智能感知新技术守护万家灯火一线牵

“西电东送”的特/超高压交直流输电线路是我国电力供应的大动脉,其安全运行直接关系到人们的生产生活和正常的社会秩序。然而,在保障特/超高压交直流输电线路运维可靠性时,电力行业遇到诸多难题,如工作量大、效率低等,且传统传感技术不能解决监测盲区问题(传统运维方式大多依靠人力巡检)。针对上述难点,我国科研人员做出了许多研究。

面对国家和特/超高压交直流输电的迫切需求,为破解相关技术难题,由中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国网上海市电力公司、复旦大学等单位共同参与的项目《光学倏逝波提升敏感探测的输电通道智能感知》基于倏逝波提升探测敏感度新原理,研究人员建立倏逝波提升OPGW监测灵敏度的系统架构,团队研制一系列高性能光子器件,实现高性能OPGW监测系统设备,推动特/超高压交直流输电技术的进步和革新。该项目获2019年上海市科技进步二等奖。

什么是特/超高压交直流输电？

输电主要有交流输电和直流输电两种形式,两种输电形式相辅相成、相互支撑。交流输电的自然功率与电压的平方成正比,与线路的阻抗成反比,通过提高输电电压可以大幅提升输电功率。电压等级越高,传输容量越大；输送距离越远,经济性越高。直流输电在电流相同的条件下,输电功率与电压成正比,电压提升可以有效提高输电功率。

特高压输电是在超高压输电的基础上发展的,目的是在节省土地资源的前提下继续提高输电线路走廊的输电能力,实现大功率的中、远距离输电；适用于远距离、大规模电力输送和大范围能源资源优化配置,是一种资源节约、环境友好型输电技术。特高压输电特点主要体现为输送容量大、输送距离远和减少线路走廊。

特/超高压交直流输电运维难点

特/超高压交直流输电有上述优势与特点,同样在建设运维过程中也有难以解决的问题：线路所处环境复杂,输电通道跨越距离长达数百至数千公里,运维工作量极大,且容易造成巡检盲区,运维效率低；采用传统传感技术,即使安装巨量传感器也无法覆盖整条输电通道,监测盲区问题依然存在；在特/超高压交直流输电通道实际监测过程中,会受到外界复杂环境的影响和多种极端状况,单一监测量的监测效果远远满足不了运维工作的需求,而安装多种传感器的施工建设难度高和后期运维量巨大；且高压输电线路电磁环境和自然环境都相对恶劣,传统传感技术的可靠性和稳定性无法达到实用要求。

特高压输电通道上的光学敏感探测新技术

针对运维工作的难点,结合真实情况(上海地区线路通道环境复杂,其中有设备投运时间长、受环境侵蚀久等问题),在科技部、中科院、上海市和国家电网的重点支持下,“特高压输电通道上的光学敏感探测新技术”项目由中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国网上海市电力公司、华东交通大学、复旦大学共同完成。

针对以上难题,鉴于光纤具有信息传输量大、抗电磁干扰能力强、不受供电条件限制以及环境适应性强等优势,“特高压输电通道上的光学敏感探测新技术”项目团队围绕特高压输电通道上的光学敏感探测新技术,突破性地发展了光纤架空地线(OPGW)光传感监测系统,尤其提出了基于特/超高压输电线路上的OPGW实现特/超高压输电通道本质安全的智能感知。

其中,什么是智能感知？如果赋予输电线路生命,那么智能感知就是由传感器来感知自身的一举一动。当线路“受伤”(出现缺陷、外力破损、振动)时,“大脑”即计算机信息管理系统就会感知到,工作人员得知消息后可以“迅速出击”,快速消缺。

项目创新点

“特高压输电通道上的光学敏感探测新技术”项目实现对输电线路重要缺陷和通道环境隐患的智能感知,智能感知技术可以实现以下功能。

(1) 微风振动与外力破坏断股监测。实际工程中,该系统可对输电线路周围微气象环境等外界作用力造成的输电线路振动、破坏及光纤断股情况,进行及时报警和定位。相比传统监测技术,该技术定位精度达到1 m。

(2) 雷击监测与定位。针对输电线路所受雷电直击及其附近落雷进行精确定位,并对雷击造成的架空地线破坏和断股故障进行诊断分析与定位。不同于传统技术,该系统能将雷击点定位至具体的线路和杆塔位置,定位误差在20 m以内。

(3) 实现火灾监测。该技术利用OPGW光纤的光散射分布及特征信息,在输电线路下方发生火灾时可以及时预警和精确定位,监测的最小温度变化为0.01 ℃,空间定位精度为1 m。

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/0610/417.html