光纤传感监测技术可以精准感知电力系统输变电设备运行状态，及时采取有效运维检修策略，对确保电力系统安全高效运行意义重大。
国网湖北电科院依托国网公司非电量智能传感器检测平台建设任务，构建了以“非电量传感”为特色，以“光学传感”为核心的研发实践平台，具备开展各类光纤传感技术攻关、性能检测、集成研究能力。
光纤传感所具有的远距离分布式测量的突出优点，先天适配长距离输电设备的监测需求。随着光纤复合架空地线（optic ground wire，OPGW）和光纤复合相线（optical phase conductor，OPPC）等在输电线路建设中的广泛应用，分布式光纤传感技术可以直接利用富余的通信光纤作为分布式传感光纤，这意味着，在线路上无需安装传感器，仅需在站端安装监测主机将传感光信号接入通信光纤，极大地降低了在线监测装置铺设专用光纤的施工成本。
利用光纤可实现多种参数的监测，包括但不限于架空输电线路温度监测、覆冰监测、雷击监测、弧垂监测、舞动监测，以及采用与电缆平行布置的通信光纤进行分布式温度监测、外力破坏监测、局部放电监测等。
在输电设备中，应用最多的为分布式声波传感技术（Distributed Acoustic Sensing，DAS），该技术已在多个省市的长距离输电线路覆冰监测中发挥了良好作用。基于光纤背向瑞利散射效应的分布式声波传感技术，使用光纤作为感应元件，对周围环境的应变、振动信号进行实时、连续的分布式监测。该系统由解调器和光纤构成，解调器持续向光纤发送激光脉冲。由于光纤内部散射体的不均匀性，部分脉冲光在其中发生散射，反向传播的瑞利散射光线构成了DAS系统测量的核心。一旦光纤的特定区段因外力扰动产生形变（覆冰、弧垂），该区段的光纤折射率将随之变化，进而影响反向散射光的相位。解调器通过解析光纤各区段的瑞利散射光相位数据，据此提取出应变或应变率的相关资讯。
光纤传感所具有的本体无源化及抗电磁干扰的突出优点，先天适配变电设备的监测需求。由于变压器、GIS等变电设备的外壳屏蔽作用，导致局放、温度等异常参量难以直接通过在变电设备外壳安装传感器进行监测。光纤传感器可以在不影响主设备正常运行的前提下内置于主设备内部进行特征参量的测量。
光纤可监测参量包括：变压器温度、微水、压力、振动、局部放电、油中溶解气体，以及 GIS 气体绝缘设备温度、微水、振动、局部放电、气体分解产物
等。
预埋于变压器绕组内部的荧光光纤温度传感器，已经广泛应用于新生产的电力变压器中，并在不同电压等级的变压器绕组温度监测中发挥了良好作用。荧光光纤温度传感器通常由多模光纤和其末端的荧光材料构成。当荧光材料受到特定波长光的激发时，会辐射出荧光能量。激励光源停止后，荧光的发射会呈现指数衰减，这个衰减过程的时间常数被称为荧光寿命。不同环境温度下，荧光寿命会有所变化，因此可以通过测量荧光寿命的长短来推断变压器绕组内部的温度。
除以上部分技术成熟度较高的输变电设备状态光纤传感监测技术外，还需针对多参量光纤传感、动态解调及复用方法、一二次装备融合等关键点开展进一步研究。
电科院将进一步开展全量设备状态光纤传感监测技术研究，拓展至发输配用及储能全领域光纤传感监测，实现光纤传感理论、方法、技术、装备的全栈式研发与规模化应用。以科技力量护航设备智能化运检，为新型电力系统安全稳定运行保驾护航。
供稿：国网湖北电科院 杨天荷 刘一睿
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