防雷防盜光纖傳感為電力安全保駕護(hù)航

北極星電力安防網(wǎng)訊:電力系統(tǒng)是國家建設(shè)的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的命脈所在，是支撐整個(gè)社會(huì)運(yùn)行最重要基礎(chǔ)體系之一。近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)飛速發(fā)展，居民生活水平的迅速提高，電力需求在不斷增加，發(fā)電廠、變電站及配套線路被大量建設(shè)，對(duì)現(xiàn)代化建設(shè)所體現(xiàn)出的重要性越來越明顯。電力工業(yè)得到迅速發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍也迅速擴(kuò)大。

電力作為國家重要的能源供給設(shè)施，安全防范自是重中之重，保證供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行已經(jīng)成為電力管理部門的首要任務(wù)。在我國電力行業(yè)在安防系統(tǒng)中一直走在前列，需求與功能也隨著信息技術(shù)的發(fā)展而不斷完善與提高，傳統(tǒng)的人力管理已經(jīng)無法符合電力應(yīng)用的智能化、數(shù)字化的趨勢(shì)。

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè)和改造不斷發(fā)展完善，電網(wǎng)企業(yè)大多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)程變電站/電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)，即四遙功能。當(dāng)前，各企業(yè)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟(jì)效益，開始對(duì)電力生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)無人值守模式或者遠(yuǎn)程遙控操作，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)-五遙作為對(duì)四遙的進(jìn)一步補(bǔ)充和完善，越來越廣泛地被電力用戶應(yīng)用到電力綜合生產(chǎn)管理調(diào)度之中。

但是目前，電力行業(yè)的監(jiān)控也主要還是以變電站監(jiān)控為主，而電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成。而作為電力生產(chǎn)不可或缺的各環(huán)節(jié)，一些環(huán)節(jié)的安全防范還存在缺失，或者低層次技術(shù)應(yīng)用階段，缺乏一些技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的安全防范手段。

首先從發(fā)電環(huán)節(jié)，中國已經(jīng)經(jīng)歷了一輪電廠投建及改擴(kuò)建的高峰期，一批火電、水電、核電、風(fēng)電以及其它能源發(fā)電廠相繼建成投產(chǎn)。電廠往往投資規(guī)模巨大，對(duì)安全生產(chǎn)和設(shè)備財(cái)產(chǎn)保有的要求很高，然而各電廠因其生產(chǎn)組織形式不同，工業(yè)環(huán)境有著其各自的異同。相同的是電廠一般占地范圍較大，大規(guī)模的裝備全廠覆蓋的入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，存在施工、裝備以及探測(cè)效果的難題。而各電廠的環(huán)境因素比較復(fù)雜，使得傳統(tǒng)一些安防設(shè)備的使用受限。

高溫(火電)高濕(水電)干旱(西部風(fēng)電)高咸濕(海上風(fēng)電、核電);

電磁環(huán)境差，廠區(qū)常處于大電流強(qiáng)交變磁場環(huán)境中;

廠區(qū)范圍大，地形復(fù)雜;

雷電多發(fā)。

傳統(tǒng)的線形對(duì)射探測(cè)設(shè)備，發(fā)射口易被堵塞，從而失效。而電子圍欄以及一些場形探測(cè)設(shè)備在高頻電磁干擾、高溫潮濕的環(huán)境下，易受干擾，造成設(shè)備工作的有效性明顯受到干擾。因此，發(fā)電廠周界安全防范入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)需要裝備環(huán)境應(yīng)用性更強(qiáng)的系統(tǒng)。

然后是輸電環(huán)節(jié)，輸電線路是電網(wǎng)運(yùn)行的命脈，是關(guān)系國計(jì)民生的關(guān)鍵，它在輸送能源的同時(shí)又相當(dāng)?shù)拇嗳?，任何外力的破壞，都有可能造成大面積停電，甚至電網(wǎng)瓦解，給地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活及社會(huì)穩(wěn)定帶來巨大危害。外力破壞(如盜竊、施工)、環(huán)境污染、自然災(zāi)害一直是威脅電網(wǎng)安全的重大隱患，并有不斷增加的趨勢(shì)。目前電網(wǎng)企業(yè)還缺乏有效的防范手段和防范措施。而對(duì)于地震、臺(tái)風(fēng)、洪水等自然災(zāi)害有可能造成的電網(wǎng)大面積癱瘓，目前還缺乏系統(tǒng)性研究和評(píng)估，沒有建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制。

隨著現(xiàn)代光電傳感技術(shù)的發(fā)展，使用輕巧方便的分布式光纖壓力傳感器來代替原來的普通探測(cè)器陣列已成為可能，并因其優(yōu)越的性能而具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)是國際上七十年代后期才迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)技術(shù)，在航空、航天領(lǐng)域中已顯示了其有效性。在土木、交通、地質(zhì)工程領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛開始，并受到了各發(fā)達(dá)國家研究機(jī)構(gòu)的普遍重視，發(fā)展前景十分良好。尤其是近年來開發(fā)的分布式光纖傳感技術(shù)，使光纖傳感的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展。

所謂分布式光纖傳感技術(shù)，即將整個(gè)長度范圍內(nèi)的光纖均用作傳感器，探測(cè)在光纖敷設(shè)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的特定信息，而不是僅局限于光纖上的某一點(diǎn)或是只是用光纖聯(lián)結(jié)局部測(cè)試用傳感器。首個(gè)分布式光纖傳感技術(shù)原理是上世紀(jì)80年代被提出的。由于它具有可以獲得被測(cè)量信息在空間和時(shí)間上連續(xù)分布的特點(diǎn)，非常適合于大型工程監(jiān)測(cè)、長距離線路監(jiān)控、大范圍地域安防等領(lǐng)域。90年代以來，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和公司都投入了大量人力物力財(cái)力進(jìn)行這方面的研究，分布式光纖傳感技術(shù)得到快速發(fā)展，基于各種原理的分布式光纖傳感器被開發(fā)出來，并且逐漸從實(shí)驗(yàn)研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。目前分布式光纖傳感技術(shù)已被應(yīng)用于土木工程、安全防護(hù)、化工、軍事、交通等許多領(lǐng)域。目前，這項(xiàng)技術(shù)已成為光纖傳感技術(shù)中最具前途的技術(shù)之一。

近期，由我國自主研制基于彈光效應(yīng)和白光干涉技術(shù)，開發(fā)的分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)從發(fā)電到輸變電整個(gè)電力供應(yīng)環(huán)節(jié)的安全監(jiān)控整體解決。該技術(shù)從光纖振動(dòng)傳感與溫度傳感兩方面著手，開發(fā)了針對(duì)電力系統(tǒng)應(yīng)用性極強(qiáng)的系列產(chǎn)品，技術(shù)功能填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并全面趕超了國外類似技術(shù)。該技術(shù)利用了光纖本質(zhì)是弱電器件的優(yōu)點(diǎn)，因此，對(duì)能源依賴小，野外布設(shè)方便，不怕雷擊電閃;利用了光纖是一種無源器件的優(yōu)點(diǎn)，因此，防火、防爆，無電磁干擾，更抗電磁干擾，非常適合長距離、大范圍、難以人力全面監(jiān)控的場合;利用了光纖本身不含金屬的特點(diǎn)，因此，在野外苛刻的自然環(huán)境中，不會(huì)腐蝕，不怕雨雪，甚至可用于濕地與海域……

因此對(duì)于輸電線路的長距離傳輸進(jìn)行定位實(shí)時(shí)安全監(jiān)控。對(duì)可能造成輸電線路破壞的外部威脅進(jìn)行提前預(yù)警，以便及時(shí)制止破壞、強(qiáng)化防范，或準(zhǔn)確奔赴意外現(xiàn)場，采取補(bǔ)救措施。從根本上防止經(jīng)濟(jì)損失，杜絕環(huán)境污染，避免社會(huì)危害。同時(shí)綜合光纖溫度分布式測(cè)量技術(shù)，探測(cè)和識(shí)別電力電纜的熱占，監(jiān)測(cè)電纜狀態(tài)，保護(hù)電力設(shè)備，以及進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)。還可對(duì)水電站大壩、河堤、橋梁的滲漏以及混凝土凝固與養(yǎng)護(hù)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

無人值守電站

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控已經(jīng)成為變電運(yùn)行的主流方式，并已在城、農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造中廣泛采用。與此同時(shí)，無人值守電站的安全防范也成為應(yīng)運(yùn)而生的問題，電力設(shè)施、設(shè)備遭破壞的情況屢有發(fā)生。因此，變電站園區(qū)周界入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，成為保證變電站安全運(yùn)行的最外層、最必要屏障。

綜合電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的實(shí)際狀況，無人值守變電站的周界入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)有其一些特殊的性能要求：

1變電站多呈分散式分布，有些處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，環(huán)境復(fù)雜、氣候狀況多變。周界入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)要求在潮濕、干旱環(huán)境下均能良好運(yùn)行，受風(fēng)、雨干擾小，不受雷、電影響。

2變電站無人或少人值守，一旦周界發(fā)生入侵報(bào)警，則需調(diào)集人力或出動(dòng)警力趕赴現(xiàn)場，因此要求入侵探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)性能穩(wěn)定，誤報(bào)、漏報(bào)率低。

3目前屬于無人值守變電站管理模式的多為超高壓和高壓變電站，變電站園區(qū)處于高壓、強(qiáng)電磁的環(huán)境當(dāng)中，要求設(shè)備能夠穩(wěn)定、良好運(yùn)行。

4遠(yuǎn)程監(jiān)控，集控站分控中心、調(diào)度局監(jiān)控中心、其它職能部門相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)能分級(jí)、分權(quán)限進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度、報(bào)警。

光纖振動(dòng)傳感技術(shù)采用光纖作為前端介質(zhì)，同時(shí)通過光纖將前端信號(hào)傳輸至監(jiān)控中心主機(jī)主，主機(jī)響應(yīng)后通過電力專網(wǎng)向遠(yuǎn)程調(diào)度中心或市局、上級(jí)機(jī)構(gòu)傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

高壓電塔安全監(jiān)控系統(tǒng)

眾所周知，高壓電塔危險(xiǎn)性極強(qiáng)，別說是靠近塔架，就連塔架附近一定區(qū)域都需作無人區(qū)隔離，保證一定的安全距離。然而，攀爬塔架的新聞卻依然時(shí)有發(fā)生?？赡茉斐扇藛T傷亡，也有因人道主義救助切斷供電而造成的大范圍電力中斷，給工業(yè)生產(chǎn)、人民生活帶來干擾。因此，如果能在靠近塔架的無人區(qū)域，或者塔架底部布設(shè)報(bào)警裝置，在意識(shí)到可能有人員進(jìn)入的早期，及時(shí)預(yù)警，及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，將危險(xiǎn)及早扼制，對(duì)于電力供給的安全運(yùn)行與人民生活都能起到很好的保證。

光纖振動(dòng)傳感技術(shù)通過埋設(shè)在無人區(qū)高壓塔架周圍的光纜，或者綁扎在高壓塔架底部支架上的光纜，在有人員進(jìn)入禁行區(qū)，或開始攀爬塔架的時(shí)候，第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警。安保人員通過監(jiān)控室顯示的塔架位置及時(shí)進(jìn)行定位，并出動(dòng)人員及早進(jìn)行干預(yù)。能有效將危險(xiǎn)及早進(jìn)行扼制。

輸電干線安全監(jiān)控

輸電線路是電網(wǎng)運(yùn)行的命脈，是關(guān)系國計(jì)民生的關(guān)鍵，它在輸送能源的同時(shí)又相當(dāng)?shù)拇嗳?，任何外力的破壞，都有可能造成大面積停電，甚至電網(wǎng)瓦解，給地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活及社會(huì)穩(wěn)定帶來巨大危害。外力破壞(如盜竊、施工)、環(huán)境污染、自然災(zāi)害一直是威脅電網(wǎng)安全的重大隱患，并有不斷增加的趨勢(shì)。目前電網(wǎng)企業(yè)還缺乏有效的防范手段和防范措施。而對(duì)于地震、臺(tái)風(fēng)、洪水等自然災(zāi)害有可能造成的電網(wǎng)大面積癱瘓，目前還缺乏系統(tǒng)性研究和評(píng)估，沒有建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制。

利用光纖傳感技術(shù)對(duì)輸電線路進(jìn)行安全監(jiān)控，是采用沿輸電線路布設(shè)的光纖單芯定位等一系列創(chuàng)新技術(shù)，通過對(duì)輸電線路上發(fā)生的觸碰(或刮擦)光纜、接頭盒、光芯等擾動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集和分析信息，判定擾動(dòng)發(fā)生的位置、類型、強(qiáng)度，以幫助線路維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路的破壞行為。該系統(tǒng)解決了當(dāng)前輸電干線安全缺乏有效監(jiān)測(cè)手段的問題，不僅能夠在事件發(fā)生時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確定位、智能分析，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)事故發(fā)生的預(yù)警，有效解決對(duì)線路損毀的預(yù)警監(jiān)測(cè)，為安保人員提供告警、智能分析和輔助決策支持。

該系統(tǒng)解決了輸電干線遠(yuǎn)程長距離傳輸?shù)那闆r下，無法進(jìn)行無源(不需電力供給)的定位安全實(shí)時(shí)監(jiān)控。安裝便捷，只需沿被監(jiān)測(cè)線路布設(shè)一根光纜，光纜的兩端使用光纖連接器分別接入信號(hào)檢測(cè)子架、信息處理子架(近端)和遠(yuǎn)端單元(遠(yuǎn)端)，可完成系統(tǒng)安裝而不影響線路正常使用。

分布式溫度傳感監(jiān)測(cè)

電力設(shè)備安全運(yùn)行一直是電力、鋼鐵、石化等行業(yè)高度重視的問題。多年來，雖然采取了不少安全措施和技術(shù)，仍然存在著不少隱患，安全事故仍時(shí)有發(fā)生。電廠與變電站電纜橋架、電纜隧道、電纜夾層、電纜溝、電纜豎井、開關(guān)設(shè)備、變壓器、電阻排等電力設(shè)備在長期的高壓中常因發(fā)熱而老化引起火災(zāi)，而一旦發(fā)生火災(zāi)，除了自身設(shè)備的損壞之外，更將因?yàn)楣╇姷姆钦Ｖ袛嘟o社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來極大的損失。經(jīng)過多年來火災(zāi)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的火災(zāi)事故都是由于溫度過高引起的?；馂?zāi)形成發(fā)展的過程大致分為以下幾個(gè)步驟：發(fā)熱——陰燃——冒煙起火——火苗竄起——火勢(shì)擴(kuò)大蔓延——大火燃起形成火災(zāi)。從該過程分析，如果能夠在火災(zāi)潛伏期溫度緩慢的上升過程中就能即時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患并采取相應(yīng)措施，無疑是最佳的防范時(shí)機(jī)。

由于當(dāng)前使用的“傳統(tǒng)形式的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)”智能化技術(shù)滯后，當(dāng)這些火災(zāi)探測(cè)器工作時(shí)，火災(zāi)已處于初期甚至中后期階段，且損失和災(zāi)害多數(shù)已經(jīng)發(fā)生和形成，無法真實(shí)地實(shí)時(shí)地及早發(fā)現(xiàn)和分析并且杜絕初期的火災(zāi)事故隱患，故而難以實(shí)現(xiàn)其“預(yù)警”的目的與作用。因此，如何在火災(zāi)隱患的潛伏期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并控制火災(zāi)的形成，積極主動(dòng)的、行之有效的從根本上杜絕火災(zāi)的發(fā)生，無疑具有非常重要的意義。

傳統(tǒng)形式的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)其傳感部件通常是電磁式元件，而在電力行業(yè)的應(yīng)用場合，設(shè)備上都有著高壓，它的周圍有很強(qiáng)的電磁干擾，導(dǎo)致傳統(tǒng)的探測(cè)器誤報(bào)、漏報(bào)時(shí)常發(fā)生。因此迫切需要有一套可靠的、高性能的自動(dòng)化系統(tǒng)來對(duì)電力設(shè)備的溫度進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警，以便及時(shí)采取預(yù)防措施，避免火災(zāi)及停電事故發(fā)生。

分布式光纖測(cè)溫傳感技術(shù)是目前國際上最先進(jìn)的測(cè)溫技術(shù)。DTS分布式光纖溫度傳感完全不同于傳統(tǒng)的以電信號(hào)為基礎(chǔ)的溫度傳感系統(tǒng)，無論是從測(cè)量技術(shù)的難度、測(cè)量溫度的內(nèi)容及指標(biāo)，還是從測(cè)量的場合和范圍都提高到了一個(gè)新的階段。分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)，能在整個(gè)連續(xù)的光纖上，以距離的連續(xù)函數(shù)形式，測(cè)量和顯示出光纖上各點(diǎn)的溫度值。這種技術(shù)只需一根光纖就可以測(cè)量十公里距離的溫度。國內(nèi)外工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于電力系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)是一種十分有效的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)基于目前最先進(jìn)的光纖、激光和信號(hào)處理技術(shù)。采用光纖作為溫度信息采集的傳感器。通過測(cè)量入射激光在光纖中不同距離處產(chǎn)生的散射波，測(cè)知沿光纖分布的各點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度信息。該系統(tǒng)專門應(yīng)用于區(qū)域(多點(diǎn)、線性、面型)測(cè)溫，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度引起的過熱、過冷、火情隱患等進(jìn)行預(yù)判和報(bào)警。

大量的實(shí)際應(yīng)用和測(cè)試證明，分布式光纖測(cè)溫傳感技術(shù)具有極好的穩(wěn)定性和可靠性，誤報(bào)率、漏報(bào)率極低。加之光纖抗腐蝕、耐高溫、無靜電和無輻射的特質(zhì)。使得系統(tǒng)為各種基于溫度檢測(cè)的工業(yè)需求提供了穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟(jì)的解決方案。

綜上所述，光纖傳感技術(shù)可以整體解決電力行業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)從安全防范至安全生產(chǎn)的綜合安全監(jiān)控，自身的很多性能優(yōu)勢(shì)能夠十分方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)行業(yè)的多項(xiàng)安全監(jiān)控，即將得到電力行業(yè)的廣泛重視，并開始被廣泛應(yīng)用。