振動(dòng)光纖與電力智能巡檢技術(shù)的融合

高晶 張武杰 喬立華 王克謙

摘 要：文章系統(tǒng)研究和分析了當(dāng)前振動(dòng)光纖防護(hù)系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)，并對(duì)振動(dòng)光纖防護(hù)系統(tǒng)集成在智能巡檢系統(tǒng)的可行性和方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。通過對(duì)光纖信號(hào)采集處理系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)接口和通信方式的改進(jìn)，使得變電站周界安防系統(tǒng)和內(nèi)部巡檢系統(tǒng)能夠融合為一個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)相對(duì)于其他系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站周界安防系統(tǒng)和內(nèi)部智能巡檢系統(tǒng)集成化，這對(duì)變電站全面的安全生產(chǎn)和運(yùn)維效率的提高具有重要意義。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)光纖；智能巡檢；系統(tǒng)集成；周界防護(hù)

近年來，隨著電網(wǎng)自動(dòng)化程度的提高，無人值守變電站智能巡檢技術(shù)發(fā)展的成熟。但是對(duì)于變電站周界防止外來入侵破壞研究還相對(duì)較少，而將兩者相結(jié)合的研究甚至處于空白階段。相關(guān)專家和學(xué)者在周界安防和智能巡檢方面的研究都是相對(duì)孤立系統(tǒng)，智能變電站周界安防和運(yùn)維巡檢需要建立兩個(gè)不同的系統(tǒng)[1-3]。因此，面對(duì)變電站輸變電設(shè)施的安全防護(hù)需求日益增長(zhǎng)，急需新的防護(hù)技術(shù)對(duì)輸變電設(shè)施周界進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和保護(hù)[4-5]。傳統(tǒng)的防護(hù)技術(shù)不但誤報(bào)率較高，定位精度低，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力差，而且系統(tǒng)能難集成，難以滿足現(xiàn)代智能變電站較高級(jí)別安防的要求[6-7]。隨著光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，其在天然氣站場(chǎng)周界安防成功應(yīng)用對(duì)變電站周界安防具有重要的借鑒意義。[8]同時(shí)光纖傳感技術(shù)屬于無源技術(shù)，且具有抗電磁干擾，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于變電站等安防級(jí)別要求較高的場(chǎng)所。

本文將在介紹振動(dòng)光纖技術(shù)在變電站周界安防應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，提出光纖安防系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)的融合方法。

1 振動(dòng)光纖定位

光在傳播過程中相位的改變主要是由光纖受壓造成的，[9]因此對(duì)干擾事件的定位和識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)光纖信號(hào)的處理。其定位原理，以圖1為例進(jìn)行說明：

由于在兩端檢測(cè)得到不同的干擾信號(hào)只是在時(shí)間上不同，而頻譜特性是相同的，使得后期的定位處理省去很多麻煩，這也是其優(yōu)于其他光纖傳感技術(shù)的所在。

2 融合振動(dòng)光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)

在振動(dòng)光纖技術(shù)處理的基礎(chǔ)之上，接入智能巡檢系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站周界安防的的防護(hù)和內(nèi)部日常巡檢的功能，而且兩個(gè)系統(tǒng)并入一個(gè)系統(tǒng)，給運(yùn)維人員的管理和使用減小了很大負(fù)擔(dān)和麻煩。

振動(dòng)光纖信號(hào)處理系統(tǒng)采用基于FPGA的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過FPGA主控芯片來控制A/D轉(zhuǎn)換模塊，將采集光電探測(cè)器的信號(hào)，并存儲(chǔ)到內(nèi)部存儲(chǔ)器，同時(shí)，將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與智能巡檢系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在該系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理電路通過對(duì)信號(hào)的調(diào)幅，濾波處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)波形的調(diào)理和對(duì)后端A/D轉(zhuǎn)換模塊的保護(hù)。而數(shù)據(jù)的采集主要由FPGA主控芯片，A/D轉(zhuǎn)換模塊以及供電電路，衰減電路，JTAG接口電路，USB轉(zhuǎn)串口電路等對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)事件的解調(diào)定位。同時(shí)，F(xiàn)PGA主控芯片控制電路一方面對(duì)A/D采集單元和USB/Uart傳輸電路的控制，另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)控制數(shù)據(jù)存入FIFO的讀寫和存儲(chǔ)的控制，以實(shí)現(xiàn)智能巡檢軟件系統(tǒng)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)的顯示和對(duì)干擾事件發(fā)生時(shí)的識(shí)別和控制。

3 應(yīng)用實(shí)例

融合振動(dòng)光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)應(yīng)用，同時(shí)智能巡檢系統(tǒng)的安裝已較為成熟，本文將主要介紹變電站布設(shè)的振動(dòng)光纖周界安防系統(tǒng)。

融合振動(dòng)光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)主要由以下4個(gè)模塊組成：（1）信息收集模塊，主要完成振動(dòng)光纖信號(hào)的的檢測(cè)，采集，識(shí)別和數(shù)據(jù)信息的傳輸功能；（2）聯(lián)動(dòng)控制模塊，主要完成采集信號(hào)的進(jìn)一步識(shí)別判斷，聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)拍照攝像，警告，參數(shù)設(shè)置等；（3）智能巡檢系統(tǒng)，完成變電站內(nèi)部設(shè)備的智能巡檢終端；（4）系統(tǒng)集成模塊，完成智能巡檢信息和周界防護(hù)信息的集成并在終端的顯示。

為了更清晰地發(fā)現(xiàn)周圍的干擾事件類型，在變電站的墻體和需要防護(hù)的電力設(shè)施上鋪設(shè)振動(dòng)光纖，通過聯(lián)動(dòng)控制模塊，控制攝像機(jī)對(duì)干擾事件進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)有干擾出現(xiàn)時(shí)，光纖發(fā)出報(bào)警信號(hào)，聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行拍照，同時(shí)即使將干擾視頻信息上傳到智能巡檢終端，以供運(yùn)維人員及時(shí)查看。

4 結(jié)語(yǔ)

采用本文介紹的融合振動(dòng)光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)，使得基于振動(dòng)光纖技術(shù)的周界安防系統(tǒng)和智能巡檢融為一體，實(shí)現(xiàn)變電站周界安防系統(tǒng)和內(nèi)部智能巡檢系統(tǒng)集成化，減少系統(tǒng)運(yùn)維上的麻煩和運(yùn)維人員的工作量。該技術(shù)應(yīng)用，符合國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研制規(guī)劃的要求和電力設(shè)備智能化應(yīng)用理念，充分挖掘智能化應(yīng)用技術(shù)，為變電站的安全生產(chǎn)運(yùn)行、巡視、監(jiān)控提供了新的技術(shù)手段。

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