كيفية مراقبة تسوية أساس المحطة الفرعية باستخدام تقنية استشعار الألياف الضوئية الموزعة

من أجل حل مشكلة تسوية الأساسات لبعض المحطات الفرعية المقامة في المناطق المنخفضة, يُقترح مخطط لمراقبة تسوية أساسات المحطات الفرعية باستخدام تقنية استشعار الألياف الضوئية الموزعة. على أساس إدخال تكنولوجيا استشعار الألياف الضوئية الموزعة, تمت دراسة الكابلات الضوئية ذات القدرة القوية على مقاومة التداخل كعناصر استشعار. طرق نشر التشوه السطحي لرصد الكابلات الضوئية, مراقبة التشوه العميق للكابلات الضوئية, مراقبة تسوية كومة الأساس للكابلات الضوئية, وتم تقديم توصيل الكابلات الضوئية بشكل منفصل. أخيراً, تم اختيار نوعين من المحطات الفرعية ككائنات تطبيق تجريبية. Analysis of the monitoring results showed that the peak and valley positions in the monitoring positioning map can determine the degree of fiber optic cable relaxation, and then determine the direction and amplitude of strain. The proposed monitoring scheme can well meet the needs of substation foundation settlement monitoring. This can provide reference and assistance for the advancement of foundation settlement prevention and control technology in substations.

Substation is an important hub of the power network. With the rapid development of the economy and society, land resources are becoming increasingly scarce. In order to ensure normal power supply in high concentration neutral power load areas, substations are sometimes forced to be built in certain special geological areas. In the the Pearl River Delta region of Guangdong Province, the geological foundation has high water content and deep soft soil layer. Due to urban development and changes, some substations built on soft soil layer and river alluvial soil layer have foundation settlement problems. The southern subtropical rainy climate has strengthened the geological erosion and infiltration of substations, and is also prone to secondary disasters such as cracking and tilting of ground buildings, posing a potential threat to the operation of substation equipment.

To prevent and treat the settlement problem of substation foundation, while implementing the site selection, بناء, and supervision of substations in various regions, it is also necessary to pay attention to the monitoring, الإنذار المبكر, and treatment of substation settlement problems. في الوقت الحالي, تشمل الطرق الرئيسية لمراقبة الهبوط الجيولوجي في المحطات الفرعية الفحص اليدوي, مراقبة الفيديو, مراقبة النزوح الجيولوجي, إلخ., التي لديها أداء ضعيف في الوقت الحقيقي, عدم القدرة على اكتشاف المخاطر الخفية والقضاء عليها في الوقت المناسب, أو دقة غير كافية, وصعوبة الحكم عندما تكون خصائص الظاهرة غير واضحة. في السنوات الأخيرة, الألياف الضوئية الموزعة لقد تم الترويج لتكنولوجيا الاستشعار وتطبيقها على نطاق واسع بسبب مزاياها المتمثلة في الاقتصاد التقني الجيد, مسافة مراقبة طويلة, والقدرة على قياس الإشارات في مواقع مكانية واسعة. تعتمد تقنية مستشعر الألياف الضوئية الموزعة على تأثيرات مثل تشتت رايلي, تناثر رامان, وتشتت Brillouin في الألياف الضوئية. مسافة الاستشعار ودقة قياس انعكاس المجال الزمني البصري استنادًا إلى تشتت رايلي محدودة, and the return signal of Raman scattering technology is weak. لذلك, في السنوات الأخيرة, there has been more research on Brillouin scattering based fiber optic sensing technology in China. In view of the urgent need for monitoring substation foundation settlement, distributed optical sensing technology is used to develop a device system for monitoring substation foundation settlement. This device system can reduce the difficulty of preventing settlement disasters in substations, grasp the impact of geological foundation settlement on substation equipment, and provide auxiliary decision-making and effectiveness evaluation methods for substation prevention and control of foundation settlement.

Distributed optical sensing technology, due to the non-uniformity of the fiber material itself, when light propagates in the fiber, it will propagate in directions other than the original direction, which is the scattering phenomenon of light propagation in the fiber. Among various scattering phenomena, there exists a type of Brillouin scattering, which is the result of the coupling effect between the light waves propagating into the fiber and the sound waves existing inside the fiber, ultimately leading to a change in the frequency of the scattered light compared to the initial incident light. The factors affecting the difference between the two include the scattering angle of the scattered light and the characteristics of the sound waves.

Research both domestically and internationally has found that the frequency change (frequency shift) of Brillouin scattering light in optical fibers exhibits a linear relationship with the axial strain of the fiber and the ambient temperature. Under constant temperature conditions, the tensile strain experienced by the fiber can be directly reflected by the Brillouin frequency shift.

By eliminating the influence of temperature while setting a temperature reference, a single linear relationship between the Brillouin frequency shift value and the axial strain in the fiber can be obtained. By measuring the frequency shift values at various positions in the entire fiber using an induction element, the corresponding change in strain at each position can be calculated, which can then be applied in related stress measurement fields. This is Brillouin fiber optic sensing technology. يمكن وصف عملية العمل ببساطة بأنها: باستخدام ليزر ضيق النطاق لتوليد مصدر الضوء الأولي, تقسيمها إلى طريقين. يتم تعديل مسار واحد من الضوء إلى نبضات بصرية, تضخيم, ويتم إرسالها على طول ألياف الاستشعار لتوليد إشارة ضوئية مبعثرة عكسية لـ Brillouin للكشف عنها; يتم تحويل المسار الآخر للضوء الناتج عن أشعة الليزر ضيقة النطاق إلى ضوء منزاح بالتردد ومتماسك مع ضوء Brillouin المبعثر. يتم إدخال الإشارة المعالجة المتماسكة إلى الكمبيوتر لتحليلها للحصول على نتائج قياس درجة الحرارة أو الضغط. نظام BOTDA هو نظام إدخال مزدوج, وتقوم ألياف الاستشعار بشكل أساسي بتوصيل الطاقة التي يحملها تحول تردد Brillouin بين ضوء المضخة وضوء الكشف. إذا كانت قيم إزاحة التردد لضوء المضخة وضوء الكشف أقرب إلى قيم إزاحة تردد Brillouin, قيمة الطاقة التي تنتقل عن طريق ألياف الاستشعار أكبر. في القياس الفعلي, من الضروري ضبط فرق التردد بين ضوء المضخة وضوء الكشف تدريجيًا وفقًا لقيمة محددة. عمومًا, يستخدم مسح التردد للحصول على النقاط المنفصلة أسفل كل قيمة تردد في الطيف. بعد التركيب, يمكن الحصول على طيف تشتت Brillouin الكامل الذي يعكس قيمة تحول التردد في كل موضع. أخيراً, يمكن حساب قيم درجة الحرارة أو الضغط وتحويلها بناءً على العلاقات الخطية.

مراقبة الكابلات الضوئية

Considering that the monitoring of foundation settlement in substations requires high accuracy in monitoring methods, and the monitoring units installed in the ground must have strong anti-interference ability, traditional optical fibers are more sensitive and fragile, and cannot meet the requirements. For the convenience of construction and monitoring, this article studies and designs a stress optical cable with fixed-point function. This optical cable has a segmented identification function. In actual installation, personnel only need to use special fixtures to continuously arrange the optical cable and the main nodes of the monitoring object based on the cracking situation of the on-site house for a fixed length, in order to achieve full coupling between the optical cable and the monitoring object. By fixing the optical cable in segments, effective measurement of the monitoring section can be achieved, providing convenience for strain point positioning and data analysis, especially for deformation conversion. في نفس الوقت, this type of optical cable can be reinforced with reinforcement bars according to the engineering situation, ensuring the toughness of the optical fiber. لذلك, it has good mechanical properties and tensile and compressive properties, which is convenient for construction under special conditions and can withstand various harsh working conditions.

Fiber optic cable deployment plan

As a sensing unit, the stress optical cable has the advantages of passivity, مقاومة التآكل, aging resistance, مقاومة الإشعاع, إلخ. It has strong plasticity and is suitable for deployment of complex terrain in the field. في نفس الوقت, the optical cable used in this layout scheme is both a sensing optical cable and a transmission optical cable, facilitating the connection of the monitoring host in the monitoring area and the substation machine room. According to the on-site installation and debugging situation, the BOTDA monitoring instrument adopts a spatial sampling interval of 0.5 متر. In order to effectively identify the small deformation results obtained from surface deformation monitoring, deep deformation monitoring, and foundation pile settlement monitoring, at least 2 meters of optical cables are reserved when the measurement method changes during construction to complete the identification of spatial resolution and temperature calibration. The specific fiber optic cable layout plan includes surface deformation monitoring fiber optic cable layout, deep deformation monitoring fiber optic cable layout, foundation pile settlement monitoring fiber optic cable layout, and connection fiber optic cable layout.

Surface deformation monitoring

Fiber optic cable deployment

The surface deformation monitoring optical cable can monitor the horizontal deformation of landslides, and the monitoring optical cable is laid using a 2m fixed point stress optical cable.

Layout method of surface deformation monitoring optical cable

When laying optical cables, first dig a trench with a width of 17 cm and a depth of 10 cm along the design direction of the optical cable, then lay the stress optical cable in the trench, lay the armored optical cable in the trench, and keep it in a straight state. استخدم مشابك حديدية ومعدنية لربط الكابل البصري بالطبقة الأرضية عند النقطة الثابتة للكابل البصري, وتمر عبر أنابيب PVC للحماية بين النقاط الثابتة; ردم الكابل البصري وضغطه بالتربة غير المضطربة, وقياس إجهاد الكابل البصري باستخدام شاشة BOTDA أثناء الردم. من المستحسن أن يولد الكابل البصري أقل من 500 سلالة دقيقة (سلالة دقيقة: جزء من المليون من التغير في الحجم الميكانيكي بالنسبة للحجم الأصلي); سجل الاتجاه الفعلي وعلامات الكابل البصري, وبعد وضع الكابل, ردم الخندق.

تخطيط الكابلات الضوئية لمراقبة التشوه العميق

من أجل توفير إنذار مبكر للتسوية التدريجية والمفاجئة للأساسات, يتم استخدام طريقة أخذ العينات في الموقع ومراقبة تسوية الحفرة العميقة في خطة التخطيط هذه لقياس حالة التشوه في منطقة التشوه مسبقًا.

طريقة تخطيط الكابلات الضوئية لمراقبة التشوه العميق

عند نشر الكابلات الضوئية لمراقبة التشوه العميق, حفر حفرة عارية بقطر 200 مم في موقع محدد باستخدام جهاز الحفر; استخدام المطرقة الثقيلة وطريقة ضغط الأنابيب الفولاذية, ضع الألياف الضوئية في الجزء السفلي من أ 15 ثقب متر; من أجل زيادة نطاق القياس, تم اختيار كابل بصري بنقطة ثابتة بطول 2 متر وكابل بصري بنقطة ثابتة بطول 10 أمتار للنشر, وتمت مراقبة إجهاد الكبل البصري باستخدام أداة مراقبة BOTDA; بعد ذلك, عند ردم البئر, it is necessary to calculate that only 20cm of clay balls should be filled at the fiber optic cable node position, and the remaining positions should be backfilled with undisturbed soil to ensure good coupling between the fiber optic cable node and the geological layer. في نفس الوقت, the tightness of the fiber optic cable should be continuously adjusted to ensure that the strain generated by the cable does not exceed 500 سلالة دقيقة.

Monitoring of pile settlement

The basic principle of monitoring the settlement of foundation piles for fiber optic cable installation is to first drill a hole that reaches the bedrock using a drilling rig, then make a benchmark installation, and place the monitoring fiber optic cable between the benchmark installation and the foundation pile to be monitored. Since the benchmark pile does not produce any settlement changes, the strain changes of the fiber optic cable can be monitored using BOTDA monitoring instruments to determine the settlement changes of the foundation pile. The production method of benchmark piles is to first drill a hole into the bedrock with a drilling rig at a safe distance of 6 meters from the high-pressure equipment, with a depth of about 19 متر. ثم, weld a steel pipe with a diameter of 160 mm and place it here. Pour concrete into the steel pipe, and the height of the steel pipe from the ground surface is about 3 متر. The installation method of the foundation pile settlement monitoring optical cable is to weld the angle iron with the steel pipe of the reference pile during installation, drill holes on the angle iron, and fix the stainless steel pulley with screws; Lift a 0.5 meter long cement pile with one end of stainless steel wire, connect the other end to a steel plate, and connect the steel plate to the monitoring pile; Fix the nodes of the monitoring optical cable and the steel plate of the monitoring pile with metal clamps; Fix the other node of the monitoring optical cable to the angle iron of the reference pile through a metal fixture; The optical cable between the benchmark installation and the monitoring pile is protected with PVC pipes, which are fixed to the steel wire; It is recommended to adjust the tensioning device under the monitoring of the BOTDA monitor to achieve a strain of 1/20 of the full range generated by the optical fiber; أخيراً, إصلاح الكابلات الضوئية للرصد بين المتبقية 4 مراقبة الأكوام والأكوام المعيارية بالتسلسل.

تخطيط توصيل الكابلات الضوئية

بسبب وضع أدوات المراقبة BOTDA في غرفة الكمبيوتر, هناك مسافة معينة بين منطقة مراقبة مخاطر المستوطنات وغرفة الكمبيوتر. لذلك, من الضروري تركيب وتمديد كابل ضوئي متصل بين كابل المراقبة البصري وجهاز المراقبة, كما هو مبين في الشكل 6. يتم وضع كابل الضغط البصري أفقيًا في منطقة المراقبة الرئيسية للمحطة الفرعية. بعض الألياف الضوئية ليست مناسبة للدفن تحت الأرض, ومن الضروري دمج أسلاك التوصيل على سطح الألياف الضوئية وإضافة بعض التدابير الوقائية. عمومًا, a layer of metal hose or armored metal corrugated pipe can be nested outside.

Data analysis of pilot application of fiber optic cable laying method for connection

Monitoring of foundation settlement in 110 محطة فرعية كيلو فولت

ال 110 kV substation is located around the industrial area. Due to settlement and other reasons, ال 110 kV substation has obvious cracks and cracks on the walls. In order to monitor the deformation of the building walls, monitoring optical cables are fixed on the surface of the building walls using fixtures; In order to monitor the settlement and deformation of the tower foundation outside the substation, a foundation pile settlement monitoring optical cable is installed. Through BOTDA data collection, a total of 1541 sampling points were identified. بالإضافة إلى مراقبة طرفي البداية والنهاية للكابل الضوئي, تم تقسيم خريطة مراقبة المواقع إلى ثلاثة أجزاء: قسم مراقبة تشوه أساسات البرج, قسم مراقبة تشوه أرض المحطة, وقسم مراقبة تشوه الجدار.

هناك أربع قمم في خريطة تحديد المواقع لقسم مراقبة تشوه قاعدة البرج, والتي تتوافق مع الأقسام الأربعة للكابلات الضوئية الموضوعة. إن مواضع الوادي الثلاثة عبارة عن كابلات احتياطية محجوزة ويمكن استخدامها ككابلات ضوئية مرجعية لدرجة الحرارة.

تعاني أقسام مراقبة تشوه الأرض داخل المحطة من درجات متفاوتة من التوتر. يمكن أن يتسبب تشوه السطح في حدوث تغييرات في شد هذين الكابلين البصريين, وسوف تتغير قيمة تحول تردد Brillouin وفقًا لذلك. The direction and magnitude of surface deformation can be determined by its linear relationship with strain.

The wall deformation monitoring section consists of a tensioned optical cable section and a relaxed optical cable section. The tensioned optical cable is a fixed optical cable at both ends for monitoring wall deformation, and the data is reflected in the local peak position in the monitoring positioning map. The relaxed optical cable is the connecting optical cable between the two fixed optical cables, which can be used as a temperature reference optical cable. After cracks appear on the wall, the tightness of the optical cable will change, leading to changes in the Brillouin frequency shift value and inferring the degree of strain, which can determine whether cracks appear on the wall.

Monitoring of foundation settlement of 220 kV substation on the embankment

ال 220 kV embankment station of the power supply bureau is located on the southeast side of the aluminum plant. The topography of the station area is mountainous and leveled land. Except for a small amount of hilly terrain in the northeast corner, the station site is located in other areas with relatively flat terrain. The Quaternary covering layer of the station site is mostly caused by alluvial and siltation, mainly consisting of cohesive soil, silty soil, and sand. The underlying bedrock is Cretaceous sandstone. The southwestern part of the station area was originally a fish pond, which was backfilled and leveled during the construction of the station. حالياً, the settlement of the 220 kV busbar pillars in this area is relatively severe, مع قطرة حوالي 10 سم بين العمودين. التسوية الأرضية كبيرة في 20-30 متر, وتلف جدار الحافة بسبب التسوية, تقديم نمط يشبه الموجة على الخط الأفقي لحواف الجدار. ارتفاع المنحدر الخارجي للمحطة الفرعية هو 7-9 متر. حالياً, بسبب الأساس غير المستقر للمنحدر, لم يتم بناء خندق صرف, وقد أظهرت أنابيب الصرف البلاستيكية المدمجة تشوهًا وأضرارًا كبيرة. من أجل استخدام تكنولوجيا الاستشعار البصري السلبي الموزعة لرصد كوارث تسوية الأساسات الجيولوجية في المحطات الفرعية وتحقيق المراقبة عبر الإنترنت لكوارث تسوية الأساسات الجيولوجية في المحطات الفرعية, تم جمع البيانات من خلال BOTDA, مع ما مجموعه 2031 نقاط أخذ العينات. بالإضافة إلى مراقبة بداية ونهاية الكابل الضوئي, the monitoring positioning map is divided into three parts: foundation pile deformation monitoring section, deep deformation monitoring section, and surface deformation monitoring section. هناك ما مجموعه 5 foundation piles set up in the settlement monitoring section, and their monitoring data features are the same. There is a trough between two peaks, and the trough position is reserved for the top of the monitoring pile foundation, which can be used as a temperature reference optical cable.

The peak position of the deep deformation monitoring section is the suspension point of the optical cable above the ground. This suspension point is relaxed after the natural settlement of the backfill soil is completed. The optical cables in this section are in different degrees of tension, and deep settlement will gradually reduce the degree of tension.

The valley position of the surface deformation monitoring section is the relaxation section near the wall, with two monitoring optical cables in grooves on both sides of the relaxation section. The optical cables in these two sections are in varying degrees of tension, and surface deformation can cause changes in the tension degree of these two optical cables, thereby determining the direction and magnitude of surface deformation.

أ الألياف الضوئية الموزعة 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, مراقبة التشوه العميق للكابلات الضوئية, مراقبة تسوية كومة الأساس للكابلات الضوئية, 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.

مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف الضوئية الموزعة في الصين