Cum se monitorizează așezarea fundației stației folosind tehnologia de detectare cu fibră optică distribuită

Senzor de temperatură cu fibră optică, Sistem inteligent de monitorizare, Producător de fibră optică distribuită în China

Pentru a rezolva problema de așezare a fundațiilor unor stații construite în zone joase, O schemă de monitorizare a așezării fundației substației este propusă folosind tehnologia de detectare cu fibră optică distribuită. Pe baza introducerii tehnologiei de detectare cu fibră optică distribuită, cablurile optice de tensiune cu capacitate puternică anti-interferență au fost studiate ca elemente de detectare. Metodele de implementare a cablurilor optice de monitorizare a deformării suprafeței, Cabluri optice de monitorizare a deformării profunde, Monitorizarea gradării piloților de fundație Cabluri optice, și cablurile optice de conectare au fost introduse separat. În cele din urmă, Două tipuri de stații au fost selectate ca obiecte de aplicație pilot. Analiza rezultatelor monitorizării a arătat că pozițiile de vârf și vale pe harta de poziționare de monitorizare pot determina gradul de relaxare a cablului de fibră optică, și apoi determină direcția și amplitudinea deformării. Schema de monitorizare propusă poate satisface nevoile de monitorizare a așezării fundației stației. Acest lucru poate oferi referință și asistență pentru avansarea tehnologiei de prevenire și control al așezării fundațiilor în stațiile de transformare.

Stația este un nod important al rețelei electrice. Odată cu dezvoltarea rapidă a economiei și a societății, resursele de teren devin din ce în ce mai limitate. Pentru a asigura alimentarea normală cu energie electrică în zonele de sarcină neutră cu concentrație ridicată, stațiile de transformare sunt uneori forțate să fie construite în anumite zone geologice speciale. În regiunea Deltei Râului Perlelor din provincia Guangdong, Fundația geologică are un conținut ridicat de apă și un strat adânc de sol moale. Datorită dezvoltării și schimbărilor urbane, Unele substații construite pe stratul de sol moale și stratul de sol aluvionar al râului au probleme de așezare a fundațiilor. Climatul ploios subtropical sudic a întărit eroziunea geologică și infiltrarea substațiilor, și este, de asemenea, predispus la dezastre secundare, cum ar fi crăparea și înclinarea clădirilor de la sol, care reprezintă o amenințare potențială pentru funcționarea echipamentelor de stație.

Pentru a preveni și trata problema de așezare a fundației stației, în timpul implementării selecției site-ului, construcție, și supravegherea stațiilor de transformare în diferite regiuni, De asemenea, este necesar să acordați atenție monitorizării, Avertizare timpurie, și tratarea problemelor de așezare a stațiilor. Acum, Principalele metode de monitorizare a tasării geologice în substații includ inspecția manuală, monitorizare video, monitorizarea deplasării geologice, etc., care au performanțe slabe în timp real, incapacitatea de a detecta și elimina pericolele ascunse în timp util, sau precizie insuficientă, și dificultatea de a judeca atunci când caracteristicile fenomenului nu sunt evidente. În ultimii ani, Tehnologia de detectare a fibrei optice distribuite a fost promovată și aplicată pe scară largă datorită avantajelor sale de bună economie tehnică, Distanța mare de monitorizare, și capacitatea de a măsura semnale în poziții spațiale largi. Tehnologia senzorului de fibră optică distribuită se bazează pe efecte precum împrăștierea Rayleigh, Împrăștierea Raman, și împrăștierea Brillouin în fibre optice. Distanța de detectare și precizia măsurării reflexiei optice în domeniul timpului bazate pe împrăștierea Rayleigh sunt limitate, iar semnalul de întoarcere al tehnologiei de împrăștiere Raman este slab. Deci, în ultimii ani, au existat mai multe cercetări asupra tehnologiei de detectare a fibrei optice bazate pe împrăștierea Brillouin în China. Având în vedere nevoia urgentă de monitorizare a așezării fundației stației, Tehnologia de detectare optică distribuită este utilizată pentru a dezvolta un sistem de dispozitive pentru monitorizarea așezării fundației stației. Acest sistem de dispozitive poate reduce dificultatea de prevenire a dezastrelor de așezare în stații, Înțelegerea impactului tasării fundațiilor geologice asupra echipamentelor stației, și să ofere metode auxiliare de luare a deciziilor și de evaluare a eficacității pentru prevenirea și controlul așezării fundațiilor.

Tehnologie de detectare optică distribuită, datorită neuniformității materialului fibros în sine, când lumina se propagă în fibră, se va propaga în alte direcții decât direcția inițială, care este fenomenul de împrăștiere a propagării luminii în fibră. Printre diverse fenomene de împrăștiere, există un tip de împrăștiere Brillouin, care este rezultatul efectului de cuplare dintre undele luminoase care se propagă în fibră și undele sonore existente în interiorul fibrei, ducând în cele din urmă la o schimbare a frecvenței luminii împrăștiate în comparație cu lumina incidentă inițială. Factorii care afectează diferența dintre cele două includ unghiul de împrăștiere al luminii împrăștiate și caracteristicile undelor sonore.

Cercetările atât pe plan intern, cât și internațional au constatat că frecvența se schimbă (Schimbarea frecvenței) de lumină de împrăștiere Brillouin în fibre optice prezintă o relație liniară cu deformarea axială a fibrei și temperatura ambiantă. În condiții de temperatură constantă, tensiunea de tracțiune experimentată de fibră poate fi reflectată direct de schimbarea de frecvență Brillouin.

Prin eliminarea influenței temperaturii în timpul setării unei referințe de temperatură, se poate obține o singură relație liniară între valoarea de deplasare a frecvenței Brillouin și deformarea axială din fibră. Prin măsurarea valorilor de deplasare a frecvenței în diferite poziții din întreaga fibră folosind un element de inducție, Modificarea corespunzătoare a deformării la fiecare poziție poate fi calculată, care poate fi apoi aplicat în câmpurile de măsurare a tensiunii conexe. Aceasta este tehnologia de detectare a fibrei optice Brillouin. Procesul de lucru poate fi descris simplu ca: utilizarea unui laser cu bandă îngustă pentru a genera o sursă de lumină inițială, împărțindu-l în două căi. O cale de lumină este modulată în impulsuri optice, Amplificat, și transmis de-a lungul fibrei de detectare pentru a genera un semnal luminos invers de împrăștiere Brillouin pentru detectare; Cealaltă cale a luminii generate de laserele cu bandă îngustă este transformată în lumină cu frecvență schimbată și coerentă cu lumina de împrăștiere Brillouin. Semnalul coerent procesat este introdus într-un computer pentru analiză pentru a obține rezultate de măsurare a temperaturii sau a deformării. Sistemul BOTDA este un sistem de intrare dublă, iar fibra de detectare conduce în principal energia transportată de schimbarea de frecvență Brillouin între lumina pompei și lumina de detectare. Dacă valorile de schimbare a frecvenței luminii pompei și ale luminii de detectare sunt mai apropiate de valorile de schimbare a frecvenței Brillouin, Valoarea energetică transmisă de fibra de detectare este mai mare. În măsurarea reală, Este necesar să reglați treptat diferența de frecvență dintre lumina pompei și lumina de detectare în funcție de o anumită valoare setată. În general, scanarea frecvenței este utilizată pentru a obține punctele discrete sub fiecare valoare de frecvență din spectru. După montare, se poate obține întregul spectru de împrăștiere Brillouin care reflectă valoarea schimbării de frecvență în fiecare poziție. În cele din urmă, valorile temperaturii sau deformării pot fi calculate și convertite pe baza relațiilor liniare.

Cablu optic de monitorizare

Având în vedere că monitorizarea tasării fundațiilor în stații de transformare necesită o precizie ridicată în metodele de monitorizare, iar unitățile de monitorizare instalate în pământ trebuie să aibă o capacitate puternică anti-interferență, fibrele optice tradiționale sunt mai sensibile și mai fragile, și nu poate îndeplini cerințele. Pentru confortul construcției și monitorizării, Acest articol studiază și proiectează un cablu optic de tensiune cu funcție în virgulă fixă. Acest cablu optic are o funcție de identificare segmentată. În instalarea reală, Personalul trebuie doar să folosească dispozitive speciale pentru a aranja continuu cablul optic și nodurile principale ale obiectului de monitorizare pe baza situației de fisurare a casei de la fața locului pentru o lungime fixă, pentru a realiza cuplarea completă între cablul optic și obiectul de monitorizare. Prin fixarea cablului optic în segmente, măsurarea eficientă a secțiunii de monitorizare poate fi realizată, Oferind confort pentru poziționarea punctelor de deformare și analiza datelor, special pentru conversia deformării. În același timp, Acest tip de cablu optic poate fi armat cu bare de armare în funcție de situația inginerească, asigurarea durității fibrei optice. Deci, Are proprietăți mecanice bune și proprietăți de tracțiune și compresie, care este convenabil pentru construcții în condiții speciale și poate rezista la diverse condiții dure de lucru.

Plan de implementare a cablurilor de fibră optică

Ca unitate de detectare, Cablul optic de tensiune are avantajele pasivității, rezistența la coroziune, rezistență la îmbătrânire, Rezistența la radiații, etc. Are o plasticitate puternică și este potrivit pentru desfășurarea terenurilor complexe pe teren. În același timp, Cablul optic utilizat în această schemă de amenajare este atât un cablu optic de detectare, cât și un cablu optic de transmisie, facilitarea conectării gazdei de monitorizare în zona de monitorizare și în camera mașinilor stației. În funcție de situația de instalare și depanare la fața locului, instrumentul de monitorizare BOTDA adoptă un interval de eșantionare spațială de 0.5 Metri. Pentru a identifica eficient rezultatele mici de deformare obținute din monitorizarea deformării suprafeței, monitorizarea deformării profunde, și monitorizarea tasării piloților de fundație, cel puțin 2 contoarele de cabluri optice sunt rezervate atunci când metoda de măsurare se schimbă în timpul construcției pentru a finaliza identificarea rezoluției spațiale și a calibrării temperaturii. Planul specific de amenajare a cablurilor de fibră optică include monitorizarea deformării suprafeței și dispunerea cablurilor de fibră optică, Monitorizarea deformării profunde a dispunerii cablurilor de fibră optică, Monitorizarea gradării piloților de fundație Dispunerea cablurilor de fibră optică, și dispunerea cablului de fibră optică de conectare.

Monitorizarea deformării suprafeței

Implementarea cablurilor de fibră optică

Cablul optic de monitorizare a deformării suprafeței poate monitoriza deformarea orizontală a alunecărilor de teren, iar cablul optic de monitorizare este așezat folosind un cablu optic de tensiune în punct fix de 2 m.

Metoda de dispunere a cablului optic de monitorizare a deformării suprafeței

La așezarea cablurilor optice, mai întâi săpați un șanț cu o lățime de 17 cm și o adâncime de 10 cm de-a lungul direcției de proiectare a cablului optic, apoi așezați cablul optic de tensiune în șanț, așezați cablul optic blindat în șanț, și să-l păstreze într-o stare dreaptă. Utilizați cleme unghiulare din fier și metal pentru a cupla cablul optic cu stratul de masă în punctul fix al cablului optic, și trec prin țevi din PVC pentru protecție între punctele fixe; Umpleți și compactați cablul optic cu sol nederanjat, și măsurați tensiunea cablului optic folosind un monitor BOTDA în timpul umplerii. Este recomandat ca cablul optic să genereze mai puțin de 500 microtulpină (microtulpină: o milionime din modificarea dimensiunii mecanice în raport cu dimensiunea inițială); Înregistrați direcția și marcajele reale ale cablului optic, și după ce cablul este așezat, umple șanțul.

Dispunerea cablurilor optice de monitorizare a deformării profunde

Pentru a oferi o avertizare timpurie pentru așezarea treptată și bruscă a fundației, Metoda de prelevare de probe la fața locului și de monitorizare a decantării adânci a găurilor din acest plan de amenajare este utilizată pentru a măsura în avans situația de deformare din zona de deformare.

Metoda de amenajare a cablului optic de monitorizare a deformării profunde

La implementarea cablurilor optice de monitorizare a deformării profunde, Găuriți o gaură goală cu un diametru de 200 mm într-o locație selectată folosind o instalație de foraj; Folosind un ciocan greu și o metodă de presurizare a țevii de oțel, așezați fibra optică în partea de jos a unui 15 Gaura contorului; Pentru a crește intervalul de măsurare, Un cablu optic cu virgulă fixă de 2 m și un cablu optic cu virgulă fixă de 10 m au fost selectate pentru implementare, și tensiunea cablului optic a fost monitorizată folosind un instrument de monitorizare BOTDA; După aceea, la umplerea forajului, Este necesar să se calculeze că doar 20 cm de bile de lut trebuie umplute în poziția nodului cablului de fibră optică, iar pozițiile rămase ar trebui să fie umplute cu sol neperturbat pentru a asigura o bună cuplare între nodul cablului de fibră optică și stratul geologic. În același timp, Etanșeitatea cablului de fibră optică trebuie reglată continuu pentru a se asigura că tensiunea generată de cablu nu depășește 500 microtulpină.

Monitorizarea tasării piloților

Principiul de bază al monitorizării tasării piloților de fundație pentru instalarea cablurilor de fibră optică este de a găuri mai întâi o gaură care ajunge la roca de bază folosind o instalație de foraj, Apoi faceți o instalare de referință, și plasați cablul de fibră optică de monitorizare între instalația de referință și grămada de fundație care urmează să fie monitorizată. Deoarece teancul de referință nu produce modificări de decontare, modificările de deformare ale cablului de fibră optică pot fi monitorizate folosind instrumentele de monitorizare BOTDA pentru a determina modificările de tasare ale grămezii de fundație. Metoda de producție a piloților de referință este de a găuri mai întâi o gaură în roca de bază cu o instalație de foraj la o distanță sigură de 6 de la echipamentele de înaltă presiune, cu o adâncime de aproximativ 19 Metri. Apoi, sudați o țeavă de oțel cu un diametru de 160 mm și plasați-l aici. Se toarnă beton în țeava de oțel, iar înălțimea țevii de oțel de la suprafața solului este de aproximativ 3 Metri. Metoda de instalare a cablului optic de monitorizare a așezării piloților de fundație este sudarea fierului unghiular cu țeava de oțel a grămezii de referință în timpul instalării, Găuriți găuri pe fierul unghiular, și fixați scripetele din oțel inoxidabil cu șuruburi; Ridicați un 0.5 grămadă de ciment lungă de un metru cu un capăt de sârmă de oțel inoxidabil, Conectați celălalt capăt la o placă de oțel, și conectați placa de oțel la grămada de monitorizare; Fixați nodurile cablului optic de monitorizare și placa de oțel a grămezii de monitorizare cu cleme metalice; Fixați celălalt nod al cablului optic de monitorizare la fierul unghiular al grămezii de referință printr-un dispozitiv metalic; Cablul optic dintre instalația de referință și grămada de monitorizare este protejat cu țevi din PVC, care sunt fixate pe sârma de oțel; Se recomandă reglarea dispozitivului de tensionare sub monitorizarea monitorului BOTDA pentru a obține o deformare de 1/20 din întreaga gamă generată de fibra optică; În cele din urmă, fixați cablurile optice de monitorizare între restul 4 monitorizarea piloților și a piloților de referință în secvență.

Dispunerea cablurilor optice de conectare

Datorită amplasării instrumentelor de monitorizare BOTDA în sala de calculatoare, Există o anumită distanță între zona de monitorizare a pericolelor de așezare și sala de calculatoare. Deci, Este necesar să instalați și să așezați un cablu optic de conectare între cablul optic de monitorizare și instrumentul de monitorizare, așa cum se arată în Figura 6. Cablul optic de tensiune este așezat orizontal în zona cheie de monitorizare a stației. Unele fibre optice nu sunt potrivite pentru îngroparea subterană, și este necesar să fuzionați firele jumper pe suprafața fibrei optice și să adăugați anumite măsuri de protecție. În general, Un strat de furtun metalic sau țeavă ondulată din metal blindat poate fi imbricat în exterior.

Analiza datelor aplicației pilot a metodei de așezare a cablurilor de fibră optică pentru conectare

Monitorizarea decontării fundației în 110 stație kV

Cel 110 Stația kV este situată în jurul zonei industriale. Din cauza tranzacției și din alte motive, cel 110 stația kV are fisuri evidente și fisuri pe pereți. Pentru a monitoriza deformarea pereților clădirii, Cablurile optice de monitorizare sunt fixate pe suprafața pereților clădirii folosind corpuri de iluminat; Pentru a monitoriza tasarea și deformarea fundației turnului în afara stației, este instalat un cablu optic de monitorizare a așezării piloților de fundație. Prin colectarea datelor BOTDA, un total de 1541 au fost identificate puncte de prelevare. Pe lângă monitorizarea capetelor de pornire și de sfârșit ale cablului optic, Harta de poziționare a monitorizării a fost împărțită în trei părți: Secțiunea de monitorizare a deformării fundației turnului, Secția de monitorizare a deformării solului stației, și secțiunea de monitorizare a deformării pereților.

Există patru vârfuri în harta de poziționare a secțiunii de monitorizare a deformării bazei turnului, care corespund celor patru secțiuni de cabluri optice. Cele trei poziții de vale sunt cabluri de rezervă rezervate și pot fi utilizate ca cabluri optice de referință la temperatură.

Secțiunile de monitorizare a deformării solului din interiorul stației sunt toate în diferite grade de tensiune. Deformarea suprafeței poate provoca modificări ale tensiunii acestor două cabluri optice, iar valoarea de schimbare a frecvenței Brillouin se va schimba în mod corespunzător. Direcția și magnitudinea deformării suprafeței pot fi determinate de relația sa liniară cu deformarea.

Secțiunea de monitorizare a deformării pereților este formată dintr-o secțiune de cablu optic tensionat și o secțiune de cablu optic relaxată. Cablul optic tensionat este un cablu optic fix la ambele capete pentru monitorizarea deformării peretelui, iar datele sunt reflectate în poziția de vârf locală pe harta de poziționare de monitorizare. Cablul optic relaxat este cablul optic de conectare între cele două cabluri optice fixe, care poate fi utilizat ca cablu optic de referință de temperatură. După ce apar fisuri pe perete, Etanșeitatea cablului optic se va schimba, ceea ce duce la modificări ale valorii de schimbare a frecvenței Brillouin și deduce gradul de deformare, care poate determina dacă apar fisuri pe perete.

Monitorizarea decontării fundației 220 stație kV pe terasament

Cel 220 Stația de terasament kV a biroului de alimentare cu energie electrică este situată în partea de sud-est a fabricii de aluminiu. Topografia zonei gării este muntoasă și teren nivelat. Cu excepția unei mici cantități de teren deluros în colțul de nord-est, Situl gării este situat în alte zone cu teren relativ plat. Stratul de acoperire cuaternar al sitului stației este cauzat în mare parte de aluvionare și colmatare, constând în principal din sol coeziv, sol nămolos, și nisip. Roca de bază este gresie cretacică. Partea de sud-vest a zonei stației a fost inițial un iaz cu pești, care a fost umplut și nivelat în timpul construcției gării. Actualmente, decontarea 220 stâlpii de bare colectoare kV din această zonă sunt relativ severi, cu o picătură de aproximativ 10 cm între cei doi stâlpi. Așezarea terenului este semnificativă la 20-30 Metri, iar peretele de margine este deteriorat din cauza tasării, prezentarea unui model ondulat pe linia orizontală a marginilor peretelui. Înălțimea pantei exterioare a stației este 7-9 Metri. Actualmente, Datorită fundației instabile a pantei, Nu a fost construit niciun șanț de drenaj, iar conductele de drenaj din PVC încorporate au prezentat deformări și deteriorări semnificative. Pentru a utiliza tehnologia de detectare optică pasivă distribuită pentru a monitoriza dezastrele de așezare a fundațiilor geologice în stațiile de transformare și pentru a realiza monitorizarea online a dezastrelor de așezare a fundațiilor geologice în stațiile de transformare, datele au fost colectate prin intermediul BOTDA, cu un total de 2031 Puncte de prelevare. Pe lângă monitorizarea începutului și sfârșitului cablului optic, Harta de poziționare de monitorizare este împărțită în trei părți: Secțiunea de monitorizare a deformării grămezii de fundație, Secțiunea de monitorizare a deformării profunde, și secțiunea de monitorizare a deformării suprafeței. Există un total de 5 piloți de fundație instalați în secțiunea de monitorizare a tasărilor, iar caracteristicile datelor lor de monitorizare sunt aceleași. Există un jgheab între două vârfuri, iar poziția jgheabului este rezervată pentru partea superioară a fundației grămezii de monitorizare, care poate fi utilizat ca cablu optic de referință de temperatură.

Poziția de vârf a secțiunii de monitorizare a deformării profunde este punctul de suspensie al cablului optic deasupra solului. Acest punct de suspendare este relaxat după finalizarea așezării naturale a solului de umplere. Cablurile optice din această secțiune sunt în diferite grade de tensiune, și așezarea profundă va reduce treptat gradul de tensiune.

Poziția în vale a secțiunii de monitorizare a deformării suprafeței este secțiunea de relaxare din apropierea peretelui, cu două cabluri optice de monitorizare în caneluri pe ambele părți ale secțiunii de relaxare. Cablurile optice din aceste două secțiuni sunt în diferite grade de tensiune, și deformarea suprafeței poate provoca modificări ale gradului de tensiune al acestor două cabluri optice, determinând astfel direcția și magnitudinea deformării suprafeței.

A distributed fiber optic sensing technology is proposed to monitor the foundation settlement of substations by utilizing the linear relationship between the frequency value of Brillouin scattering light and stress changes. In order to improve the anti-interference ability of optical fibers and meet the accuracy requirements, a stress optical cable with segmented identification function was designed as a sensing element. This article introduces the deployment methods of four types of optical cables: surface deformation monitoring optical cables, Cabluri optice de monitorizare a deformării profunde, Monitorizarea gradării piloților de fundație Cabluri optice, and connecting optical cables. Through pilot application results in two different substation environments, it verifies that distributed fiber optic sensing technology has good effects in substation foundation settlement monitoring, providing a new solution for improving the monitoring ability of substation foundation settlement faults.