Cara pemantauan penurunan pondasi gardu induk menggunakan teknologi penginderaan serat optik terdistribusi-INNO

DistributPenginderaan serat optik terdistribusi

Untuk mengatasi masalah penurunan pondasi beberapa gardu induk yang dibangun di daerah dataran rendah, skema pemantauan penyelesaian pondasi gardu induk diusulkan menggunakan teknologi penginderaan serat optik terdistribusi. Atas dasar pengenalan teknologi penginderaan serat optik terdistribusi, kabel optik tegangan dengan kemampuan anti-interferensi yang kuat dipelajari sebagai elemen penginderaan. Metode penyebaran kabel optik pemantauan deformasi permukaan, kabel optik pemantauan deformasi dalam, kabel optik pemantauan penyelesaian tumpukan pondasi, dan kabel penghubung optik diperkenalkan secara terpisah. Akhirnya, dua jenis gardu induk dipilih sebagai objek aplikasi percontohan. 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. Di wilayah Delta Sungai Mutiara di Provinsi Guangdong, pondasi geologi mempunyai kadar air yang tinggi dan lapisan tanah lunak yang dalam. Karena perkembangan dan perubahan perkotaan, beberapa gardu induk yang dibangun di atas lapisan tanah lunak dan lapisan tanah aluvial sungai mempunyai permasalahan penurunan pondasi. Iklim hujan subtropis selatan telah meningkatkan erosi geologi dan infiltrasi gardu induk, dan juga rawan terhadap bencana susulan seperti retak dan miringnya bangunan tanah, menimbulkan potensi ancaman terhadap pengoperasian peralatan gardu induk.

Untuk mencegah dan mengatasi masalah penyelesaian pondasi gardu induk, saat melaksanakan pemilihan lokasi, konstruksi, dan pengawasan gardu induk di berbagai daerah, pengawasan juga perlu diperhatikan, peringatan dini, dan penanganan masalah penyelesaian gardu induk. Saat ini, metode utama untuk memantau penurunan geologi di gardu induk termasuk inspeksi manual, pemantauan video, pemantauan perpindahan geologi, dll., yang memiliki kinerja real-time yang buruk, ketidakmampuan untuk mendeteksi dan menghilangkan bahaya tersembunyi pada waktu yang tepat, atau akurasi yang tidak memadai, dan kesulitan dalam menilai ketika ciri-ciri fenomena tersebut tidak terlihat jelas. Dalam beberapa tahun terakhir, serat optik terdistribusi teknologi penginderaan telah dipromosikan dan diterapkan secara luas karena keunggulannya dalam hal ekonomi teknis yang baik, jarak pemantauan yang jauh, dan kemampuan mengukur sinyal pada posisi spasial yang luas. Teknologi sensor serat optik terdistribusi didasarkan pada efek seperti hamburan Rayleigh, Raman berhamburan, dan hamburan Brillouin dalam serat optik. Jarak penginderaan dan keakuratan pengukuran refleksi domain waktu optik berdasarkan hamburan Rayleigh terbatas, dan sinyal balik teknologi hamburan Raman lemah. Karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, telah ada lebih banyak penelitian tentang teknologi penginderaan serat optik berbasis hamburan Brillouin di Cina. Mengingat kebutuhan mendesak untuk memantau penurunan pondasi gardu induk, teknologi penginderaan optik terdistribusi digunakan untuk mengembangkan sistem perangkat untuk memantau penurunan pondasi gardu induk. Sistem perangkat ini dapat mengurangi kesulitan dalam mencegah terjadinya bencana pemukiman di Gardu Induk, memahami dampak penurunan pondasi geologi pada peralatan gardu induk, dan menyediakan metode pengambilan keputusan tambahan dan evaluasi efektivitas untuk pencegahan gardu induk dan pengendalian penurunan pondasi.

Teknologi penginderaan optik terdistribusi, 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) cahaya hamburan Brillouin dalam serat optik menunjukkan hubungan linier dengan regangan aksial serat dan suhu lingkungan. Dalam kondisi suhu konstan, regangan tarik yang dialami serat dapat langsung direfleksikan oleh pergeseran frekuensi Brillouin.

Dengan menghilangkan pengaruh suhu sekaligus mengatur referensi suhu, hubungan linier tunggal antara nilai pergeseran frekuensi Brillouin dan regangan aksial pada serat dapat diperoleh. Dengan mengukur nilai pergeseran frekuensi pada berbagai posisi di seluruh serat menggunakan elemen induksi, perubahan regangan yang sesuai pada setiap posisi dapat dihitung, yang kemudian dapat diterapkan dalam bidang pengukuran tegangan terkait. Ini adalah teknologi penginderaan serat optik Brillouin. The working process can be simply described as: using a narrowband laser to generate an initial light source, dividing it into two paths. One path of light is modulated into optical pulses, amplified, and transmitted along the sensing fiber to generate a reverse Brillouin scattering light signal for detection; The other path of light generated by narrowband lasers is made into frequency shifted light and coherent with Brillouin scattering light. The coherent processed signal is input into a computer for analysis to obtain temperature or strain measurement results. The BOTDA system is a dual input system, and the sensing fiber mainly conducts energy carried by the Brillouin frequency shift between the pump light and the detection light. Jika nilai pergeseran frekuensi lampu pompa dan lampu deteksi mendekati nilai pergeseran frekuensi Brillouin, nilai energi yang ditransmisikan oleh serat penginderaan lebih besar. Dalam pengukuran sebenarnya, perbedaan frekuensi antara lampu pompa dan lampu deteksi perlu disesuaikan secara bertahap sesuai dengan nilai yang ditetapkan tertentu. Umumnya, pemindaian frekuensi digunakan untuk mendapatkan titik-titik diskrit di bawah setiap nilai frekuensi dalam spektrum. Setelah pas, spektrum hamburan Brillouin lengkap yang mencerminkan nilai pergeseran frekuensi pada setiap posisi dapat diperoleh. Akhirnya, nilai suhu atau regangan dapat dihitung dan dikonversi berdasarkan hubungan linier.

Pemantauan kabel optik

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. Pada saat yang sama, this type of optical cable can be reinforced with reinforcement bars according to the engineering situation, ensuring the toughness of the optical fiber. Karena itu, 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, ketahanan terhadap korosi, resistensi penuaan, radiation resistance, dll.. It has strong plasticity and is suitable for deployment of complex terrain in the field. Pada saat yang sama, kabel optik yang digunakan dalam skema tata letak ini adalah kabel optik penginderaan dan kabel optik transmisi, memfasilitasi koneksi host pemantauan di area pemantauan dan ruang mesin gardu induk. Menurut situasi instalasi dan debugging di tempat, instrumen pemantauan BOTDA mengadopsi interval pengambilan sampel spasial sebesar 0.5 meter. Untuk secara efektif mengidentifikasi hasil deformasi kecil yang diperoleh dari pemantauan deformasi permukaan, pemantauan deformasi mendalam, dan pemantauan penurunan pondasi tiang pancang, setidaknya 2 meter kabel optik dicadangkan ketika metode pengukuran berubah selama konstruksi untuk menyelesaikan identifikasi resolusi spasial dan kalibrasi suhu. Rencana tata letak kabel serat optik khusus mencakup pemantauan deformasi permukaan tata letak kabel serat optik, pemantauan deformasi dalam tata letak kabel serat optik, pemantauan penyelesaian tumpukan pondasi tata letak kabel serat optik, dan koneksi tata letak kabel serat optik.

Pemantauan deformasi permukaan

Penyebaran kabel serat optik

Kabel optik pemantau deformasi permukaan dapat memantau deformasi horizontal tanah longsor, dan kabel optik pemantauan dipasang menggunakan kabel optik tegangan titik tetap sepanjang 2m.

Metode tata letak kabel optik pemantauan deformasi permukaan

Saat memasang kabel optik, pertama gali parit dengan lebar 17 cm dan kedalaman 10 cm sepanjang arah desain kabel optik, kemudian letakkan kabel optik tegangan di parit, letakkan kabel optik lapis baja di parit, dan menjaganya dalam keadaan lurus. Gunakan penjepit besi siku dan logam untuk memasangkan kabel optik dengan lapisan tanah pada titik tetap kabel optik, dan melewati pipa PVC untuk perlindungan di antara titik-titik tetap; Isi kembali dan padatkan kabel optik dengan tanah yang tidak terganggu, dan mengukur regangan kabel optik menggunakan monitor BOTDA selama penimbunan kembali. Disarankan agar kabel optik menghasilkan kurang dari 500 ketegangan mikro (ketegangan mikro: sepersejuta perubahan ukuran mekanis dibandingkan dengan ukuran aslinya); Catat arah dan tanda sebenarnya dari kabel optik, dan setelah kabel dipasang, mengisi kembali parit.

Tata letak kabel optik pemantauan deformasi dalam

Untuk memberikan peringatan dini terhadap penurunan pondasi secara bertahap dan mendadak, metode pengambilan sampel di lokasi dan pemantauan penurunan lubang dalam dalam rencana tata letak ini digunakan untuk mengukur terlebih dahulu situasi deformasi di zona deformasi.

Metode tata letak kabel optik pemantauan deformasi dalam

Saat menyebarkan kabel optik pemantauan deformasi dalam, bor lubang kosong dengan diameter 200mm di lokasi yang dipilih menggunakan rig pengeboran; Menggunakan metode tekanan palu berat dan pipa baja, tempatkan serat optik ke bagian bawah a 15 lubang meteran; Untuk meningkatkan jangkauan pengukuran, satu kabel optik titik tetap 2m dan satu kabel optik titik tetap 10m dipilih untuk dipasang, dan regangan kabel optik dipantau menggunakan alat monitoring BOTDA; Setelah itu, saat penimbunan kembali lubang bor, 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. Pada saat yang sama, the tightness of the fiber optic cable should be continuously adjusted to ensure that the strain generated by the cable does not exceed 500 ketegangan mikro.

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. Karena tiang pancang tidak menghasilkan perubahan penurunan apapun, Perubahan regangan pada kabel fiber optik dapat dipantau menggunakan instrumen monitoring BOTDA untuk mengetahui perubahan penurunan pondasi tiang pancang. Cara pembuatan tiang pancang adalah dengan terlebih dahulu mengebor lubang pada batuan dasar dengan rig pengeboran pada jarak yang aman 6 meter dari peralatan bertekanan tinggi, dengan kedalaman sekitar 19 meter. Kemudian, mengelas pipa baja dengan diameter 160 mm dan letakkan di sini. Tuang beton ke dalam pipa baja, dan ketinggian pipa baja dari permukaan tanah sekitar 3 meter. Cara pemasangan kabel optik pemantau penurunan tiang pondasi adalah dengan mengelas besi siku dengan pipa baja tiang pancang pada saat pemasangan., bor lubang pada besi siku, 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; Akhirnya, fix the monitoring optical cables between the remaining 4 monitoring piles and the benchmark piles in sequence.

Layout of connecting optical cables

Due to the placement of BOTDA monitoring instruments in the computer room, there is a certain distance between the settlement hazard monitoring area and the computer room. Karena itu, it is necessary to install and lay a connecting optical cable between the monitoring optical cable and the monitoring instrument, as shown in Figure 6. The stress optical cable is laid horizontally in the key monitoring area of the substation. Some optical fibers are not suitable for burial underground, and it is necessary to fuse jumper wires on the surface of the optical fiber and add certain protective measures. Umumnya, 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 kV substation

Itu 110 kV substation is located around the industrial area. Due to settlement and other reasons, itu 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. In addition to monitoring the starting and ending ends of the optical cable, the monitoring positioning map was divided into three parts: tower foundation deformation monitoring section, station ground deformation monitoring section, and wall deformation monitoring section.

There are four peaks in the positioning map of the tower base deformation monitoring section, which correspond to the four sections of optical cables laid out. The three valley positions are reserved spare cables and can be used as temperature reference optical cables.

The ground deformation monitoring sections inside the station are all in varying degrees of tension. Surface deformation can cause changes in the tension of these two optical cables, and the Brillouin frequency shift value will correspondingly change. Arah dan besarnya deformasi permukaan dapat ditentukan oleh hubungan liniernya dengan regangan.

Bagian pemantauan deformasi dinding terdiri dari bagian kabel optik yang dikencangkan dan bagian kabel optik yang dilonggarkan. Kabel optik yang dikencangkan adalah kabel optik tetap di kedua ujungnya untuk memantau deformasi dinding, dan datanya tercermin dalam posisi puncak lokal di peta posisi pemantauan. Kabel optik santai adalah kabel optik penghubung antara dua kabel optik tetap, yang dapat digunakan sebagai kabel optik referensi suhu. Setelah retakan muncul di dinding, kekencangan kabel optik akan berubah, menyebabkan perubahan nilai pergeseran frekuensi Brillouin dan menyimpulkan derajat regangan, yang dapat menentukan apakah muncul retakan pada dinding.

Pemantauan penyelesaian pondasi 220 gardu induk kV di tanggul

Itu 220 Stasiun tanggul kV dari biro catu daya terletak di sisi tenggara pabrik aluminium. Topografi wilayah stasiun bergunung-gunung dan tanah datar. Kecuali sebagian kecil daerah perbukitan di sudut timur laut, lokasi stasiun terletak di daerah lain dengan medan yang relatif datar. Lapisan penutup lokasi stasiun Kuarter sebagian besar disebabkan oleh aluvial dan pendangkalan, sebagian besar terdiri dari tanah kohesif, tanah berlumpur, dan pasir. Batuan dasar yang mendasarinya adalah batupasir Kapur. Area stasiun bagian barat daya pada awalnya merupakan kolam ikan, yang ditimbun kembali dan diratakan selama pembangunan stasiun. Saat ini, penyelesaian tersebut 220 pilar busbar kV di kawasan ini relatif berat, with a drop of about 10 cm between the two pillars. The ground settlement is significant at 20-30 meter, and the edge wall is damaged due to settlement, presenting a wave like pattern on the horizontal line of the wall edges. The height of the outer slope of the substation is 7-9 meter. Saat ini, due to the unstable foundation of the slope, no drainage ditch has been constructed, and the embedded PVC drainage pipes have shown significant deformation and damage. In order to use distributed passive optical sensing technology to monitor geological foundation settlement disasters in substations and achieve online monitoring of geological foundation settlement disasters in substations, data was collected through BOTDA, dengan total 2031 sampling points. In addition to monitoring the beginning and end of the optical cable, peta posisi pemantauan dibagi menjadi tiga bagian: bagian pemantauan deformasi tiang pondasi, bagian pemantauan deformasi dalam, dan bagian pemantauan deformasi permukaan. Totalnya ada 5 tiang pancang pondasi dipasang di bagian pemantauan pemukiman, dan fitur data pemantauannya sama. Ada palung di antara dua puncak, dan posisi palung dicadangkan untuk bagian atas pondasi tiang pancang, yang dapat digunakan sebagai kabel optik referensi suhu.

Posisi puncak bagian pemantauan deformasi dalam adalah titik suspensi kabel optik di atas permukaan tanah. Titik suspensi ini dilonggarkan setelah penyelesaian alami tanah timbunan selesai. Kabel optik di bagian ini memiliki tingkat tegangan yang berbeda-beda, dan penyelesaian yang mendalam secara bertahap akan mengurangi tingkat ketegangan.

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.

A serat optik terdistribusi 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, kabel optik tegangan dengan fungsi identifikasi tersegmentasi dirancang sebagai elemen penginderaan. Artikel ini memperkenalkan metode penerapan empat jenis kabel optik: kabel optik pemantauan deformasi permukaan, kabel optik pemantauan deformasi dalam, kabel optik pemantauan penyelesaian tumpukan pondasi, dan menghubungkan kabel optik. Melalui aplikasi percontohan menghasilkan dua lingkungan gardu induk yang berbeda, hal ini memverifikasi bahwa teknologi penginderaan serat optik terdistribusi memiliki efek yang baik dalam pemantauan penyelesaian pondasi gardu induk, memberikan solusi baru untuk meningkatkan kemampuan pemantauan gangguan penurunan pondasi gardu induk.