光纖傳感器在電力新能源中的應(yīng)用

趙玉杰　高欣

【摘要】：電力的發(fā)展是推動(dòng)新時(shí)代發(fā)展的基礎(chǔ)，而在電力的發(fā)展過程中，需要重視新能源與節(jié)能技術(shù)的提高。盡管短期內(nèi)煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源仍是我國(guó)能源供應(yīng)的主力軍，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，低碳的能源結(jié)構(gòu)才是發(fā)展趨勢(shì)，水能、核能、太陽能、風(fēng)能等新型的低碳能源是我國(guó)能源未來的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】：光纖傳感器；電力新能源；應(yīng)用

引言

光纖傳感器系統(tǒng)作為高科技產(chǎn)物，不僅能實(shí)現(xiàn)電纜載流量的優(yōu)化配置，也能建構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)控框架，需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際需求建構(gòu)更加完整的管控措施，提高經(jīng)濟(jì)適配性，進(jìn)一步為我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1、光纖傳感器

光纖傳感器FOS（Fiber Optic Sensor）是一種新型現(xiàn)代傳感器，在1977年開始出現(xiàn)在人們的視野中。

1.1光纖傳感器的原理

其原理是把光源通過光纖送達(dá)到調(diào)至器中，使得壓力、位移、溫度、電場(chǎng)、應(yīng)變等待測(cè)參數(shù)和調(diào)制器內(nèi)的光進(jìn)行互相作用，之后，致使光的相位、波長(zhǎng)、頻率等性質(zhì)產(chǎn)生變化，從而變成被調(diào)制的信號(hào)光，然后，再通過光纖送到光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，取得被測(cè)參數(shù)。

1.2光纖傳感器的分類

光纖傳感器通常情況下分成兩個(gè)類型：傳感型光纖傳感器，這種類型也被稱之為功能性光纖傳感器，這之中光纖不只作為傳播光的介質(zhì)，并且還具有對(duì)外界信息的檢測(cè)功能和傳感功能；另一種類型是傳光型光纖型傳感器，同時(shí)也可以稱之為非功能型光纖傳感器，這之中光纖的作用只是用當(dāng)傳播光的介質(zhì)，在光纖中間或者端面加裝其它傳感材料感受被測(cè)量的變化。

1.3光纖傳感器的組成

光源、光纖、光探測(cè)器、信號(hào)處理電路、傳感材料（光纖或非光纖的）等部分構(gòu)成了光纖傳感器，如圖1所示。由光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖送達(dá)到傳感材料，被測(cè)參數(shù)作用于傳感材料，其中，光的任何性質(zhì)受到了被測(cè)量參數(shù)的調(diào)整，調(diào)整之后的光信號(hào)經(jīng)接收光纖耦合到光探測(cè)器，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最終，被信號(hào)處理后獲得到理想的被測(cè)量參數(shù)。傳統(tǒng)的傳感器存在很多的弊端，光纖傳感器能夠彌補(bǔ)這些不足，比如，靈敏度高、體積小、重量輕、抗電磁干擾、耐腐蝕、可彎曲、電絕緣、測(cè)量對(duì)象廣泛、可傳輸信號(hào)的頻帶寬、對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小、成本低、容易實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、容易復(fù)用等優(yōu)勢(shì)。光纖傳感器能用在溫度、磁場(chǎng)、壓力、速度、加速度、流量、電流、位移、液面、PH值、光、轉(zhuǎn)矩、應(yīng)變等多種物理量的測(cè)量，在故障檢測(cè)、在線檢測(cè)、自動(dòng)控制等方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2、電力新能源的概念和特性

我國(guó)目前正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵階段，對(duì)電力能源的需求量非常大。就目前我國(guó)電力能源的發(fā)展現(xiàn)狀而言發(fā)電方式主要有：火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電、核能發(fā)電等，新能源發(fā)電所占的比例不足總發(fā)電量的5%?；鹆Πl(fā)電是通過燃燒煤炭、石油等不可再生能源進(jìn)行發(fā)電，消耗的能源非常大，而且會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)節(jié)造成嚴(yán)重污染。在不可再生能源日漸枯竭的背景下，開發(fā)新能源進(jìn)行發(fā)電就顯得尤為迫切。所謂新能源指的是除了傳統(tǒng)能源之外的一切可利用和可推廣的能源。在電力系統(tǒng)新能源指的是利用相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)對(duì)可再生能源進(jìn)行開發(fā)利用，然后應(yīng)用在電力領(lǐng)域當(dāng)中，比如：水能、風(fēng)能、沼氣能、太陽能等。而且新能源在發(fā)電應(yīng)用中，并不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境和人群造成影響。是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的主要能源。但目前我國(guó)在電力新能源利用技術(shù)有限，很大程度上限制了我國(guó)電力新能源利用率的提高。

3、電力行業(yè)新能源發(fā)展中存在的問題

3.1目標(biāo)調(diào)整頻繁，無法有效銜接

由于受各方面因素影響，發(fā)展目標(biāo)調(diào)整頻繁，很難有相對(duì)穩(wěn)定的五年目標(biāo)，一些省中長(zhǎng)期規(guī)劃目標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)家能源主管部門確定的各省中長(zhǎng)期目標(biāo)，兩級(jí)規(guī)劃目標(biāo)缺乏制約。

3.2新能源產(chǎn)業(yè)仍不能滿足時(shí)代發(fā)展的需求

經(jīng)過多年的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已向建設(shè)資源節(jié)約型經(jīng)濟(jì)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，在二氧化硫排放量、單位GDP能耗、氮氧化物排放量、化學(xué)需氧量等許多領(lǐng)域已處于全國(guó)領(lǐng)先水平。但仍未完全走出的粗放型發(fā)展模式，可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略注重開拓能源特別是新能源的供應(yīng)渠道，提高能源的利用效率?？梢?，新能源產(chǎn)業(yè)仍不能滿足時(shí)代發(fā)展的需求。

3.3新能源發(fā)電規(guī)劃其他電源規(guī)劃脫節(jié)

新能源發(fā)電的消納能力取決于電力系統(tǒng)發(fā)電出力特性，一些電力企業(yè)在制訂新能源發(fā)電規(guī)劃時(shí)未考慮調(diào)峰調(diào)頻電源規(guī)劃，大規(guī)模新能源發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)直接導(dǎo)致調(diào)峰能力不足而限制新能源發(fā)電出力，主要表現(xiàn)在中西部新能源消納能力極其有限，導(dǎo)致新能源項(xiàng)目與配套電網(wǎng)項(xiàng)目投產(chǎn)不同步。加上缺乏有力的協(xié)調(diào)機(jī)制，造成新能源發(fā)電與消納市場(chǎng)脫節(jié)。

4、光纖傳感器在電力新能源中的應(yīng)用

4.1光纖傳感器在電力新能源測(cè)功率中的應(yīng)用

將光纖傳感器使用在電功率傳感器中，也具有很大的社會(huì)價(jià)值。電功率設(shè)備主要是為了有效完成電力系統(tǒng)中能量變換以及基本電量傳導(dǎo)，而電功率測(cè)量則是電力計(jì)量結(jié)構(gòu)中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)其本身標(biāo)準(zhǔn)和能耗較小，且具有較好的抗干擾和組網(wǎng)能力，不僅整體頻道較寬，測(cè)量中也能實(shí)施有效遙測(cè)。內(nèi)蒙古區(qū)域多將其使用在測(cè)溫元件改造項(xiàng)目以及智能變電站建設(shè)項(xiàng)目中，能完成長(zhǎng)途操控和系統(tǒng)監(jiān)控，提升檢測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，并且保證數(shù)據(jù)安全可靠。正是根據(jù)其技術(shù)使用的廣泛度和可靠性，這一技術(shù)在美國(guó)、日本等國(guó)家使用也較為廣泛，對(duì)實(shí)踐應(yīng)用具有非常重要的參考價(jià)值，進(jìn)一步提升內(nèi)蒙古區(qū)域供電項(xiàng)目穩(wěn)定性。

4.2光纖傳感器在電力新能源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)光纜種類較為復(fù)雜，加之內(nèi)蒙古區(qū)域氣候條件較為多變，對(duì)光纜檢測(cè)要求較高，在監(jiān)測(cè)過程中，不僅要保障檢測(cè)數(shù)據(jù)和信息實(shí)時(shí)有效，也要集中處理檢測(cè)設(shè)備安全難度和具體要求，當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)項(xiàng)目中一般采用光時(shí)域反射進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)，能在一定程度上替代人工監(jiān)測(cè)中的費(fèi)用負(fù)擔(dān)，并有效優(yōu)化光纜監(jiān)測(cè)功率。值得一提的是，在使用光纖傳感器進(jìn)行新能源監(jiān)測(cè)過程中，要集中處理瑞利散射光問題，保證其運(yùn)轉(zhuǎn)條件，才可以有效提高項(xiàng)目運(yùn)行效果。

結(jié)語

綜上所述，時(shí)代在發(fā)展，人類在進(jìn)步，光纖傳感器也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，，主要趨勢(shì)包括：實(shí)時(shí)通過傳感器進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的測(cè)量，且降低交叉靈敏度；全光纖微型化，整個(gè)傳感部分僅由一根光纖組成；智能化也是光纖傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)，傳感器形成分布式陣列網(wǎng)格，提高信息采集的精確度和效率，實(shí)現(xiàn)無線傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.endprint