典型電力場景下光纖傳感器布設的種類、方式及性能要求、電力光纖傳感器的標定方法

（資料性）

典型電力場景下光纖傳感器布設的種類、方式及性能要求典型電力場景下宜使用的光纖傳感器環(huán)節(jié)應用場景宜重點關注的環(huán)境參量宜使用的光纖傳感器輸電電力電纜分布式光纖測溫溫度ROTDR/DTSOPGW綜合狀態(tài)監(jiān)測溫度、應變BOTDR/A輸電管廊綜合狀態(tài)監(jiān)測壓強、應變、沉降、溫度FBG、F-P、ROTDR/DTS、Φ-OTDR/DAS、BOTDR/A海底光電復合纜防外破監(jiān)測振動、應變Φ-OTDR/DAS、BOTDR/A、ROTDR/DTS輸電鐵塔傾斜監(jiān)測傾角、應變FBG、F-P變電變電站防入侵監(jiān)測振動Φ-OTDR/DAS開關柜溫度監(jiān)測溫度FBG、F-P油浸式變壓器綜合狀態(tài)監(jiān)測溫度、振動、壓強FBG、F-P變壓器油中氫氣含量監(jiān)測特征氣體含量F-P儲能抽水蓄能站壩體健康監(jiān)測沉降、壓強、應變、傾角FBG、F-P其他場景可參照本文件執(zhí)行，如遇特殊情況可與用戶進行協(xié)商確定。電力電纜分布式光纖測溫見DL/T1573電力電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)技術規(guī)范。OPGW綜合狀態(tài)監(jiān)測OPGW狀態(tài)監(jiān)測光纖傳感器連接示意圖架空輸電線路是電能的輸送管道，大部分處于野外，容易受到雷擊、大風、覆冰等惡劣天氣影響，嚴重時可能造成區(qū)域性停電，可利用地線中的光纖，采用分布式光纖傳感技術對架空線路的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。安裝時將分布式光纖傳感器及KVM顯示器（如有）放置在試驗基地通信機房的機架上（二者通過VGA視頻線相連），將傳感器的FC/APC光纖接口通過FC/ACP-FC/PC轉接跳線與光纖配線架上的待測試線路FC/PC光纖接口相連，即可利用傳感器可對待測OPGW線路在微風振動、舞動等環(huán)境條件下的溫度、應力等多個物理參量進行在線監(jiān)測。OPGW綜合狀態(tài)監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1最大測量距離應優(yōu)于80km2溫度測量范圍應優(yōu)于-40℃至+70℃范圍3測溫準確度應優(yōu)于2℃@80km4應變測量范圍應優(yōu)于0至1500με范圍6應變準確度應優(yōu)于30με@80km7定位準確度應優(yōu)于10m@80km8單次測量最低耗時應低于10min@80km電纜隧道綜合狀態(tài)監(jiān)測管廊狀態(tài)監(jiān)測光纖傳感器布設示意圖（左：側視圖右：剖面圖）作為智能電網(wǎng)中的一個重要組成部分，電力綜合管廊常敷設于地下，并將電力線路及各種設備安裝于管廊內(nèi)，而山川、河流、道路、建筑物等因素的長期影響可能會對輸電管廊結構產(chǎn)生裂縫、變形、不均勻沉降等損害，最終造成重大災難事故，因此需要管廊地表沉降、土體位移、襯砌應力、裂縫發(fā)展等參量進行監(jiān)測。相應傳感器的布設位置及方式如下：位移傳感器分點安裝在管廊隧道襯砌接縫處，監(jiān)測土體位移；應變傳感器分點安裝在管廊隧道襯砌內(nèi)，監(jiān)測襯砌應力；溫度傳感器安裝在管廊中與隧道墻壁內(nèi)，監(jiān)測光纜溫度與環(huán)境溫度；沉降傳感器分布式安裝在管廊內(nèi)壁與地面，監(jiān)測地表沉降和管廊結構收斂；針對特殊環(huán)境需埋設壓強傳感器在管廊襯砌外圍堰土中，監(jiān)測土壓和水滲。此外可以對管廊內(nèi)的電纜進行分布式溫度、振動監(jiān)測。對于有條件的情況下宜對三相單芯電纜均緊貼敷設外置式光纖，光纖綁扎間隔應不小于1m，轉彎處等位置應增加綁扎密度，對電纜接頭等重點部位宜采取環(huán)繞綁扎方式，使光纖盡可能貼近被測電纜。對于有條件的情況下宜采取傳感主機的一個測量通道對應測量一回電纜線路，當同一電纜通道內(nèi)的多回線路共用同一測量通道時，最大測量電纜線路長度不宜超過該通道標稱測量距離的3/4（詳見DL/T1573電力電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)技術規(guī)范）。輸電管廊綜合狀態(tài)監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1壓強標準量程0.07/0.35/0.7/1/2/3MPa2壓強分辨率應優(yōu)于0.025%FS3應變標準量程3000με4應變分辨率應優(yōu)于0.125%FS5沉降標準量程50/100/150/300/600mm6沉降分辨率應優(yōu)于0.025%FS7位移標準量程20/50/100/300mm8位移分辨率應優(yōu)于0.025%FS9環(huán)境溫度標準量程-30℃至+80℃/+120℃/+150℃10環(huán)境溫度分辨率應優(yōu)于0.1℃11環(huán)境測溫準確度應優(yōu)于0.5%FS12測量非線性度直線：應不高于0.5%FS；多項式：應不高于0.1%FS13電纜溫度測量范圍應優(yōu)于-40℃至+150℃范圍14電纜測溫準確度應優(yōu)于1℃15振動頻率測量范圍應優(yōu)于10至2kHz范圍16振動頻率準確度應優(yōu)于10Hz17電纜測量距離應優(yōu)于10km18電纜定位準確度應優(yōu)于10m19單次測量最低耗時應低于1s輸電鐵塔傾斜監(jiān)測鐵塔傾斜監(jiān)測光纖傳感器布設示意圖架空輸電線跨度大，且桿塔多置于山區(qū)，沿線地區(qū)復雜地質、氣象狀況容易產(chǎn)生滑坡、大風、覆冰等自然災害，這可能會導致桿塔傾斜甚至倒塌，因此需要重點對桿塔傾斜、受力等狀態(tài)進行監(jiān)測。全面的桿塔結構健康監(jiān)測項目應包括桿塔整體沉降、不規(guī)則沉降，塔橫擔彎曲、變形桿塔傾斜，塔身關鍵部位的振動，桿根或塔底位移，塔關鍵部位的溫度，覆冰舞動、異物懸掛，風速風向等。輸電鐵塔傾斜監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1傾角標準量程±5°/±15°2傾角分辨率應優(yōu)于0.02°3應變標準量程3000με4應變分辨率應優(yōu)于0.125%FS5位移標準量程20/50mm6位移分辨率應優(yōu)于0.05%FS7沉降標準量程50/100/150/300/600mm8沉降分辨率應優(yōu)于0.025%FS9測量非線性度直線：應不高于0.5%FS；多項式：應不高于0.1%FS相應傳感器的布設位置及方式如下：傾角傳感器分布安裝在塔身各處，監(jiān)測多向傾斜；應變、應力傳感器安裝在塔體結構連接處、輸電線路連接處等桿塔關鍵位置，監(jiān)測振動、關鍵點損傷狀態(tài)、高壓線纜舞動、非正常攀爬、撞擊等；沉降傳感器安裝在塔基處，監(jiān)測沉降和地表水平影響；溫度傳感器同樣安裝在塔基處，用來針對如火山等地區(qū)的極端氣候溫度的監(jiān)測。此外可在塔頂加裝加速度傳感器用以監(jiān)測風速、風偏。變電站防入侵監(jiān)測變電站防入侵監(jiān)測光纖傳感器布設示意圖變電站是電力系統(tǒng)需要重點保護的區(qū)域，為防止未經(jīng)授權的非法入侵行為，可以利用分布式振動傳感器（DAS/Φ-OTDR）實現(xiàn)針對變電站的周界安全防護。根據(jù)變電站的實際建設情況，傳感光纜可采用掛網(wǎng)方式安裝在柵欄或圍墻上，也可采用地埋方式。根據(jù)實際需要，傳感光纜可采用單通道直線/Z字型布設，也可采用多通道網(wǎng)狀布設，整段光纜均為敏感區(qū)域。傳感器會將監(jiān)測到的振動信號實時傳回主機并實現(xiàn)入侵點定位，主機可手動設置報警閾值、防區(qū)劃分等以提高報警準確率，經(jīng)過后續(xù)處理后的數(shù)據(jù)可實時回傳至遠程綜合監(jiān)控平臺組成立體監(jiān)控網(wǎng)絡。變電站防入侵監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1最大測量距離應大于2km2定位分辨率應優(yōu)于1m3定位準確度應優(yōu)于10m4單次測量最低耗時應低于1s5振動頻率測量范圍應優(yōu)于10至200Hz范圍開關柜溫度監(jiān)測開關柜溫度監(jiān)測光纖傳感器連接示意圖（左：系統(tǒng)框圖右：傳感器布設及連接）動/靜觸點接頭、高壓電纜接頭、連接器導體部分接觸不良引起異常過熱，加速絕緣老化導致?lián)舸?，是高壓開關柜的主要故障形式。將點式光纖溫度傳感器直接粘貼在需要監(jiān)測的接頭等易發(fā)熱部位上，多個傳感器之間以光纖串聯(lián)（FBG，每根光纖通常可串10至20個）或并聯(lián)（F-P）形式組成陣列并連接至光開關（光分路器），最終將傳感器的溫度信號匯總至主干光纜并傳輸至光纖傳感主機。傳感主機接收到傳遞過來的光信號，再把光信號轉換為能標識溫度的波長值，就能獲取到每個通道上不同傳感器的溫度數(shù)據(jù)，實時多個監(jiān)測點的溫度在線監(jiān)測與故障早期預警。開關柜溫度監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1測溫范圍應優(yōu)于0℃至100℃范圍2溫度分辨率應優(yōu)于0.1℃3測溫準確度應優(yōu)于1℃4單次測量最低耗時應低于10s5節(jié)點數(shù)量應大于32個油浸式變壓器綜合狀態(tài)監(jiān)測油浸式變壓器狀態(tài)監(jiān)測光纖傳感器布設示意圖變壓器作為供電系統(tǒng)中最重要的電氣設備之一，會因制造、運輸、安裝不良、過載及老化等原因出現(xiàn)安全故障，對變壓器內(nèi)部溫度、振動等參量進行智能化在線監(jiān)測，提前預警，及時介入，可大幅降低人工巡檢工作量，有效避免事故的發(fā)生。將光纖傳感器植入變壓器內(nèi)部，利用多種光纖傳感器組成準分布式傳感網(wǎng)絡，可以克服電學監(jiān)測技術無法對變壓器繞組等關鍵部位接觸式測量的缺點，具備變壓器內(nèi)部多參量綜合狀態(tài)智能感知功能。相應傳感器的布設位置及方式如下：溫度傳感器安裝在頂部鐵芯、器身木支撐件處以及預埋繞組線圈墊塊內(nèi)，監(jiān)測油溫及繞組溫度；壓強傳感器安裝在頂部鐵芯、箱底，監(jiān)測內(nèi)部壓力；低頻、高頻振動傳感器安裝在鐵芯頂部及底部，監(jiān)測器身振動及可能發(fā)生的局部放電。油浸式變壓器綜合狀態(tài)監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1測溫范圍應優(yōu)于0℃至150℃范圍2測溫準確度應優(yōu)于0.1℃3溫度準確度應優(yōu)于1℃4附加壓強范圍0至100kpa5低頻振動頻率測量范圍應優(yōu)于5至100Hz范圍6高頻振動（超聲）頻率測量范圍應優(yōu)于1kHz至200kHz范圍海底光電復合纜防外破監(jiān)測海纜防外破監(jiān)測光纖傳感器連接示意圖海底電纜是保障海島經(jīng)濟、海上石油、海上風電的“生命線”。據(jù)統(tǒng)計，近5年來，僅我國海纜故障就發(fā)生30多起，造成直接經(jīng)濟損失約1億元，其中因漁船捕魚作業(yè)和船舶拋錨引起的外力損傷導致的事故率約占95％?，F(xiàn)有技術手段無法同時滿足海纜全天候、無盲區(qū)、快速實時響應的需求，可考慮利用光電復合海纜中的光纖以及分布式振動傳感技術實現(xiàn)海纜防外破監(jiān)測。監(jiān)測時將分布式光纖振動傳感器放置在本地變電站通信機房的機柜中，并可提前在遠端變電站通信機房的光纖配線架上將線路尾端做適當處理。將傳感器的FC/APC光纖接口通過FC/ACP-FC/PC轉接跳線與光纖配線架上的待測試線路FC/PC光纖接口相連，即可對待測海纜線路周圍的振動情況進行在線監(jiān)測。海底光電復合纜監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1最大測量距離應大于20km2振動測量頻率范圍應優(yōu)于1至1kHz范圍3頻率分辨率應優(yōu)于2Hz4頻率測量準確度應優(yōu)于10Hz5頻率定位準確度應優(yōu)于100m分級6單次頻率測量最低耗時應低于1s7應變測量范圍應優(yōu)于0至1500με范圍8應變分辨率應優(yōu)于15με，DLT1057-20219應變測量準確度應優(yōu)于30με10應變定位準確度應優(yōu)于10m11單次應變測量最低耗時應低于2min@20km水電站壩體健康監(jiān)測抽蓄壩體光纖傳感器布設示意圖抽蓄電站壩體十分重要且結構復雜，為掌握其健康狀態(tài)及演變規(guī)律，需重點對位移、滲流滲壓、應力應變、溫度等參量進行監(jiān)測，其中位移包括壩體表面變形、壩體剪切位移、壩體內(nèi)部水平位移及沉降等監(jiān)測，滲流滲壓主要為壩基和壩體的滲流滲壓與庫底廊道滲漏量監(jiān)測，應力應變包括混凝土面板、鋼筋、錨桿、圍巖等關鍵位置監(jiān)測，溫度包括壩體內(nèi)部及其他關鍵位置溫度檢測。相應傳感器的布設位置及方式如下：位移傳感器安裝在廊道或壩面混凝土上相鄰壩段（A、B壩段）的接縫處，兩端分別安裝傳感器和探桿擋板，傳感器探桿頂在擋板上，通過探桿伸縮量測接縫處變形；傾角傳感器安裝在被測體表面，以量測建筑物傾斜；壓強傳感器分點埋設于壩基、壩體和廊道結構內(nèi)部，以監(jiān)測孔隙水壓力和滲透壓，防止漏水涌水；應變和溫度傳感器分點安裝在襯砌、錨索等關鍵位置，防止應變過大導致的斷裂、破裂；沉降傳感器分布式安裝于廊道內(nèi)墻壁上，并設置參考點，沉降點置于地面，通過水管或彈簧等將兩點連接，傳感器直接測量液位、水壓、形變等再轉化為沉降量。抽水蓄能站壩體健康監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1沉降標準量程50/100/150/300/600mm2沉降分辨率應優(yōu)于0.025%FS3壓強標準量程0.07/0.35/0.7/1/2/3MPa4壓強分辨率應優(yōu)于0.025%FS5應變標準量程3000με6應變分辨率應優(yōu)于0.125%FS7傾角標準量程±2°/±5°/±10°8傾角分辨率應優(yōu)于0.02°9位移標準量程20/50/100/300mm10位移分辨率應優(yōu)于0.025%FS11溫度標準量程-30℃至+80℃/+120℃/+150℃12溫度分辨率應優(yōu)于0.1℃13測溫準確度應優(yōu)于0.5%FS14測量非線性度直線：應不高于0.5%FS；多項式：應不高于0.1%FS變壓器油中氫氣含量在線監(jiān)測變壓器油中氫氣在線監(jiān)測光纖傳感器布設示意圖油色譜能夠發(fā)現(xiàn)變壓器的缺陷和故障，但由于分析間隔時間較長，一般2個小時左右，不能覆蓋突發(fā)性故障或快速發(fā)展的故障。氫氣作為過熱或局部放電等故障主要特征氣體，通過監(jiān)測氫氣含量變化，盡早發(fā)現(xiàn)變壓器的早期故障，提升油色譜的靈敏度。由于氫氣傳感器無任何電子元器件，可以克服油溫對傳感器的影響，提升傳感器穩(wěn)定性和使用壽命，同時由于不受油溫、安裝位置影響，均可以有效監(jiān)測油中氫氣的含量，實現(xiàn)變壓器油中氫氣的實時感知。變壓器油中氫氣傳感器布置方式如下：可在圖中的推薦位置安裝點式氫氣傳感器，考慮油的循環(huán)回路，可按推薦位置進行安裝。變壓器油中氫氣含量監(jiān)測性能要求序號性能參數(shù)描述技術指標1油中氫氣監(jiān)測范圍及測量誤差(1)5至150μL/L測量誤差限值：A級：±5μL/L或20%B級：±10μL/L或±25%C級：±15μL/L或±30%(2)150至5000μL/L測量誤差限值：A級：±20%B級：±25%C級：±30%2取油口耐受壓力不低于0.6MPa3響應時間(T90)不高于30分鐘4最小采樣間隔時間不高于3分鐘5油溫引起的測量誤差油溫-40℃至105℃變化引起的測量誤差滿足項目1要求6(CO、CO2、C2H2)交叉敏感測量誤差滿足項目1中的要求

（資料性）

電力光纖傳感器的標定方法標定所需的主要標準具有： 位移臺（準確度不低于10μm）；應變標定架（準確度不低于1με）；電子數(shù)顯角度尺（分辨率不低于0.01°）；恒溫槽（工作溫度-40°C~200°C，均勻性：0.02°C，穩(wěn)定性：0.04°C/10min）；標準水銀溫度計（測溫范圍-30°C~300°C，允差：±(0.15~0.25)°C）；光纖應變拉伸儀（振動頻率范圍：DC~10kHz，應變范圍：1nε~10με）；高電壓信號發(fā)生器（輸出電壓：0~200V，頻率：DC~1MHz）；光時域反射儀（測量范圍：0~80km，定位分辨力：1m）。點式光纖傳感器位移傳感器標定首先將位移傳感器固定到底座上，在探桿一端通過位移臺施加位移，位移臺的移動量通過光柵尺或數(shù)顯千分尺獲得，光柵尺或數(shù)顯千分尺的準確度要求不低于10μm。通過標定0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%FS（滿量程）11個點標定光信號與位移之間的關系，通過曲線擬合，得到光信號特征量與位移之間的關系。通過對標定曲線進行線性擬合，非線性度要≤0.5%FS；再對標定曲線進行多項式擬合，通常為二次函數(shù)，非線性度要≤0.1%FS。對位移傳感器的分辨力進行標定，位移臺每次移動0.125%FS，連續(xù)移動10次，每次都可以測到光信號特征量的變化，而且11個測點線性擬合后得到R-square不低于0.98。位移傳感器標定示意圖應變傳感器標定把傳感器粘在某個物體上，通常為等彎矩梁、等強度梁等，通過準確度不低于1μ?的外部裝置對物體進行拉伸、彎曲等應變，測出物體上的應變和解調儀輸出的光波變化量，實現(xiàn)對傳感器的標定。通過標定0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%FS（滿量程）11個點標定光信號與應變之間的關系，通過曲線擬合，得到光信號特征量與應變之間的關系。通過對標定曲線進行線性擬合，非線性度要≤0.5%FS；再對標定曲線進行多項式擬合，通常為二次函數(shù)，非線性度要≤0.1%FS。對應變傳感器的分辨力進行標定，標定裝置每次增加應變量0.125%FS，連續(xù)增加10次，每次都可以測到光信號特征量的變化，而且11個測點線性擬合后得到R-square不低于0.98。應變傳感器標定示意圖傾角傳感器標定將分辨率不低于0.01°的電子數(shù)顯角度尺一邊水平固定，另一邊垂直于地面方向開合并固定傳感器。從初始角度0開始10%FS逐次增加角度至滿量程，之后逆程重復操作，得到11個標定光信號與角度之間的關系，通過曲線擬合，得到光信號特征量與角度之間的關系。通過對標定曲線進行線性擬合，非線性度要≤0.5%FS；再對標定曲線進行多項式擬合，通常為二次函數(shù)，非線性度要≤0.1%FS。對傾斜傳感器的分辨力進行標定，角度尺每次增加角度0.02°，連續(xù)增加10次，每次都可以測到光信號特征量的變化，而且11個測點線性擬合后得到R-square不低于0.98。傾角傳感器標定示意圖壓強傳感器標定用液壓標定方式，將傳感探頭密封到油壓裝置中，比較傳感探頭的輸出比值和壓力校驗儀的輸出壓力值，通過標定0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%FS（滿量程）11個壓力標定光信號與壓力之間的關系，通過曲線擬合，得到光信號特征量與壓力之間的關系。通過對標定曲線進行線性擬合，非線性度要≤0.5%FS；再對標定曲線進行多項式擬合，通常為二次函數(shù)，非線性度要≤0.1%FS。對壓強傳感器的分辨力進行標定，油壓裝置壓力每次升高0.025%FS，連續(xù)升高10次，每次都可以測到光信號特征量的變化，而且11個測點線性擬合后得到R-square不低于0.98。壓強傳感器標定示意圖沉降傳感器標定將基準點和沉降點置于兩平臺，通過高精度步進電機等位移裝置移動沉降測量點。通過標定0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%FS（滿量程）11個點標定光信號與沉降位移之間的關系，通過曲線擬合，得到光信號特征量與沉降位移之間的關系。通過對標定曲線進行線性擬合，非線性度要≤0.5%FS；再對標定曲線進行多項式擬合，通常為二次函數(shù)，非線性度要≤0.1%FS。對沉降傳感器的分辨力進行標定，位移臺每次移動0.025%FS，連續(xù)移動10次，每次都可以測到光信號特征量的變化，而且11個測點線性擬合后得到R-square不低于0.98。沉降傳感器標定示意圖溫度傳感器標定將傳感器固定在金屬塊上，從-30℃開始對被測物進行加熱，加熱量通過高精度電子溫度計獲得，通過標定0%，10%，20%，30%，