光纤传感

该成果彻底解决了输电线路长期无法全线路实时在线覆冰监测的问题，并实现了监测范围由点到面的突破。提出了基于光纤传感的分布式覆冰监测技术，利用电力通信光缆内部一芯冗余光纤做传感器，解析装置安装在变电站内，有效规避传统技术“电源、通信、环境”问题，实现了全线路覆冰监测，且装置安装无需登杆或停电。提出了多路复用技术，使用一台解析装置同时监测多条线路的覆冰状态，实现监测装置利用效率最大化。搭建了北京电网覆冰监测系统，实时获取电网覆冰监测数据，在北京电网尚属首次。该成果获得奖励情况该项目成果获得国网北京市电力公司2016年科技进步二等奖。

光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）是保障电网安全运行与电力可靠应用的重要基础设施。同一覆冰天气条件下，OPGW覆冰程度通常大于导线，易引发放电、断线、倒塔等事故，利用新技术、新手段开展覆冰监测和线路融冰势在必行。本报告介绍了基于分布式光纤传感技术的覆冰监测、OPGW直流融冰技术的发展及应用情况，最后针对上述技术的应用前景和发展趋势进行了展望。

近年来，架空输电线路覆冰造成导线断线、杆塔倒塌、绝缘子闪络等事故时有发生，给社会造成了巨大的经济 损失。针对2015年北京地区输电线路覆冰导致的线路跳闸故障，北京电网开展了基于光纤传感的分布式覆冰监测技术研 究与应用工作，并于2016年1月安装了两套分布式光纤覆冰监测系统，实现了110kV聂康线、220kV京聂线、220kV高泉线 和500kV昌海线的覆冰状态在线监测。该系统解决了北京地区主要易覆冰区域线路覆冰监测问题，并有效监测到2016年2 月、11月两次输电线路覆冰现象。经过现场勘查，系统所反映的覆冰过程、发展趋势、覆冰厚度与人工观冰、现场实际 勘查情况相符，验证了系统运行的有效性与准确性。分布式光纤覆冰监测系统在北京电网冰雪天气应急工作中发挥出积 极作用，为保障北京市输电线路安全运行、提高运维单位抗冰能力提供强有力的保障，大幅提高了输电线路覆冰状态监 测水平。

随着大、中城市内电力架空线渐渐被埋在地下的电力电缆取代，并在向更高电压等级、更大传输容量发展，架空线入地已经成为世界城市电力、环境发展的趋势和潮流。国网公司也越来越来重视电缆在线监测的重要性，《电缆分布式光纤测温在线监测装置》的行业标准已经发布，同时国家电网已经开始建设《输变电设备的状态监测》，已经正式把电缆廊道在线监测纳入《输变电设备的状态监测》的范畴。与此同时，随着城市地下综合管廊建设步伐不断加快，对城市综合管廊电力舱的监控的重要性也日益增加。随着电缆廊道的加快建设，对电缆运行和廊道安全的监测也显得日益重要。 目前，国网公司已逐步开始实验性地将各独立监控装置进行简单的协调和集成。但是由于尚未形成系统化的电力隧道网络，已建电力隧道均仅根据自身的需要和特点，配置一种或多种监视或控制装置，相互间缺乏必要的联系和有效的协调，无法实现真正的信息共享。现有监控系统也多基于电类传感器，其对环境要求更高、监控不够可靠、后期维护成本也较高。现少见部分基于光纤传感类的技术被分散运用于不同的系统中，综合多方位应用光纤传感技术的电缆廊道的在线监测还没有实施。

首先阐述了高压电器设备热点温度监测国内外技术发展的现状，其次重点介绍了电力设备异常温升监测问题的解决方案，基于光纤传感技术的电力设备异常温升智能监控系统应用典型案例及检测报告，最后简要介绍了先和其光电科技股份有限公司。

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。

变压器长期运行易遭受次同步振荡、区外短路冲击、空载合闸等恶劣工况影响，易发生绕组变形、匝间电弧、轻微匝间故障等早期故障，且故障发展迅速，极易引发变压器“燃爆”等严重事故，而传统的在线监测及变压器保护对此类早期故障应对不足。本报告介绍利用光纤漏磁场传感器技术，实现变压器早期故障的诊断和保护，具体包括：变压器匝间故障电-磁复合多状态解析模型的建立及对器早期故障特征量的分析；光纤漏磁场传感器、磁场差动保护装置的研发；变压器早期故障物理动模实验平台及保护样机测试；变压器早期故障监测和保护系统的研发及现场试运行。研究结论有助于提升变压器的运维水平，提高故障诊断的正确率。

Z_Temp-OTF-9000变压器荧光光纤在线监测系统 光纤测温仪能直接、实时、准确地测量变压器线圈的温度。由于同时带有 RS-485数据输出和模拟输出，光纤测温仪非常容易同监控和数据采集系统或其他数据录入系统连接。根据现场使用经验总结，自主研制的光纤传感器更加牢固，ST 标准连接器使其在变压器油箱接口处更为方便、灵活。该传感器由直径为 300um 的特种石英光纤制成，更加柔韧，光纤传感器在弯曲半径 3cm 左右时也不会折断。

本项目面向高压电缆运行故障预警以及安全在线监测的技术需求，突破了常规光纤传感技术只监测单一参量的局限，取得了如下创新成果：提出了同轴双包层结构局放声发射振动传感光纤技术，解决了信号高灵敏度和宽频带监测相互制约的难题。基于光纤内干涉技术，克服了传统光纤干涉仪参数不易控制的问题，实现400kHz的监测带宽，能够覆盖局放声发射监测的主要信号频段，构建了高压电缆高性能监测的敏感“神经”体系。研制了高泊松比硅橡胶灵敏度增强的光纤传感器，突破了光纤检测微弱局部放电声发射信号的难题，基于弹性体增强技术，实现了1.7rad/(m·Pa)的声发射振动探测灵敏度，为高压电缆实时监测局部放电预警提供了超敏“感官”。提出了分布式光纤传感系统的高精度信号提取技术，形成了多物理量交叉互验的事件分析定位方法，有效克服了由于信号衰落而导致误报的难题，建立的“点-线”结合的电力电缆多参量监测系统，实现了基于振动、温度、局放等多参量智能监测平台，为电力基础设施的安全预警提供了智慧“大脑”。该项目授权发明专利11项，软件著作权1项，电力行业标准1项，发表论文15篇，经查新“……该项目综合技术达到国际先进水平……”，特别是“在光纤弹性体局部放电传感灵敏度增强方面”经鉴定“……处于国际领先水平。”本项目提高了高压电力电缆局放等多参量信号远程在线监测和诊断的智能化水平，高度契合能源互联网企业建设电网运行状态智慧监控与诊断的技术需求。项目成果可推广到架空地线、相线、杆塔、变压器、开关等输变电设施温度、应力的监测，乃至石油测井、油气管道监测等能源领域，产业化前景显著。

近年来光纤传感技术与电缆系统结合技术的研究和应用情况，包括基于光纤测振动的防外破技术、基于光纤传感的隧道综合监测技术（应力、声、光、热等的传感）、基于光纤传感的电缆系统全景感知技术（电缆通道、电缆本体、电缆附属设施、载流量、消防等）。电缆系统光纤传感技术的应用情况及下一步的研究和应用方向。