国网宁夏电科院编著的两本专著正式出版

近日,国网宁夏电科院首席专家吴旭涛主编的《电力设备状态检测光纤传感技术》和周秀负责编著的《高压直流设备典型故障案例分析》由中国电力出版社正式出版。光纤与激光器、半导体探测器一起构成的光测技术是20世纪后半叶重要发明之一。光纤不仅可以作为光波的传播媒质,而且光波在光纤中传播时表征光波的特征参量(振福、相位、偏振态、波长等)因外界因素(如温度、压力、应变、磁场、电场、位移、转动等)的作用而直接或间接发生变化,因此将光纤用作传感元件来探测各种物理量。     

Φ-OTDR 系统非对称光纤耦合器相位解调方法研究

针对3×3光纤耦合器三路输出信号非旋转对称易导致相位解调产生误差的问题,提出了基于3×3光纤耦合器两路输出信号的非对称光纤耦合器相位解调系统理论,通过软件仿真分析验证了系统对单频周期信号与三次谐波信号的相位解调能力,并在相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)上开展了光纤振动传感系统相位解调性能测试。实验结果表明,系统能够实现200～4 000 Hz频率范围内的相位解调,振动定位绝对误差在±10 m以内,系统空间分辨率为21 m。本方法在减少系统硬件成本的基础上,为Φ-OTDR系统光纤耦合器分光比与相位差不恒定问题提供了新的解决思路与参考方案,可在交通安全监测等领域进行应用推广。     

全光纤微风振动监测传感器研制

笔者研究了基于光纤传感原理的输电线路微风振动在线监测技术,通过理论计算验证了以植入光纤光栅的悬臂梁为主体结构的新型无源传感器设计的可行性,依据计算结果指导成功试制出首个光纤光栅式微风振动监测传感器,同时根据光纤光栅的应力变化与导线微风振动中振幅及频率的变化情况对传感器进行了标定。标定后的系统经过实验室试验以及实际挂网运行验证可有效检测微风振动,并且文中设计的传感器完全满足频率为0~150 Hz、振幅为0~0.6 mm的输电线路微风振动监测规程。     

一种光纤振动传感器的改进型相位解调方法研究

为消除干涉幅值对分布光纤振动传感系统在相位解调时的影响,提出了一种基于改进型相位生成载波(PGC)调制解调 技术的 Michelson 干涉仪型光纤振动传感解调系统。 其首先对 Michelson 干涉仪光纤振动传感系统的参考光纤上施加一定幅值 和频率的高频载波信号,完成对待测振动信号的高频调制。 而后通过零次谐波、一次谐波载频信号和低通滤波器还原出含有待 测振动信号的正弦项和余弦项。 最后通过对正弦项和余弦项的适当变换并相除解调出不含有干涉幅值的待测信号项。 通过仿 真与实验分析,提出的改进型 PGC 解调方案可以有效消除干涉幅值对解调输出信号产生的失真影响。     

基于Mach-Zehnder原理的分布式光纤振动监测系统

设计了一种基于马赫-增德尔(M-Z)干涉原理的分布式光纤振动传感系统,在激光输出端添加偏振控制器,用于匹配偏振诱导相位,从而提高定位准确度;采用BP网络神经算法对振动信号进行类型判别,并通过试验证实其可行性。试验结果表明,对于已经分类的振源,系统的平均识别率可达93%,定位距离准确度在50 m以内,可广泛应用于电力电缆状态监测等工程实际。     

基于BOTDR分布式光纤传感技术的架空线路温度检测现场试验研究

为了实时监测长距离架空线路的温度状态信息,基于Brillouin光时域反射计分布式光纤传感技术研制了一体化的分布式光纤传感系统。实验室环境下,该系统主机最大传感距离为30 km,温度分辨率为±2℃,温度测量范围为-60℃~90℃,空间分辨率为10 m。利用该系统对110 k V线路的光纤复合架空地线光缆进行了近19 h现场温度检测试验,并将15.4 km位置的检测结果与光纤光栅传感器检测结果进行了对比。试验结果表明:现场环境下,光纤系统可对OPGW光缆进行分布式温度检测,检测结果基本符合当地温度变化趋势,在15.4 km位置点与光纤光栅传感器监测的温度曲线基本一致,最大差值仅为1.8℃。受光纤制作工艺和熔接点损耗等因素的影响,导致Brillouin散射光谱出现分段现象和现场试验的最大传感距离仅为16 km。试验结果对分布式光纤传感技术在电力工程应用中具有参考意义。     

光纤传感技术及其在智能化电缆隧道的应用

随着光纤传感技术的发展,光纤传感技术在电力领域得到了广泛的研究和应用。文章首先分析了光纤布拉格光栅传感器和分布式光纤传感的响应机理、系统及其在电力领域中的应用,分析了电力应用光纤传感技术的发展方向。然后面向电缆管道智能化发展的需要,结合具体的监测场景和参量,比如温度、应力、振动、管道危害性气体成分分析等,提出了结合波导集成气体探测器和光纤光栅加速度计的电缆隧道多参量状态监测方案,以降低电缆管道智能化监测成本,提高电缆隧道的维护安全和管理水平,促进智能电网的快速发展。     

基于FARADAY旋光镜的光学电流互感器分析与试验研究

为解决全光纤电流互感器因采用相位调制器、性能要求高的电子元器件以及复杂的调制解调算法等导致其成本高的问题,提出了一种基于法拉第旋光镜(faraday rotation mirror,FRM)的光学电流互感器(optical current transformer,OCT)方案;分析了该OCT的电流传感原理以及信号获取方法,试验研究了其电流测量精度和温度性能、谐波准确度以及振动特性,试验结果表明其满足5P20的要求,在-40～+50℃范围内,光纤传感环对该OCT系统误差影响不超过0.75%;OCT光纤传感环在承受10g的加速度冲击过程中,系统无异常信号输出。研制的该OCT主要技术指标满足中高压交流输电系统中保护级电流互感器的精度要求,可用于架空线—电缆混合线缆故障区域判别电流测量、分接开关故障电流监测等。     

基于分布式光纤振动传感的海底电缆绝缘击穿故障检测

为了研究分布式光纤振动传感技术检测海底电缆绝缘击穿的可行性,进行了绝缘击穿实体试验。搭建了绝缘击穿实体试验系统,利用高压脉冲对具有绝缘缺陷的海缆进行冲击;利用分布式光纤振动传感测量设备实时监测缆体沿线的振动信号,利用时空谱图直观展示了击穿故障前后的信号变化,并对击穿点的振动信号进行了时频分析。结果表明,海缆绝缘击穿时会产生强烈的振动,该振动信号的频率成分分布于0~1 000 Hz范围内,分布式光纤振动传感可有效实现海缆绝缘击穿故障的检测和定位。     

光纤传感技术在变压器状态检测的应用

介绍了分布式光纤温度传感技术、光纤光栅传感技术、光纤F-P腔应力或振动传感技术、特种光纤传感技术在变压器中的应用。分析了各种光纤传感器的技术原理与系统结构,并阐述了其对电力系统中温度、应力、油中气体及局部放电故障等的监测作用。指出光纤传感技术具有独特的优势,将给电力系统变压器的状态监测带来突破。     

分割导体内预置测温光纤的XLPE电缆及附件的研制及试验

电力电缆导体运行温度是电缆线路安全运行的重要参数。在电缆制造时,将测温光纤预置于电缆分割导体内,对其配套的电缆附件进行了初期的电气性能、光纤连接、引出的可操作性模拟试验。在预鉴定试验线路安装时,两段电缆导体内的光纤在连接盒的导体连接管外进行连接。在电缆线路两端户外终端（或GIS终端）处,将电缆分割导体内的预置光纤引出到终端外部与分布式光纤测温系统（DTS）的光纤连接。DTS通过预置于电缆分割导体内的测温光纤实现对电缆导体温度的在线监测。     

光检测及放大电路的新设计

为满足光缆动态损耗测量系统宽动态范围和高灵敏度的要求,本文提出一种新的光检测及放大电路设计。单端光检测及放大电路应用广泛,结构简单,但难以抑制电路的共模噪声。新设计将光检测器和放大器通过对称结构搭建差分电路,达到了更高的光检测灵敏度和抗共模噪声性能。它充分考虑了前端电路各种噪声源,采用合理的元器件和电路设计抵消了大部分共模噪声。通过实验证明该电路提高了测量系统的灵敏度。新电路已成功应用于光功率信号系统的光电转换电路中。     

构建核电高可用云存储系统

文章设计实现了高可用云存储系统。该系统由三大部分组成,前端的冗余数据删除应用程序和后端的分布式文件系统以及用于保障文件系统高可用的VMwarevSphere5。Hadoop分布式文件系统（HDFS）是一个常见的分布式文件系统,而Hadoop数据库（HBase）是一个基于HDFS的分布式数据库。使用Hadoop分布式文件系统建立一个海量存储系统,使用HBase建立快速索引系统。Hadoop存储系统与冗余数据删除应用程序的结合,构建了一个可扩展的、并行的冗余数据删除云存储系统。通过vSphere5创建影子服务器来保障系统的高可用性与可靠性。实验结果表明,这种高可用的存储体系架构比一般的存储系统对故障的排除效率更高。此外,这种架构上的冗余数据删除存储系统比传统的存储系统更加高效。     

110kV光电复合海缆立体在线监测系统研发

通过对分布式光纤传感技术及布里渊光时域反射领域国内外研究应用情况的介绍,阐述了利用光电复合海缆富余光纤作为传感元件进行海缆在线监测研究的技术路线。着重论述分布式光纤温度和应变传感技术原理及基于BOTDR海缆本体状态实时在线监测的研究：船舶自动识别系统（AIS）和视频系统构建的肇事船只确认子系统可以与BOTDR系统联动,提前预警海缆异常状态,确认肇事船只;探讨海洋磁力计对海缆故障点进行水下定位方法。文章归纳总结了从海缆本体状态监测到海上肇事船只确认及海缆故障点定位的海缆立体监测研发成果,该成果在海洋环境下有着广泛的推广应用前景。     

智能变电站开关柜综合状态监测IED设计

针对现代电力开关柜设计了一种基于物联网技术并符合变电站IEC61850标准的应用于变电站间了一种隔层的新型开关柜综合状态监测智能电子设备（IED）。该IED采用ARM＋DSP双CPU架构为硬件核心,以VxWorks实时操作系统和C语言为软件开发平台,嵌入符合IEC61850标准的IED性能描述文件（ICD）,解析IRIG-B码进行同步对时,通过ZigBee无线网络和RS485/RFID/CAN总线实现与开关柜在线监测装置（过程层）的数据传输,按照IEC61850标准规约用光纤与综合应用服务器（站控层）进行通信。此外,还完成了开关柜综合状态监测系统结构设计、IED硬件电路设计、软件平台的构建以及IEC61850的信息建模。实际运行结果表明,该开关柜综合状态监测系统能够远程对所有开关柜状态进行综合采集、分析、传输与监测,并将这些功能融合到一体化住处平台诊断中。     

基于3G技术组建电能质量监测系统的研究

结合西昌地区的实际情况,给出了一种借助于3G技术和虚拟专用网（VPN）技术组建区域电能质量监测系统的方案,实用表明该方案是可行的,可供光纤以太通信网不具备或不可靠的电网电能质量监测网的构建参考。     

基于RBF网络的盐密光纤在线监测系统的研究

针对传统等值附盐密度（盐密）测量方法的局限性,结合现有的光纤技术,开发了一套绝缘子盐密在线监测系统。通过对光纤通路中光功率衰减与光传感器表面附着盐分、环境温度、相对湿度等复杂关系的研究,建立了以光通量衰减、相对湿度和尘埃比率作为输入,盐密作为输出的RBF神经网络模型,该模型较好地解决了具有严重非线性的复杂系统的建模和控制问题,采用正交最小二乘（OLS）算法对模型进行训练,模型输出准确度较高。同时应用该建模结果开发了适于现场使用的盐密在线监测系统,数据监测中心的工作站根据神经元网络模型计算得到盐密值,并最终生成盐密的参考曲线图。     

真空阀质量检测平台的设计与实现

汽车真空阀质量检测平台是基于直接数字频率合成技术,采用STC单片机实现对DDS芯片AD9834的控制,提出一种高精度的PWAM(脉冲宽度与脉冲幅值调制)电源的实现方案来模拟真空阀在汽车上的工作电源;下位机采用STC单片机设计的控制板,提供多个数据采集端口,采集系统测量信号并进行相关控制。上位机采用LABVIEW软件实现,通过串口RS232协议,与PWAM电源和下位机实时通信,并协调电源与下位机工作,实现了良好的人机界面与可靠的系统控制。     

分布式光纤温度传感器原理及其在变电站温度监测中的应用

针对变电站高压电器温度监测现状,通过对分布式光纤温度传感器原理的介绍以及对分布式光纤温度监测系统构成的分析,提出了一种基于分布式光纤温度传感原理的变电站温度在线监测系统的技术构架,并对该系统的可行性做了相应的分析。     

基于IEC 61850的光伏监控系统设计

为了解决光伏发电系统中设备的互操作问题。设计了基于IEC61850标准的光伏监控系统。应用IEC61850信息建模方法,给出了光伏发电系统的逻辑设备及其包含的主要逻辑节点,并详细阐述其作用。通过光伏单元设备中逻辑节点在一次接线图中的分布展示了基于lEC61850标准的光伏监控系统的功能组成,并进一步给出基于IEC61850标准光伏监控软件的体系结构和功能。文章方案可为开发具有互操作性的光伏监控系统提供参考。