Table Of Content4.02
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ LIOS USING OF LIOS TECHNOLOGIES
ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА FOR MONITORING TECHNICAL
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ CONDITION OF 110-500 KV
СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ДЛЯ CABLE POWER TRANSMISSION
КЛАССА НАПРЯЖЕНИЙ 110-500КВ LINES
1Беляков В.В., 1Гурин А.В., 1Майоров В.А., 1МалышевА.В., 2Маршнер В.,
3Паэглис И.Г., 4Смирнов А.А.
1ОАО «Севзапэлектросетьстрой» (г. Санкт-Петербург, Россия)
2ООО «Салтек Русь» (г. Москва, Россия)
3ООО «Энергомонтаж-Инвест» (г. Москва, Россия)
4ОАО «ФСК ЕЭС» (г. Москва, Россия)
Аннотация Abstract
Для эффективной эксплуатации It is necessary to optimize the
кабельных сетей необходимо operating temperature along the full
оптимизировать величину рабочей length of cable power transmission lines
температуры по всей длине силовых in real time for the effective operation of
кабельных линий в реальном масштабе cable networks. The developed
времени. Данную задачу позволяет temperature gauge Ramana ''OFDR"
выполнить разработанный allows to solve this problem
температурный датчик Рамана
'''OFDR'''
Активный рост промышленного производства в России, требует ввода
новых мощностей по производству электроэнергии, что в свою очередь связано с
комплексным развитием электрических сетей как воздушных, так и кабельных в
крупных городах и промышленных центрах.
По протяжённости кабельные линии
высокого напряжения значительно уступают
воздушным линиям (ВЛ) электропередач.
Прежде всего, это связано с высокой
стоимостью строительства. Но вместе с тем
ввод новых энергетических мощностей в
г.Москве и г. Санкт-Петербурге, где
строительство ВЛ крайне затруднено из-за
отсутствия свободного пространства вызвал
бурный рост силовых кабельных линии (КЛ)
напряжением 110-500кВ, прокладка которых
осуществляется под землёй (Рис.1), чем
достигается повышенная надёжность
электроснабжения, не зависящего от погоды и
Рис.1.Силовые кабельные линии природных явлений.
______________________________________________________________________________________________
IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030», доклад 4.02
29 – 31 мая 2007 года
Кабельные линии, объединяются в единую кабельную сеть. Обеспечение
надёжности работы данной сети обусловлено соблюдением оптимального режима
передачи электрической энергии. При этом технические параметры силовой
кабельной линии должны поддерживаться в пределах установленных норм
эксплуатации.
Данную оптимизацию параметров передачи электрической энергии можно
выполнить, если воспользоваться объективным показателем, рабочей
температурой КЛ по всей длине кабельной сети в реальном масштабе времени.
Рис.2. Структурная схема системы мониторинга КЛ
Измерение рабочей температуры производится с помощью волоконно -
оптических систем (Рис.2.). Эти системы не только передают информацию, но и
используются в качестве локальных распределенных измерительных датчиков
(LIOS).
Рис.3. Примеры расположения оптических волокон в высоковольтном
силовом кабеле
______________________________________________________________________________________________
IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030», доклад 4.02
29 – 31 мая 2007 года
Температура оказывает физическое воздействие на стеклянные оптические
волокна и изменяет их проводящие свойства в определенном месте. Вследствие
гашения света в кварцевых стеклянных волокнах, за счет рассеивания может быть
точно определено место внешнего физического воздействия, благодаря чему,
оптические волокна применяются в качестве линейного датчика (Рис.3.).
Для измерения температуры с помощью оптических волокон,
изготовленных из кварцевого стекла, наиболее оптимален так называемый эффект
Рамана.(Рис.4.)
Рис.4 Эффект Рамана
Регистрируя отраженное излучение при комбинационном рассеянии из
сенсорного кабеля возможно надёжно и без помех получить его распределенный
температурный профиль.
Физически процесс выглядит следующим образом: - Свет в стеклянном
волокне рассеивается на микроскопически малых колебаниях плотности, размер
которых меньше длины волны. В обратном рассеивании находится излучаемое
рассеивание на одинаковой длине волны, а так же проникший свет и
дополнительные составляющие света на других длинах волны, которые связаны с
колебанием молекул и, тем самым с локальной температурой (комбинационное
Раманское рассеивание).
Основа оптоволоконной системы измерения температуры, метод обратного
комбинационного рассеивания.
Тепловой извещатель (температурный датчик) является волоконно-
оптическим кабелем, чувствительным к теплу и излучению.
С помощью блока формирования сигнала (оптический рефлектометр
Рамана, Рис.5) значения температуры в стеклянном волокне в волоконно-
оптическом кабеле могут быть определены для определённых точек . Для
оптических волокон характерно незначительное затухание. Минимально
достигаемое затухание стеклянных волокон ограничивается излучаемым
рассеиванием света, вызываемым аморфной структурой стеклянных волокон.
______________________________________________________________________________________________
IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030», доклад 4.02
29 – 31 мая 2007 года
Рис.5 Рефлектометрия интервала оптической частоты. (Принцип
температурного контроля используется в OTS блоке
управления.)
Помимо излучаемого рассеивания при тепловом воздействии в оптико-
волоконном материале возникает дополнительное рассеивание света, так
называемое комбинационное Раманское рассеивание. Температурные изменения
индуцируют колебания решетки в молекулярном комплексе кварцевого стекла.
Если свет падает на эти термически возбужденные колебания молекул, то
происходит взаимодействие частиц света (фотонов) и электронов молекул. В
световоде возникает зависимое от температуры рассеивание света
(комбинационное Раманское рассeивание), которое по отношению к падающему
свету спектрально смещено на величину резонансной частоты колебания решетки.
[1]
Комбинационное Раманское рассеивание по сравнению с излучаемым
обладает лишь очень малой долей рассеивания, которой можно пренебречь, и
поэтому оно не может быть измерено с помощью классической техники OTDR -
оптическая рефлектометрия временной области.
Интенсивность антистоковой полосы зависит от температуры, в то время как
стоковая полоса почти не зависит от температуры. Измерение локальной
температуры в любом месте световода следует из «отношения интенсивности
антистокового и стокового света». Особенностью эффекта Рамана заключается в
прямом измерении температуры с помощью шкалы Кельвина. Благодаря
оптическому методу обратного комбинационного рассеивания можно измерять
температуру вдоль стеклянного волокна, как функцию места и времени.
Разработанный компанией NKT температурный датчик Рамана '''OFDR'''
(OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry, рефлектометрия частотной
области) работает не во временном диапазоне, как техника OTDR, а в частотном.
______________________________________________________________________________________________
IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030», доклад 4.02
29 – 31 мая 2007 года
При методе OFDR получают информацию о локальном изменении температуры,
если сигнал обратного рассеивания, обнаруженный на протяжении всего времени
измерения, измеряется как функция частоты и в комплексе (комплексная
передаточная функция), а затем подвергается преобразованию Фурье
(преобразование Фурье). Существенными преимуществами техники OFDR
являются режим квазинепрерывного излучения лазера и узкополосное
обнаружение оптического сигнала обратного рассеивания, вследствие чего,
достигается значительно более высокая помехозащищённость, чем при
использовании импульсной техники. [2]
Для регистрации, хранения и анализа полученной информации разработано
специальное программное обеспечение Charon_02. Удобная структура
программы позволяет эффективно использовать возможности персонального
компьютера, тем самым облегчая работу диспетчера (Рис.6.).
а)
б) в)
Рис.6. Програмное обеспечение Charon_02. а) вид температурного
профиля КЛ; б) изображение зон контроля КЛ; в) отображение
текущей информации и сравнение с исходной
______________________________________________________________________________________________
IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030», доклад 4.02
29 – 31 мая 2007 года
Программа Charon_02 - обеспечивает:
– TCP/IP коммуникацию: сигналы от нескольких контрольных устройств
могут надёжно суммироваться на одном ПК;
– Создание базы данных обеспечивающей эффективное и надёжное
функционирование системы;
– Синхронный просмотр файлов измерений;
– Упрощенный импорт и экспорт установок конфигурации;
– Встроенную конфигурация во всех файлах с информацией измерений
Рис.6в.;
– Функцию кольцевого буфера для хранения информации позволяет
непрерывное хранение данных или хранение информации замеров,
вызванное событием (сигналом тревоги);
– Необходимые выборки по запросу (данные по периоду времени,
событиям, OTS номеру или названию/описанию);
– Детальный отчет для регистрации конфигураций объектов, введенных в
эксплуатацию
Преимущества данной системы мониторинга распределённой по кабелю
температуры с помощью технологий LIOS заключаются в следующем:
1. Определение исходного температурного профиля КЛ,
2. Возможность выполнить температурную корректировку обнаруженных
«горячих» точек,
3. Постоянный контроль температуры КЛ в реальном масштабе времени,
4. Создания архива температур для определения сроков службы той или
иной КЛ.
5. Создать температурный профиль старых кабельных сетей.(Рис.5.)
6. В случае высокой температуры и перегрева КЛ срабатывает сигнал
тревоги диспетчеру.
7. Передача данных по мониторингу в формате необходимом
диспетчерской службе.
Надёжность и относительная простота эксплуатации системы мониторинга
позволяют применить его на новых и реконструируемых силовых кабельных
линиях. Поэтому целесообразно его применение во всех энергосистемах и
энергопредприятиях эксплуатирующих силовые кабельные линии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 1.DTS, Distributed Temperature Sensing материалы сайта компании
LIOS Technology GmbH. Сайт Интернет: www.lios-tech.com
2. «Valcap – monitoring high voltage cables and overhand lines». Сайта
Интернета www.nktcables.com
______________________________________________________________________________________________
IX Симпозиум «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 2030», доклад 4.02
29 – 31 мая 2007 года
