Cách giám sát độ lún móng trạm biến áp bằng công nghệ cảm biến cáp quang phân tán

Cảm biến nhiệt độ sợi quang, Hệ thống giám sát thông minh, Nhà sản xuất cáp quang phân phối tại Trung Quốc

Nhằm giải quyết bài toán lún móng của một số trạm biến áp xây dựng tại các khu vực trũng thấp, Một sơ đồ giám sát lún móng trạm biến áp được đề xuất sử dụng công nghệ cảm biến sợi quang phân tán. Trên cơ sở giới thiệu công nghệ cảm biến sợi quang phân tán, Cáp quang ứng suất có khả năng chống nhiễu mạnh đã được nghiên cứu như các yếu tố cảm biến. Các phương pháp triển khai cáp quang giám sát biến dạng bề mặt, cáp quang giám sát biến dạng sâu, giám sát lún cọc móng cáp quang, và kết nối cáp quang đã được giới thiệu riêng. Cuối cùng, Hai loại trạm biến áp đã được chọn làm đối tượng ứng dụng thí điểm. Phân tích kết quả quan trắc cho thấy, vị trí đỉnh, thung lũng trong bản đồ định vị quan trắc có thể xác định mức độ giãn cáp quang, và sau đó xác định hướng và biên độ của biến dạng. Đề án quan trắc được đề xuất có thể đáp ứng tốt nhu cầu giám sát lún móng trạm biến áp. Điều này có thể cung cấp tài liệu tham khảo và hỗ trợ cho sự tiến bộ của công nghệ phòng ngừa và kiểm soát lún nền móng trong các trạm biến áp.

Trạm biến áp là một trung tâm quan trọng của mạng lưới điện. Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và xã hội, Tài nguyên đất ngày càng khan hiếm. Để đảm bảo cung cấp điện bình thường trong các khu vực phụ tải điện trung tính tập trung cao, Các trạm biến áp đôi khi bị buộc phải được xây dựng ở một số khu vực địa chất đặc biệt. Trong khu vực đồng bằng sông Châu Giang của tỉnh Quảng Đông, nền địa chất có hàm lượng nước cao và lớp đất mềm sâu. Do sự phát triển và thay đổi đô thị, Một số trạm biến áp xây dựng trên lớp đất mềm và lớp đất phù sa sông có vấn đề về độ lún móng. Khí hậu mưa cận nhiệt đới phía Nam đã tăng cường xói mòn địa chất và xâm nhập của các trạm biến áp, và cũng dễ bị các thảm họa thứ cấp như nứt và nghiêng các tòa nhà mặt đất, gây ra mối đe dọa tiềm tàng đối với hoạt động của thiết bị trạm biến áp.

Phòng ngừa, xử lý sự cố lún móng trạm biến áp, trong khi thực hiện lựa chọn địa điểm, Xây dựng, và giám sát các trạm biến áp ở các khu vực khác nhau, Cũng cần chú ý đến việc giám sát, Cảnh báo sớm, và xử lý các vấn đề lún trạm biến áp. Giờ đây, Các phương pháp chính để theo dõi sụt lún địa chất trong các trạm biến áp bao gồm kiểm tra thủ công, Giám sát video, Giám sát dịch chuyển địa chất, v.v., có hiệu suất thời gian thực kém, không có khả năng phát hiện và loại bỏ kịp thời các mối nguy hiểm tiềm ẩn, hoặc không đủ độ chính xác, và khó khăn trong việc đánh giá khi các đặc điểm của hiện tượng không rõ ràng. Trong những năm gần đây, Công nghệ cảm biến sợi quang phân tán đã được quảng bá và ứng dụng rộng rãi do ưu điểm kinh tế kỹ thuật tốt, khoảng cách giám sát dài, và khả năng đo tín hiệu ở các vị trí không gian rộng. Công nghệ cảm biến sợi quang phân tán dựa trên các hiệu ứng như tán xạ Rayleigh, Tán xạ Raman, và tán xạ Brillouin trong sợi quang. Khoảng cách cảm biến và độ chính xác của phép đo phản xạ miền thời gian quang học dựa trên tán xạ Rayleigh bị hạn chế, và tín hiệu trở lại của công nghệ tán xạ Raman yếu. Do đó, trong những năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu hơn về công nghệ cảm biến sợi quang dựa trên tán xạ Brillouin ở Trung Quốc. Trước nhu cầu cấp thiết phải giám sát việc lún móng trạm biến áp, Công nghệ cảm biến quang học phân tán được sử dụng để phát triển một hệ thống thiết bị giám sát độ lún móng trạm biến áp. Hệ thống thiết bị này có thể giảm bớt khó khăn trong việc ngăn chặn thảm họa lún ở các trạm biến áp, Nắm bắt được tác động của việc lún nền địa chất đến thiết bị trạm biến áp, và cung cấp các phương pháp ra quyết định phụ trợ và đánh giá hiệu quả cho việc phòng ngừa trạm biến áp và kiểm soát lún nền móng.

Công nghệ cảm biến quang học phân tán, do sự không đồng nhất của chính vật liệu sợi, khi ánh sáng truyền trong sợi, Nó sẽ lan truyền theo các hướng khác với hướng ban đầu, đó là hiện tượng tán xạ của sự lan truyền ánh sáng trong sợi. Trong số các hiện tượng tán xạ khác nhau, tồn tại một loại tán xạ Brillouin, là kết quả của hiệu ứng ghép nối giữa sóng ánh sáng truyền vào sợi quang và sóng âm thanh tồn tại bên trong sợi quang, cuối cùng dẫn đến sự thay đổi tần số của ánh sáng tán xạ so với ánh sáng tới ban đầu. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khác biệt giữa hai bao gồm góc tán xạ của ánh sáng tán xạ và đặc điểm của sóng âm.

Nghiên cứu cả trong nước và quốc tế đã phát hiện ra rằng tần số thay đổi (thay đổi tần số) ánh sáng tán xạ Brillouin trong sợi quang thể hiện mối quan hệ tuyến tính với biến dạng trục của sợi và nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong điều kiện nhiệt độ không đổi, biến dạng kéo của sợi có thể được phản ánh trực tiếp bởi sự thay đổi tần số Brillouin.

Bằng cách loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ trong khi thiết lập tham chiếu nhiệt độ, có thể thu được một mối quan hệ tuyến tính duy nhất giữa giá trị dịch chuyển tần số Brillouin và biến dạng trục trong sợi quang. Bằng cách đo các giá trị dịch chuyển tần số tại các vị trí khác nhau trong toàn bộ sợi quang bằng cách sử dụng phần tử cảm ứng, Sự thay đổi biến dạng tương ứng ở mỗi vị trí có thể được tính toán, sau đó có thể được áp dụng trong các lĩnh vực đo lường ứng suất liên quan. Đây là công nghệ cảm biến sợi quang Brillouin. Quá trình làm việc có thể được mô tả đơn giản như sau:: Sử dụng laser băng hẹp để tạo ra nguồn sáng ban đầu, Chia nó thành hai con đường. Một đường ánh sáng được điều chế thành các xung quang, khuếch đại, và được truyền dọc theo sợi cảm biến để tạo ra tín hiệu ánh sáng tán xạ Brillouin ngược để phát hiện; Đường ánh sáng khác được tạo ra bởi laser băng hẹp được tạo thành ánh sáng dịch chuyển tần số và kết hợp với ánh sáng tán xạ Brillouin. Tín hiệu được xử lý mạch lạc được nhập vào máy tính để phân tích để thu được kết quả đo nhiệt độ hoặc biến dạng. Hệ thống BOTDA là một hệ thống đầu vào kép, và sợi cảm biến chủ yếu dẫn năng lượng do sự thay đổi tần số Brillouin mang theo giữa ánh sáng bơm và đèn phát hiện. Nếu các giá trị dịch chuyển tần số của đèn bơm và đèn phát hiện gần với các giá trị dịch chuyển tần số Brillouin, Giá trị năng lượng được truyền bởi sợi cảm biến lớn hơn. Trong đo lường thực tế, Cần điều chỉnh dần chênh lệch tần số giữa đèn bơm và đèn phát hiện theo một giá trị cài đặt cụ thể. Nói chung, Quét tần số được sử dụng để thu được các điểm rời rạc bên dưới mỗi giá trị tần số trong phổ. Sau khi lắp, có thể thu được phổ tán xạ Brillouin hoàn chỉnh phản ánh giá trị dịch chuyển tần số tại mỗi vị trí. Cuối cùng, Các giá trị nhiệt độ hoặc biến dạng có thể được tính toán và chuyển đổi dựa trên các mối quan hệ tuyến tính.

Giám sát cáp quang

Xét rằng việc quan trắc độ lún móng trong các trạm biến áp đòi hỏi độ chính xác cao trong các phương pháp quan trắc, và các bộ phận quan trắc được lắp đặt trong lòng đất phải có khả năng chống nhiễu mạnh, Sợi quang truyền thống nhạy cảm và dễ vỡ hơn, và không thể đáp ứng các yêu cầu. Để thuận tiện cho việc xây dựng và giám sát, Bài viết này nghiên cứu và thiết kế cáp quang ứng suất với chức năng điểm cố định. Cáp quang này có chức năng nhận dạng phân đoạn. Trong cài đặt thực tế, Nhân sự chỉ cần sử dụng đồ đạc đặc biệt để liên tục bố trí cáp quang và các nút chính của đối tượng quan trắc dựa trên tình trạng nứt của ngôi nhà tại chỗ trong một chiều dài cố định, để đạt được khớp nối đầy đủ giữa cáp quang và đối tượng giám sát. Bằng cách cố định cáp quang trong các phân đoạn, đo lường hiệu quả của phần giám sát có thể đạt được, Cung cấp sự thuận tiện cho việc định vị điểm căng thẳng và phân tích dữ liệu, đặc biệt là để chuyển đổi biến dạng. Đồng thời, Loại cáp quang này có thể được gia cố bằng các thanh cốt thép tùy theo tình hình kỹ thuật, đảm bảo độ dẻo dai của sợi quang. Do đó, Nó có tính chất cơ học tốt và tính chất kéo và nén, thuận tiện cho việc xây dựng trong các điều kiện đặc biệt và có thể chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt khác nhau.

Kế hoạch triển khai cáp quang

Là một đơn vị cảm biến, Cáp quang ứng suất có ưu điểm là thụ động, chống ăn mòn, chống lão hóa, kháng bức xạ, v.v. Nó có độ dẻo mạnh và phù hợp để triển khai địa hình phức tạp trong lĩnh vực này. Đồng thời, Cáp quang được sử dụng trong sơ đồ bố trí này vừa là cáp quang cảm biến vừa là cáp quang truyền dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc đấu nối máy chủ quan trắc trong khu vực quan trắc và phòng máy trạm biến áp. Theo tình hình cài đặt và gỡ lỗi tại chỗ, thiết bị giám sát BOTDA sử dụng khoảng thời gian lấy mẫu không gian 0.5 Mét. Để xác định hiệu quả các kết quả biến dạng nhỏ thu được từ giám sát biến dạng bề mặt, Giám sát biến dạng sâu, và giám sát lún cọc móng, chí ít 2 mét cáp quang được dành riêng khi phương pháp đo thay đổi trong quá trình xây dựng để hoàn thành việc xác định độ phân giải không gian và hiệu chuẩn nhiệt độ. Kế hoạch bố trí cáp quang cụ thể bao gồm giám sát biến dạng bề mặt, bố trí cáp quang, giám sát biến dạng sâu bố trí cáp quang, Giám sát độ lún cọc móng Bố trí cáp quang, và bố trí cáp quang kết nối.

Giám sát biến dạng bề mặt

Triển khai cáp quang

Cáp quang giám sát biến dạng bề mặt có thể theo dõi biến dạng ngang của sạt lở, và cáp quang giám sát được đặt bằng cáp quang ứng suất điểm cố định 2m.

Phương pháp bố trí cáp quang giám sát biến dạng bề mặt

Khi đặt cáp quang, Đầu tiên đào một rãnh có chiều rộng 17 cm và độ sâu 10 cm dọc theo hướng thiết kế của cáp quang, Sau đó đặt cáp quang ứng suất vào rãnh, đặt cáp quang bọc thép trong rãnh, và giữ nó ở trạng thái thẳng. Sử dụng kẹp sắt và kim loại góc để ghép cáp quang với lớp nối đất tại điểm cố định của cáp quang, và đi qua ống PVC để bảo vệ giữa các điểm cố định; San lấp và nén cáp quang bằng đất không bị xáo trộn, và đo độ căng của cáp quang bằng màn hình BOTDA trong quá trình san lấp. Đó là khuyến cáo rằng cáp quang tạo ra ít hơn 500 vi căng thẳng (vi căng thẳng: một phần triệu của sự thay đổi kích thước cơ học so với kích thước ban đầu); Ghi lại hướng và dấu hiệu thực tế của cáp quang, và sau khi cáp được đặt, san lấp rãnh.

Bố trí cáp quang giám sát biến dạng sâu

Nhằm đưa ra cảnh báo sớm cho việc lún móng dần dần, đột ngột, Phương pháp lấy mẫu tại chỗ và quan trắc lún hố sâu trong phương án bố trí này được sử dụng để đo lường trước tình hình biến dạng trong vùng biến dạng.

Phương pháp bố trí cáp quang giám sát biến dạng sâu

Khi triển khai cáp quang giám sát biến dạng sâu, khoan một lỗ trần có đường kính 200mm tại một vị trí đã chọn bằng giàn khoan; Sử dụng phương pháp điều áp búa và ống thép nặng, Đặt sợi quang vào đáy của một 15 lỗ mét; Để tăng phạm vi đo, Một cáp quang điểm cố định 2m và một cáp quang điểm cố định 10m đã được chọn để triển khai, và sự căng thẳng của cáp quang được theo dõi bằng thiết bị giám sát BOTDA; Sau đó, khi lấp đầy lỗ khoan, Cần tính toán chỉ nên lấp đầy 20cm bóng đất sét tại vị trí nút cáp quang, và các vị trí còn lại phải được lấp đầy bằng đất không bị xáo trộn để đảm bảo khớp nối tốt giữa nút cáp quang và lớp địa chất. Đồng thời, Độ kín của cáp quang phải được điều chỉnh liên tục để đảm bảo rằng biến dạng do cáp tạo ra không vượt quá 500 vi căng thẳng.

Quan trắc lún cọc

Nguyên tắc cơ bản của việc giám sát việc lún cọc móng để lắp đặt cáp quang là trước tiên phải khoan một lỗ chạm tới nền đá bằng giàn khoan, sau đó thực hiện cài đặt điểm chuẩn, đồng thời đặt cáp quang giám sát giữa lắp đặt điểm chuẩn và cọc móng cần giám sát. Vì cọc chuẩn không tạo ra bất kỳ thay đổi lún nào, sự thay đổi biến dạng của cáp quang có thể được theo dõi bằng các công cụ giám sát BOTDA để xác định sự thay đổi độ lún của cọc móng. Phương pháp sản xuất cọc chuẩn là trước tiên khoan một lỗ vào nền đá bằng giàn khoan ở khoảng cách an toàn 6 mét từ thiết bị áp suất cao, với độ sâu khoảng 19 Mét. Sau đó, hàn ống thép có đường kính 160 mm và đặt nó ở đây. Đổ bê tông vào ống thép, và chiều cao của ống thép tính từ mặt đất là khoảng 3 Mét. Phương pháp lắp đặt cáp quang giám sát lún cọc móng là hàn sắt góc với ống thép của cọc tham chiếu trong quá trình lắp đặt, khoan lỗ trên góc sắt, và cố định ròng rọc bằng thép không gỉ bằng ốc vít; Nâng một 0.5 cọc xi măng dài mét với một đầu dây thép không gỉ, Kết nối đầu kia với một tấm thép, và kết nối thép tấm với cọc giám sát; Cố định các nút của cáp quang giám sát và tấm thép của cọc giám sát bằng kẹp kim loại; Cố định nút khác của cáp quang giám sát vào sắt góc của cọc tham chiếu thông qua vật cố định kim loại; Cáp quang giữa lắp đặt điểm chuẩn và cọc giám sát được bảo vệ bằng ống PVC, được cố định vào dây thép; Nên điều chỉnh thiết bị căng dưới sự giám sát của màn hình BOTDA để đạt được độ căng 1/20 của toàn bộ phạm vi được tạo ra bởi sợi quang; Cuối cùng, sửa chữa cáp quang giám sát giữa các cáp còn lại 4 Giám sát cọc và cọc chuẩn theo trình tự.

Bố trí kết nối cáp quang

Do việc đặt các thiết bị giám sát BOTDA trong phòng máy tính, Có một khoảng cách nhất định giữa khu vực giám sát nguy cơ lún và phòng máy tính. Do đó, Cần lắp đặt và đặt cáp quang kết nối giữa cáp quang giám sát và thiết bị giám sát, như thể hiện trong Hình 6. Cáp quang ứng suất được đặt theo chiều ngang trong khu vực giám sát chính của trạm biến áp. Một số sợi quang không thích hợp để chôn cất dưới lòng đất, Và cần phải hợp nhất dây nhảy trên bề mặt sợi quang và thêm các biện pháp bảo vệ nhất định. Nói chung, Một lớp ống kim loại hoặc ống lượn sóng kim loại bọc thép có thể được lồng bên ngoài.

Phân tích dữ liệu ứng dụng thí điểm phương pháp đặt cáp quang để đấu nối

Quan trắc lún móng tại 110 Trạm biến áp kV

Các 110 Trạm biến áp kV nằm xung quanh khu công nghiệp. Do giải quyết và các lý do khác, Các 110 Trạm biến áp kV có vết nứt và vết nứt rõ ràng trên tường. Để theo dõi sự biến dạng của các bức tường xây dựng, Giám sát cáp quang được cố định trên bề mặt của các bức tường tòa nhà bằng cách sử dụng đồ đạc; Để theo dõi sự lún và biến dạng của móng tháp bên ngoài trạm biến áp, một cáp quang giám sát lún cọc móng được lắp đặt. Thông qua thu thập dữ liệu BOTDA, Tổng cộng 1541 Các điểm lấy mẫu đã được xác định. Ngoài việc giám sát các đầu bắt đầu và kết thúc của cáp quang, Bản đồ định vị giám sát được chia thành ba phần:: Phần giám sát biến dạng móng tháp, Phần quan trắc biến dạng mặt đất trạm, và phần giám sát biến dạng tường.

Có bốn đỉnh trong bản đồ định vị của phần giám sát biến dạng nền tháp, tương ứng với bốn phần của cáp quang được đặt ra. Ba vị trí thung lũng là cáp dự phòng dành riêng và có thể được sử dụng làm cáp quang tham chiếu nhiệt độ.

Các bộ phận giám sát biến dạng mặt đất bên trong nhà ga đều ở các mức độ căng thẳng khác nhau. Biến dạng bề mặt có thể gây ra những thay đổi về độ căng của hai loại cáp quang này, và giá trị dịch chuyển tần số Brillouin sẽ thay đổi tương ứng. Hướng và độ lớn của biến dạng bề mặt có thể được xác định bởi mối quan hệ tuyến tính của nó với biến dạng.

Phần giám sát biến dạng thành bao gồm phần cáp quang căng và phần cáp quang thư giãn. Cáp quang căng là cáp quang cố định ở cả hai đầu để theo dõi biến dạng thành, và số liệu được phản ánh ở vị trí đỉnh cục bộ trong bản đồ định vị quan trắc. Cáp quang thoải mái là cáp quang kết nối giữa hai cáp quang cố định, có thể được sử dụng làm cáp quang tham chiếu nhiệt độ. Sau khi các vết nứt xuất hiện trên tường, độ kín của cáp quang sẽ thay đổi, dẫn đến thay đổi giá trị dịch chuyển tần số Brillouin và suy ra mức độ biến dạng, có thể xác định xem các vết nứt có xuất hiện trên tường hay không.

Quan trắc lún móng của 220 Trạm biến áp kV trên bờ kè

Các 220 Trạm kè kV của cục cung cấp điện nằm ở phía đông nam của nhà máy nhôm. Địa hình khu vực nhà ga là đất núi, đất san lấp. Ngoại trừ một lượng nhỏ địa hình đồi núi ở góc đông bắc, Vị trí nhà ga nằm ở các khu vực khác có địa hình tương đối bằng phẳng. Lớp phủ Đệ tứ của khu vực nhà ga chủ yếu là do phù sa và phù sa, chủ yếu bao gồm đất gắn kết, đất bùn, và cát. Nền tảng bên dưới là đá sa thạch kỷ Phấn trắng. Phần phía tây nam của khu vực nhà ga ban đầu là một ao cá, đã được san lấp và san lấp trong quá trình xây dựng nhà ga. Hiện nay, Việc giải quyết các 220 Trụ thanh cái kV ở khu vực này tương đối nghiêm trọng, với một giọt khoảng 10 cm giữa hai trụ. Việc giải quyết mặt bằng có ý nghĩa tại 20-30 Mét, và tường cạnh bị hư hỏng do lún, trình bày một mô hình giống như sóng trên đường ngang của các cạnh tường. Chiều cao của độ dốc ngoài của trạm biến áp là 7-9 Mét. Hiện nay, do nền móng của độ dốc không ổn định, chưa xây dựng mương thoát nước, và các ống thoát nước PVC nhúng đã cho thấy biến dạng và hư hỏng đáng kể. Để sử dụng công nghệ cảm biến quang thụ động phân tán để giám sát thảm họa lún nền địa chất trong các trạm biến áp và đạt được giám sát trực tuyến các thảm họa giải quyết nền tảng địa chất trong các trạm biến áp, dữ liệu được thu thập thông qua BOTDA, với tổng số 2031 Điểm lấy mẫu. Ngoài việc giám sát sự bắt đầu và kết thúc của cáp quang, Bản đồ định vị giám sát được chia thành ba phần: Phần quan trắc biến dạng cọc móng, Phần giám sát biến dạng sâu, và phần quan trắc biến dạng bề mặt. Có tổng cộng 5 cọc móng được thiết lập trong phần quan trắc lún, và các tính năng dữ liệu giám sát của chúng là như nhau. Có một máng giữa hai đỉnh, và vị trí máng được dành riêng cho đỉnh móng cọc giám sát, có thể được sử dụng làm cáp quang tham chiếu nhiệt độ.

Vị trí đỉnh của phần giám sát biến dạng sâu là điểm treo của cáp quang trên mặt đất. Điểm treo này được nới lỏng sau khi hoàn thành việc giải quyết tự nhiên đất san lấp. Các cáp quang trong phần này có mức độ căng khác nhau, và giải quyết sâu sẽ giảm dần mức độ căng thẳng.

Vị trí thung lũng của phần quan trắc biến dạng bề mặt là phần thư giãn gần tường, với hai cáp quang giám sát trong các rãnh ở cả hai bên của phần thư giãn. Cáp quang trong hai phần này có mức độ căng thẳng khác nhau, và biến dạng bề mặt có thể gây ra những thay đổi về mức độ căng thẳng của hai loại cáp quang này, từ đó xác định hướng và cường độ biến dạng bề mặt.

Một công nghệ cảm biến sợi quang phân tán được đề xuất để theo dõi sự lún nền móng của các trạm biến áp bằng cách sử dụng mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị tần số của ánh sáng tán xạ Brillouin và thay đổi ứng suất. Nhằm nâng cao khả năng chống nhiễu của sợi quang và đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, Một cáp quang ứng suất với chức năng nhận dạng phân đoạn được thiết kế như một yếu tố cảm biến. Bài viết này giới thiệu các phương pháp triển khai của bốn loại cáp quang: cáp quang giám sát biến dạng bề mặt, cáp quang giám sát biến dạng sâu, giám sát lún cọc móng cáp quang, và kết nối cáp quang. Thông qua kết quả ứng dụng thí điểm trong hai môi trường trạm biến áp khác nhau, Nó xác minh rằng công nghệ cảm biến sợi quang phân tán có tác dụng tốt trong giám sát độ lún nền trạm biến áp, cung cấp giải pháp mới nâng cao khả năng giám sát sự cố lún móng trạm biến áp.