摘要：地下电缆是城市电力系统的主要组成之一，地下电缆配电方式有效的解决了城市用地的紧张与电力供电走廊占地的矛盾，同时也避免了极端恶劣天气对供电系统造成的恶劣影响，极大的提高了配电系统的可靠性。与此同时，随着城区电缆线路的增多，市政道路施工时，大型机械破坏地下电缆的情况化时有发生，社会基础设施建设与地下电缆供电方式的矛盾正在凸显，给电网的安全运行和施工人员的生命财产安全带来严重威胁。鉴于此，结合笔者多年工作经验，对分布式振动传感技术在电缆通道防外力破坏监测及定位的应用展开探讨。
关键词：分布式振动传感技术；电缆通道；防外力破坏监测；定位的应用
引言
随着分布式光纤传感技术的发展，为地下电缆防外力破坏技术提供了一种智能化的解决方案。该技术利用光纤作为传感器和传输介质，当光纤附近某一点的温度或者应变力发生变化时，光纤中的信号将受到入侵信号的调制而发生变化，通过分析这个调制信号就能得出发生变化的具体位置，从而实现分布式防损检测。
1、光纤传感器概述
作为信息传递介质的光纤传感器，作为光纤或敏感组件，既有光学装置测量精度，又有光纤自身强大的环境适应性的优点，是传感器技术中的重要因素。与传统传感器相比，具有系统紧凑、轻量、电磁干扰、防腐、电绝缘、高温、灵敏度高的优点，可以对物理参数进行各种测量，如温度、位移、加速度、电磁场、振动、应力、生物质化学量等。特别是，无需另外安装就可以与通信网络联网，实现通信光网络和高多路复用，在信息化快速发展的时代背景下，表现出了卓越的适应性。分布式光纤传感器是光纤传感器的一个组成部分，具有光纤传感器的共同优点，利用可测量参数进行分布式检测的独特功能，实现了广泛的研究和应用。与仅在一个位置检测到的点检测或在特定位置检测到的准方差检测相比，在连续空间中可以同时检测到的空间上的方差测量。从这一点看，分布式光纤传感器在数千、数十公里、数百公里的距离内工作，特别适用于民用和国防安全检测、建筑结构检测、电力线路检测、石油和天然气管道检测领域。通常，分布式光纤传感器集成了信息传输和参数监控集。换句话说，光纤作为信息传输介质将探测光信号传输到工作地点，作为敏感组件适当地反映测试参数的状态。要测量的状态影响光纤的状态，因此，传播的检测光的功率、偏振状态模式、波长、相位等发生变化，通过检测检测检测光的相应状态变化，可以获得要测试的参数的信息。基于散射的光纤传感器是实现分布式检测的一种方法。光纤有三种主要散射:瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。瑞利散射是入射光子与光纤中的微粒和弹性碰撞所产生的弹性散射，散射的频率和入射光相同。布里渊散射是由入射光和光中自发热运动引起的声声子的非弹性碰撞引起的，结果布里渊散射光的频率相对入射光有一个偏移。拉曼散射是由入射光和光纤的光声子之间的非弹性碰撞引起的，具有相同的光散射强度入射光和一个频率偏移，但是对于硅芯光纤来说，此偏移可达数十纳米，远远大于布里渊频率。其中瑞利后散射的强度最大，监视得更好。
2、电缆通道防外力破坏监测概况
外部力量的破坏是威胁电力设施的三个主要因素之一。非法建筑、非法建筑和地质灾害可能对输配电线路造成外部损害。目前，传统的地下电缆保护措施主要有：安排专人进行定点、定期巡视；在电缆运行路线上方设置警示牌；采用高强度的管道、板材保护电缆。上述方式存在着人为、物为成本高，反应慢等不足，防止外部力量造成损害的效果不理想。对地下电缆隧道等电网的预防性监测和损坏监测难以通过日常线路检查来解决。关于随机外部伤害，需要加强对该线的实时监测，以提高其对外部力量的抵御能力。一些电力部门建立了科学和技术能力，监测输配电线路的状况，以确定它们是否受到损害，例如检测漏电、检测电力线载波和检测点应变传感器。由于上述方法都是针对电缆线路本身的检测，需要在电缆线路铺设的过程中安装，操作难度大、成本高，尤为重要的是上述方法都只能对电缆线路的运行故障进行检测、定位，当检测到异常时往往意味着对电缆的破坏己经造成，不能对破坏电缆线路的隐患进行预警。
3、分布式振动传感技术在电缆通道防外力破坏监测及定位的应用
3.1分布式光纤传感器的探测手段主要分为三种：a、基于马赫--泽德干涉仪原理的分布式光纤传感器；b、基于OTDR的分布式光纤传感器；c、基于FBG的分布式光纤传感器。其中在电力行业中，基于OTDR的分布式光纤传感器技术应用较为成熟。利用OTDR光域反射器的干涉机理测试了光纤中Ruili散射的光相位由于扰动而发生变化时，相位变化可能导致光发生剧烈变化时，对光纤或光缆附近产生的压力(振动)产生的外部扰动；分布式光纤振动检测系统由传感光纤、光纤振动信号测量主机、振动检测报警主机和振动检测报警软件组成。在分布式光纤振动检测系统中，用普通通信光缆中的自由光纤芯作为检测单元，测量分布式光纤传感器的多点振动。当外部振动作用于检测光缆时，会导致光缆中的纤维芯变形，改变光缆芯的长度和折射率，并改变光缆中光和波的相位。当光透过光缆传输时，它会连续产生反向传输光。当外界有振动时，背光源的传递阶段也会发生变化。将带有外部振动信息的这些信号的光反射到系统主机上时，会通过光学系统将微小的相位变化转换为光敏预览和源文件，从而无需更改水印即可下载高清图像。光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。根据分析结果，系统可以根据反向传输光的到达时间，通过计算光速振动距离来确定入侵的发生和位置。正是由于上述优点，基于OTDR的分布式光纤传感器被广泛的应用于电缆通道防外力破坏监测及定位较为广泛。
3.2多种入侵行为识别
分布式光纤振动系统通过模态分析、背景模式识别和电缆管路上的第三方非法入侵提供了准确的入侵检测。第三方发现的非法入侵包括人工搜查、车辆搜查、重型机械搜查、高度敏感和各种身份识别方法。
3.3重大事故事前预防
统一振动事件行为模式识别数据库使系统能够智能识别不同外力行为事件产生的振动信号特征。系统可能会在料道受到外力破坏并造成严重后果之前发出警告和警告信号。与事故后的故障报警相比，报警通常提前4小时触发。通过审查事件，责任人完全有能力防范事故发生，避免重大经济事故和负面社会后果。
结束语
分布式光纤振动系统是近年来开发的一种具有广阔应用前景的新技术应用系统。这种技术在电缆线路施工中的应用，使人们能够实时监测地下输配电线路的远距离传播，并对可能对输配电线路造成损害的外部威胁发出预警，以便及时对损坏、改进预防工作或准确定位地点并采取补救措施，从根本上防止电缆线路因外部环境损害而遭受重大经济损失，防止环境污染和避免社会风险。分布式光纤振动外部损伤防护系统的应用充分实现了其先进、高效、准确的设计特点，解决了传统电缆通道检测难以实现电缆通道实时全面安全的问题，对优化设计方案、提高设计质量起到积极有效的作用。
广东电网有限责任公司科技项目资助（项目编号：031300KK52180101）
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