,缆中的光纤能测温而仍不能感知缆所受到的应变。

上述三种技术在监测系统中的接线方式如图1。

17.png

……

您访问的文章为付费会员专享

欲了解更多内容,请注册成为会员,并购买付费会员服务

现在加入

  • 扫码关注微信公众号