光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用研讨.pdf

Telecom Power Technology 225 Oct.10,2023,Vol.40 No.19 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期运营维护技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.19.074光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用研讨曹晖晖1，卢 磊1，刘宏超1，骆俊豪1，曾 杰2（1.国网景德镇供电公司，江西 景德镇 333000；2.国网宜春供电公司，江西 宜春 336000）摘要：变电站维护对于保障整个电力系统的稳定运行至关重要。光纤分布式传感系统具有灵敏度高、抗干扰能力强以及可靠性高等优点，在变电站维护中具有广泛的应用前景。文章主要探讨光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用，分析应用光纤分布式传感系统所应遵循的原则，并针对其在今后的应用提出建议，希望能够为相关从业者提供参考。关键词：光纤分布式传感系统；变电站维护；在线监测；故障诊断Discussion on the Application of Fiber Optic Distributed Sensing System in Substation MaintenanceCAO Huihui1,LU Lei1,LIU Hongchao1,LUO Junhao1,ZENG Jie2(1.State Grid Jingdezhen Power Supply Company,Jingdezhen 333000,China;2.State Grid Yichun Power Supply Company,Yichun 336000,China)Abstract:Substation maintenance is crucial for ensuring the stable operation of the entire power system.The fiber optic distributed sensing system has the advantages of high sensitivity,strong anti-interference ability,and high reliability,and has broad application prospects in substation maintenance.This article mainly explores the application of fiber optic distributed sensing systems in substation maintenance,analyzes the principles that should be followed when applying fiber optic distributed sensing systems,and puts forward suggestions for their future applications,hoping to provide reference for relevant practitioners.Keywords:fiber optic distributed sensing system;substation maintenance;online monitoring;fault diagnosis0 引 言随着电力行业的快速发展，变电站的数量和规模不断扩大。变电站作为整个电力系统的关键组成部分，其运行状态直接影响整个电力系统的稳定性和可靠性。因此，变电站维护对于保障电力系统的正常运行至关重要。传统的变电站维护方法主要依靠人工巡检和定期检修，存在效率低下、精度不高等问题。随着光纤分布式传感技术的发展，其在电力行业中的应用越来越广泛，为变电站维护提供了新的解决方案。1 变电站维护中应用光纤分布式传感系统的重要性随着电力行业的不断发展，变电站维护的需求不断增加1。传统的变电站维护方法存在一定的局限性，如检测不全面、维修不及时等，需要一种新型的维护方法来提高变电站维护的效率和安全性。光纤分布式传感系统的出现，为变电站维护带来了新的解决方案。光纤分布式传感系统是一种基于光纤传感技术的先进监测系统。它采用高灵敏度的光纤作为传感器，通过测量光纤中的背向拉曼散射来监测变电设备的状态。这种系统可以实现多个光纤传感器的分布式监测，从而实现对整个变电设备状态的实时监测和预警。其结构如图 1 所示。光纤分布式传感系统发射光脉冲背向散射信号传感光纤传感光纤散射点图 1 光纤分布式传感系统的结构与传统监测方法相比，光纤分布式传感系统具有更高的可靠性、更低的成本以及更少的维护量等优点2。它不仅可以提高监测的精度和可靠性，还可以降低监测设备的成本和维护量。此外，光纤分布式传感系统具有较长的使用寿命和较少的能耗，可以减少对环境的影响。总之，光纤分布式传感系统的出现为变电设备维护提供了新的解决方案，可以大大提高变电设备维护的效率和安全性，从而更好地保障电力系统的稳定运行。2 光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用原则光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用原收稿日期：2023-08-31作者简介：曹晖晖（1990），男，江西都昌人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为电力通信技术。2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期Oct.10,2023,Vol.40 No.19Telecom Power Technology 226 则主要有以下几点，如图 2 所示。光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用原则全面覆盖原则灵敏度匹配原则可靠性原则传统方式结合原则图 2 光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用原则2.1 全面覆盖原则光纤分布式传感系统可以实现多个光纤传感器的分布式监测，在应用中要确保能够全面监测整个变电设备。全面监测可以更好地了解设备的状态，及时发现并解决问题，确保电力系统的稳定运行。这种监测方式可以提高电力设备的可靠性和安全性，减少设备故障的发生概率。因此，光纤分布式传感系统在电力行业中得到了广泛应用。2.2 灵敏度匹配原则光纤分布式传感系统通过测量光纤中的背向拉曼散射来监测变电设备的状态，因此为了确保监测的灵敏度能够达到要求，需要选择合适的光纤和传感器3。光纤的选择需要考虑其长度、直径、材质等因素，而传感器的选择需要考虑其灵敏度、稳定性、可靠性等。在选择合适的光纤和传感器后，需要对系统进行灵敏度的匹配和校准，以确保监测数据的准确性与可靠性。灵敏度的匹配是指将光纤分布式传感系统的输出信号与被监测设备的状态变化相对应，使得系统能够准确反映设备的变化情况。灵敏度的校准则是指将系统的输出信号与标准信号进行比较，以确定系统的误差和精度等级，从而保证监测数据的可靠性。在选择合适的光纤和传感器以及进行灵敏度的匹配和校准后，光纤分布式传感系统就能够为变电设备的状态监测提供高精度、高稳定性的监测数据。2.3 可靠性原则在应用光纤分布式传感系统的过程中，需要充分考虑其可靠性。如果系统的可靠性不足，则可能会导致感知数据的失真或丢失，从而对整个系统造成严重影响4。为了确保系统的可靠性，不仅需要选择具有高度稳定性和可靠性的光纤与传感器，还需要充分考虑系统的维护和保养。光纤和传感器的选择至关重要。光纤分布式传感系统的工作原理是利用光纤中的光信号传输来感知和测量物理量，因此需要选择具有高度稳定性和可靠性的光纤与传感器。一般来说，选择经过实践检验的光纤和传感器会更加可靠。此外，在安装和使用过程中需要遵循制造商的指导说明和技术要求，以确保系统的正确性和安全性。除了光纤和传感器的选择，系统的维护和保养也是至关重要的。光纤分布式传感系统是一种高科技的检测系统，因此需要定期进行维护和保养，以确保系统的正常运行和使用寿命。维护和保养包括对光纤与传感器的清洁、检查以及修复等。此外，需要定期检查系统的硬件和软件，以确保系统的兼容性与稳定性。为了确保光纤分布式传感系统的可靠性，需要从光纤和传感器的选择、系统的维护和保养以及实时数据的备份和保存等方面进行充分的考虑。只有确保系统的可靠性，才能保证系统的高效性和稳定性。2.4 传统维护方式相结合原则虽然光纤分布式传感系统能够实时监控设备状态并进行故障预测，但是这并不意味着它可以完全取代传统的维护方式。传统维护方式在某些情况下可能仍然具有独特优势，因此在应用光纤分布式传感系统的过程中，应该根据实际情况与传统维护方式进行有机结合，取长补短，以达到更好的维护效果。3 光纤分布式传感系统在变电站维护中的具体应用3.1 变压器状态监测通过将由数百根光纤组成的分布式传感系统精密安装在变压器油箱表面，能够实时监测变压器内部的状态，以高精确度检测各种参数，如温度、压力以及振动等。这些参数的实时监测能够有效预防变压器故障的产生，避免重大电力事故的发生。此外，该系统能智能分析变压器油品质，预测其劣化趋势，使得维护人员可以及时更换或采取其他有效的措施进行维修，避免因变压器故障扩大而造成重大损失。该变压器状态监测系统不仅稳定可靠，而且具有高度自动化和智能化特点。它可以实现 24 h 全天候实时监测，自动上传数据并进行分析，及时发出预警信号5。该系统还支持远程操控和监控，使得维 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期 227 Telecom Power TechnologyOct.10,2023,Vol.40 No.19 曹晖晖，等：光纤分布式传感系统 在变电站维护中的应用研讨护人员可以随时随地掌握变压器的运行状态，提前采取有效措施预防和解决问题。此外，该监测系统的安装过程简单易行，只需将分布式传感系统按照特定的工艺要求精密安装在变压器油箱表面即可。这种非侵入式的安装方式不会对变压器本身的结构和性能产生任何影响，也避免了因侵入式安装可能带来的各种问题和风险。综上所述，变压器状态监测系统通过实时监测变压器内部的状态和智能化分析变压器油品质的劣化趋势，为电力系统的稳定运行提供了有力保障，避免了因变压器故障而引发的重大损失。该监测系统的稳定可靠、自动化、智能化、非侵入式安装等特点也为变压器的维护和管理带来了前所未有的便利，提高了效率。3.2 断路器状态监测断路器是变电站中至关重要的元件之一，能在电路出现异常时及时切断电流，防止事故扩大，保障电力系统的稳定性和安全性。断路器的状态对电力系统的稳定性和安全性有着至关重要的影响，因此对其状态进行监测显得尤为重要。传统的断路器状态监测方法主要是通过人工巡检和定期检查来实现，不仅需要耗费大量的人力物力，而且难以实时准确掌握断路器的状态信息。随着科技的发展，光纤分布式传感系统应运而生，为断路器状态监测提供了新的解决方案。光纤分布式传感系统利用光纤作为传感器，能够精确监测断路器内部的机械运动情况，实时检测油箱内的温度、压力等参数。当断路器的状态出现异常时，该系统能够在第一时间发出报警信号，为维护人员提供准确的故障位置，大大缩短了故障排查时间，提高了维护效率。此外，光纤分布式传感系统的可靠性高、寿命长、抗电磁干扰性能强，适用于各种恶劣环境6。它的应用不仅能够提高电力系统的稳定性和安全性，降低事故发生的概率，还能为维护人员提供更加高效便捷的监测手段，使电力系统的维护工作更加科学化、智能化。3.3 互感器状态监测互感器作为变电站中不可或缺的测量设备，其精度和稳定性对电力系统的稳定性与安全性具有直接且重要的影响。光纤分布式传感系统能够实现对互感器内部各项参数的实时监测，包括但不限于温度、湿度等关键指标，从而确保互感器的正常、稳定运行。该系统还能够对互感器的机械运动进行精密监测，预防并解决可能出现的各种故障，避免因互感器故障而引发各种电力事故。通过光纤分布式传感系统可以对互感器的运行状态进行实时、连续的监测，一旦发现任何异常或潜在故障，会在第一时间发出报警信号。这种预警机制不仅提高了电力系统的稳定性和安全性，也为维护人员提供了准确的故障位置，使得故障的修复更加及时、高效。总的来说，光纤分布式传感系统在互感器状态监测中的应用，是提高电力系统稳定性和安全性的重要手段。通过实时监测和预警机制，能够有效预防和解决互感器故障，从而避免可能造成的电力事故，确保电力系统的稳定、安全运行。3.4 母线状态监测母线作为变电站中至关重要的设备之一，承担着电能分配的重要任务。母线的状态直接关系到电力系统的稳定运行和安全保障。因此对母线状态的实时监测显得尤为重要。光纤分布式传感系统在此方面展现出了显著的优势，能够实时、高效地监测母线内部的各项参数，如温度、湿度等，同时能对其机械运动进行精密监测。通过这种监测方式能够有效预防母线故障的产生，避免因母线故障而引发各种电力事故7。在母线出现潜在故障或异常情况时，该系统能够在第一时间发出报警信号，为维护人员提供准确的故障位置，大大缩短了从故障发生到故障恢复的处理时间，有效提高电力系统的稳定性和安全性。母线状态监测的重要性不容忽视，而光纤分布式传感系统作为一种高效、精准的监测手段，无疑为电力系统的稳定运行和安全保障提供了强有力的支持。4 光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用的建议4.1 加强培训和知识普及光纤分布式传感系统对于许多维护人员来说可能还比较陌生。因此，需要加强培训和知识普及，让维护人员了解和掌握这项技术，以便更好地应用在变电站维护中。培训内容可以包括系统的原理、安装方法、操作规范等，也可以组织维护人员进行经验交流，分享使用心得和注意事项。4.2 建立完善的维护管理制度光纤分布式传感系统的正常运行需要建立一套 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期Oct.10,2023,Vol.40 No.19Telecom Power Technology 228 完善的维护管理制度。维护人员需要定期对系统进行检查、保养以及维修，确保系统的正常运转。同时，应建立故障处理机制，对系统出现的故障进行及时处理和记录，避免因故障而影响监测工作的正常进行。此外，需要制定应急预案，对突发的电力事故进行快速、有效的处理。4.3 合理配置资源在应用光纤分布式传感系统时，应根据实际情况合理配置资源。例如：可以根据变压器的型号、电压等级等参数来选择合适的传感器和监测系统；也可以根据不同的地理环境、气候条件等因素选择不同的安装方式与传感器类型。此外，需要考虑系统的成本和效益，确保在满足监测需求的同时不会给企业带来过大的经济负担。4.4 加强技术研究和开发光纤分布式传感系统在变电站维护中具有广阔的应用前景，但仍需要不断加强技术研究和开发。针对不同设备的监测需求和应用场景，需要研发更加精准、稳定、耐用的传感器和监测系统。例如：对于关键设备的运行状态监测，需要研发灵敏度高、稳定性好的传感器，以确保及时准确地监测其运行状态；对于环境因素如温度、湿度、气压等的监测，需要研发能够长期稳定工作的传感器，以保障变电站的正常运行。同时，需要不断探索新的监测手段和方法，以更好地满足不断变化的电力系统的维护需求。例如：可以引入人工智能技术对监测数据进行实时分析，以提早发现问题并进行处理；也可以利用机器人技术对变电站进行巡检，以提高工作效率和降低劳动成本。因此，光纤分布式传感系统在变电站维护中具有很大的发展潜力，但仍需要不断推进技术进步和应用创新。5 结 论光纤分布式传感系统作为一种新型的变电站维护方法，具有广泛的应用前景。它可以实现对变电设备状态的实时监测，提高设备的可靠性和安全性。该系统还可以降低维护成本和提高维护效率，为电力行业的发展做出了积极贡献。在实际应用中，光纤分布式传感系统能够实现对变压器、断路器、互感器以及母线等关键设备的实时监测，预防和解决各种故障，避免因设备故障而引发的电力事故。然而，为了更好地应用该系统，需要加强培训和知识普及，建立完善的维护管理制度，合理配置资源，并不断加强技术研究和开发。随着技术的不断进步和应用经验的不断积累，光纤分布式传感系统将在变电站维护中发挥更加重要的作用，为电力系统的稳定运行和安全保障提供更加坚实的技术支持。参考文献：1 董小卫，谢 斌，潘 勇，等.分布式光纤声波振动传感系统研发及应用 J.应用光学，2020，41（6）：1298-1304.2 吴妮珊，夏 历.基于微波光子学的准分布式光纤传感解调技术 J.中国光学，2021，14（2）：245-263.3 张天翔，张红娟，高 妍，等.干涉型分布式光纤振动传感周界安防监测系统研究 J.上海电力大学学报，2023，39（1）：98-103.4 孙 苗，杨 爽，汤玉泉，等.基于拉曼散射光动态校准的分布式光纤温度传感系统 J.物理学报，2022，71（20）：31-37.5 柏 彬，俞越中，赵会龙，等.光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用 J.光通信研究，2023（1）：53-57.6 樊卓杨，吴 超，王 霞.光纤传感技术在电力设备监测领域的研究进展 J.绝缘材料，2021，54（10）：1-12.7 叶 雯.基于分布式光纤传感技术的高铁安防系统 J.铁路通信信号工程技术，2021，18（6）：47-50.