Разработка и применение рамановского рефлектометра в системе контроля температуры ОВ на ВОЛС-ВЛ. Аннотация


1Белянко Е.В., 2Бобров В.И., 3Богданова О.И., 2Гринштейн М.Л., 1Зюзин М.С., 3Орешкин А.В.

1 ЧП «Оптиксофт», Минск

2 ЗАО «Институт информационных технологий», Минск

3ОАО «Союзтехэнерго», Москва

Одним из методов распределенного измерения температуры оптических волокон (ОВ) является метод рамановской рефлектометрии, который основан на известной зависимости отношения интенсивностей стоксовой и антистоксовой (АС) компонент рассеяния от температуры [1]. Для достижения максимальной длины измерения одномодовых ОВ целесообразно использовать диапазон длин волн 1550…1625 нм, где затухание ОВ минимально, однако в этом случае регистрация стоксовой компоненты невозможна из-за ее слишком большого затухания. Однако интенсивность АС компоненты сама по себе зависит от температуры в соответствии с соотношениями, приведенными в [2], поэтому измерение температуры ОВ может быть выполнено из сравнения ее с рэлеевским рассеянием. При этом определяется обычное затухание ОВ, которое от температуры не зависит, что дает возможность выделить из АС сигнала вклад, который вносит именно изменение температуры.

Для обработки АС сигнала в рамановском рефлектометре используется такая же модель, как и для рэлеевского рассеяния:

формула(1)

где Рас (L) – мощность АС сигнала обратного рассеяния, пришедшего к началу ОВ от точки, находящейся на расстоянии L;

Pимп и   формула– мощность зондирующего оптического импульса на входе ОВ и его длительность;

Bас(Т(L)) – коэффициент антистоксового обратного рассеяния ОВ; он зависит от распределения температуры вдоль ОВ;


aимп и aас – линейные коэффициенты затухания ОВ на длинах волн зондирующего оптического импульса и АС компоненты.

Если линия состоит из нескольких ОВ, то модель (1) используется с учетом затухания в соединениях и индивидуальных коэффициентов антистоксового обратного рассеяния и затухания каждого ОВ.

Для измерения температуры ОВ, основанном на выражении (1), был разработан прибор – анализатор температуры рефлектометрический АТР-111, выполняющий измерение на длинах волн 1625 нм и 1530 нм. Прибор регистрирует АС компоненту зондирующего импульсного сигнала 1625 нм, т.е. определяет коэффициент aас в (1). По рэлеевскому рассеянию на двух длинах волн измеряется коэффициент aимп и независящая от температуры составляющая коэффициента aас. Температура ОВ определяется по отклонению реального АС сигнала от значений, рассчитанных с учетом только рэлеевских коэффициентов. При этом также учитываются измеренные значения затухания в соединениях ОВ.

На основе прибора АТР-111 создана система распределенного контроля температуры и состояния ОВ, которая применяется на ВОЛС высоковольтных линий электропередачи (ВОЛС-ВЛ), использующих оптический кабель в грозозащитном тросе (ОКГТ). Система применяется для контроля температуры ОВ при проведении плавки гололеда ОКГТ, когда по кабелю пропускается большой ток для его нагрева и освобождения от налипшего льда. При этом необходимо не допустить перегрева ОВ выше 85 ºС, который может повлечь деградацию полимерного покрытия ОВ с последующим ростом его затухания. Прибор АТР-111 работает в комплекте с блоком управления, имеющим встроенный оптическим переключатель, что позволяет удаленно управлять измерениями нескольких ВОЛС одним прибором.

Длины ВОЛС-ВЛ, которые контролируются в реально эксплуатируемых системах, составляют до 180 км. Максимальный участок измерения температуры – 95 км, поэтому длинные линии измеряются с двух сторон. За время эксплуатации систем контроля нескольких ВОЛС-ВЛ в течение более, чем 5 лет, накоплено большое количество результатов измерения температуры ОВ в различное время года и суток. Данные о распределении температуры вдоль ОВ при проведении плавки гололеда дают возможность службам, управляющим этим процессом эффективно регулировать режим плавки с целью недопущения превышения заданных пороговых значений температуры ОВ.

Образование гололеда происходит в течение достаточно ограниченных временных интервалов и в определенное время года, поэтому в остальное время система используется как обычная система мониторинга, предоставляя информацию о физическом состоянии ВОЛС: длина, полное затухание, расстояния до муфт, затухание участков и соединений ОВ, возникновение повреждений и обрывов и оповещение о них.

Литература

1. Suh K., Lee C.. Auto-correction method for differential attenuation in a fiber-optic distributed-temperature sensor – Optics Letters, 2008, vol.33, No.16, , pp.1845 – 1848

2. Bao X., Chen L. Recent Progress in Distributed Fiber Optic Sensors – Sensors 2012, vol.12, pp. 8601-8639.

Подробно рассмотрение данной темы выполняется в статье Разработка и применение рамановского рефлектометра в системе контроля температуры ОВ на ВОЛС-ВЛ.



Источник информации: РИЦ Техносфера
Размещено: 21.01.2019