第29卷第189期电力系统通信Vol.29No.1892008年7月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystemJul.10,2008·49·光纤传感器在电力系统中的应用李星蓉(华北电力大学电子与通信工程系,河北保定071003)摘要:分析了光纤传感器研究的国内外现状,介绍了光纤布里渊散射温度和应变传感的原理,研究了光纤传感器在我国高压电缆温度和应变测量中的应用情况,以及其在电力系统光缆监测中的应用,探讨了光纤在电功率方面的研究状况。关键词:光纤传感器;布里渊散射;温度测量;应变测量中图分类号:TN929.11文献标志码:B文章编号:1005-7641(2008)07-0049-04类型的分布式传感器相比,它的一个很大的优势在0引言于理论上可以实现长距离的传感,进而满足输油管电力系统网络结构复杂、分布面广,在高压电道、电力电缆等长距离检测,所以对提高传感系统力线和电力通信网络上存在着各种各样的隐患,因的传感距离的研究具有重大意义。此,对系统内各种线路、网络进行分布式监测显得2001年,Sally.M.Maughan等人首先用微波尤为重要。如何实时监测这些故障隐患,直接关系外差检测方案实现了传感距离为57km的测量。到电力系统的生产安全与运行稳定。近年来,光纤2005年,MohamedN.Alahbabi等人在微波外差方凭借其损耗低、带宽资源丰富、耐高压、抗电磁干扰案的基础上,在传感系统中采用了喇曼放大器,使等优点,已在有线通信中特别是主干通信网中占有传感距离达到150km。绝对优势,这一点在电力通信网中也是如此。目2布里渊温度和应变传感原理前,采用分布式光纤传感器进行温度与应变的测量在国外已经得到广泛应用,在国内采用分布式光纤2.1布里渊频移与温度和应变的关系传感器对高压电力线在线测温、对建筑、堤坝、桥梁布里渊频移的大小为[3]进行应变测量等也受到了广泛的关注。vB=2nva/λ0(1)式中v为布里渊频移;n为光纤纤芯折射率;v1光纤传感研究现状Ba为光纤中的声波速度;λ0为入射光在真空中的波目前流行的光纤传感方式主要有三大类[1]:长。一是基于背向瑞利散射的光纤分布式传感技术;二普通的硅玻璃光纤:n=1.46,va=5945m/s。是基于喇曼散射的光纤分布式传感技术;三是基于当注入光纤泵浦光的波长为λ0=1550nm时,布布里渊散射的分布式光纤传感技术。里渊频移vB=11.2GHz;λ0=1310nm时,布里渊基于背向瑞利散射的传感技术,在20世纪80频移vB=12.8GHz。年代初期得到了很大的发展,但目前对这方面的研布里渊频移与光纤材料中的声速有关,而声速究主要局限于光纤损耗和光纤断点检测方面。基受到光纤材料的热光特性和弹光特性影响,所以光于喇曼散射的分布式温度传感技术是分布式光纤纤中的温度和应变变化都会引起布里渊频移的变传感技术研究中较为成熟的一种,目前该类传感器化。光纤中的声速为的一些产品已出现在国际、国内市场,其空间分辨(1-k)Eva=(2)率和温度分辨率已分别达到1m和1℃,测量范围(1+k)(2-2k)ρ4～8km[2]。基于布里渊散射的分布式光纤传感式中E为杨氏模量;k为泊松比;ρ为密度。技术,虽然起步较晚,但最近几年发展很快,与其他将式(2)代入式(1)可得2n(1-k)EvB=(3)收稿日期:2008-01-22;修回日期:2008-03-12λ0(1+k)(2-2k)ρ·50·电力系统通信2008,29(189)由于n,E,k,ρ分别为温度、应变的函数,当传将式(7)中的n,E,k,ρ分别表示为应变ε感光纤的温度、应变改变时,布里渊频移vB也会随的函数,可得布里渊散射强度与应变的关系式为234之改变,从而实现对温度、应变的传感测量。PB=P{[λ/n(ε)]/4πA}(8/3)(π/λ)8222.2布里渊强度与温度和应变的关系kT[n(ε)p12/ρ(ε)Va(ε)]Wv(ε)/2(8)布里渊散射的强度为取λ=1550nm,A=9.5×10-11m2,k=1.38×()()-23PB=PSaBWv/2410J/K,T=300k,p12=0.27,n(0)=1.46,W=式中P为入射光功率;S为布里渊散射的背向捕100ns,代入式(8),可得出输出功率与应变的关系捉系数;aB为布里渊散射系数;W为脉冲宽度;v为曲线,如图2所示。光纤中的光速。布里渊散射的背向捕捉系数S为S=(λ/n)2/(4πA)(5)式中λ为真空中光波长;n为光纤折射率;A为光纤有效面积。布里渊散射系数aB为34822aB=(8/3)