Как усовершенствованные оптоволоконные датчики предотвращают сбои в электросети

Трансформаторы, линии электропередачи и подстанции необходимы для надежного распределения электроэнергии, но они подвержены повреждениям. Традиционное оборудование для мониторинга не может удовлетворить растущие потребности сети. Только отказоустойчивое современное решение может помочь операторам предотвратить сбои в работе.

Они могут использовать оптоволоконные датчики для широкого спектра применений: от трансформаторов до газопроводов. Эти инструменты предоставляют непрерывные данные в реальном времени по всей длине кабеля. Их небольшой размер и легкий вес делают их идеальными для обеспечения стабильности сети.

Основные принципы волоконно-оптических сенсорных систем

Несмотря на диаметр одного человеческого волоса, оптическое волокно в шесть раз прочнее титана и в 40 000 раз прозрачнее алмаза. Длина каждой нити составляет около 30 миль. Защитная оболочка, оболочка и сердцевина умещаются внутри этого миниатюрного форм-фактора.

Поскольку оболочка имеет более низкий показатель преломления (RI), она помогает ограничивать свет, обеспечивая эффективную передачу с минимальными потерями. Внешний слой защищает его от физических повреждений и механических воздействий, повышая долговечность.

Системы на основе оптоволокна полезны для мониторинга, поскольку они компактны, легки и устойчивы к суровым условиям окружающей среды. Они также устойчивы к электромагнитным помехам и полностью совместимы с современными системами передачи данных.

Как оптоволоконные датчики предотвращают сбои в электросети

Когда инженеры используют оптоволоконные датчики для трансформаторов, трубопроводов или линий электропередач, они часто полагаются на эти три механизма.

Волоконная брэгговская решетка. Датчики на волоконной брэгговской решетке (ВБР) представляют собой легкие и компактные инструменты. Разработка значительно продвинулась вперед: достижения сосредоточены на обеспечении долговечности в суровых условиях и приложениях долгосрочного мониторинга.

Они действуют по принципу дифракции Брэгга, который предполагает отражение света определенной длины от поверхностей, образованных атомными плоскостями в кристаллической решетке. Когда они взаимодействуют с решеткой Брэгга (преднамеренным изменением RI), записанной на центральной части волокна, они отражаются.

Сдвиг длины волны по своей сути линейный, поэтому операторы могут его точно измерить. Этот механизм делает эти датчики высокого разрешения идеальными для мониторинга физических параметров.

Распределенное акустическое зондирование. Волоконно-оптическое распределенное акустическое зондирование (DAS) демонстрирует большие перспективы в интеграции интеллектуальных сетей благодаря охвату на больших расстояниях, устойчивости к электромагнитным помехам, высокой чувствительности и возможностям работы в реальном времени.

DAS состоит из модуля оптического приемопередатчика и модуля электронного сбора данных, которые содержат лазерные источники, акустооптический модулятор, блоки обработки сигналов и платформы анализа данных — передовые достижения в области оптики, вычислений и электроники.

Эта система позволяет операторам измерять акустические волны или вибрации высокой плотности за считанные секунды. Например, они могут контролировать линии электропередачи с обледенением или частичными разрядами элегазовых распределительных устройств на основе преобразования механической и электрической энергии.

Реальное применение оптоволоконных датчиков

Оптоволоконные датчики могут повысить стабильность сети и предотвратить сбои в работе приложений восходящего, среднего и нисходящего потоков.

Оборудование для производства энергии: профессионалы могут внедрить эту технологию в возобновляемые источники энергии или добычу нефти и газа. Это позволяет им контролировать и обслуживать оборудование, которое способствует производству энергии, предотвращая непредвиденные сбои оборудования. Например, они могут интегрировать его в системы диспетчерского контроля и сбора данных для автоматического оповещения в режиме реального времени.

Трубопроводы и линии электропередачи: Природный газ играет центральную роль в энергосистеме. К сожалению, сложная сеть магистральных трубопроводов, простирающаяся на тысячи миль, подвержена утечкам. Волоконная оптика может выявить эти неисправности с невероятной точностью.

Лазерный свет, передаваемый через оптическое волокно, создает обратно рассеянный свет, выявляющий незначительные дефекты, указывающие на физическое повреждение. В идеальных условиях эти сигналы могут распространяться со скоростью около 70–75% скорости света. Датчики также могут обнаруживать конденсацию воды внутри трубопроводов, помогая выявить ранние признаки коррозии.

Силовые трансформаторы: Трансформаторы являются основой энергосистемы, поэтому, к сожалению, их функциональность очень сильно зависит от контроля температуры. Избыточное тепло ускоряет деградацию изоляции, что приводит к дорогостоящему ремонту или полному выходу из строя.

Волоконно-оптические датчики для трансформаторов встраиваются непосредственно в прокладки обмоток. Они располагаются как можно ближе к горячим точкам, чтобы обеспечить максимальную точность. В отличие от традиционных датчиков температуры, которые склонны к задержкам и неточным оценкам, они эффективны.

Датчики Opsens из арсенида галлия (GaAs) разработаны с кристаллами GaAs на кончике волокна для измерения температурных колебаний посредством сдвигов в спектре поглощения, а ВБР фотовписана в сердцевину одномодового оптического волокна для отражения определенных длин волн. Оба имеют быстрое время отклика и очень точны.

Электростанции и нефтеперерабатывающие заводы. Внедрение оптоволокна на электростанциях и нефтеперерабатывающих заводах позволяет профессионалам отрасли собирать физические и экологические данные о генераторах и турбинах. Таким образом, они могут выявлять и смягчать износ, предотвращая катастрофические сбои, которые могут привести к длительным простоям.