분산형 광섬유 센싱 기술을 활용한 변전소 기초 침하 모니터링 방법 -INNO

Distribut분산형 광섬유 감지 광섬유 감지

저지대에 건설되는 일부 변전소의 기초 침하 문제를 해결하기 위해, 분산형 광섬유 센싱 기술을 이용한 변전소 기초 침하 모니터링 방식 제안. 분산형 광섬유 센싱 기술 도입을 기반으로, 강력한 간섭 방지 능력을 갖춘 스트레스 광케이블이 감지 요소로 연구되었습니다.. 표면 변형 모니터링 광케이블의 배치 방법, 깊은 변형 모니터링 광케이블, 기초 파일 침하 모니터링 광케이블, 및 연결용 광케이블이 별도로 도입되었습니다.. 마지막으로, 시범적용대상으로 변전소 2종 선정. 모니터링 결과 분석에 따르면 모니터링 포지셔닝 맵의 최고점과 최저점 위치가 광섬유 케이블 이완 정도를 결정할 수 있는 것으로 나타났습니다., 그런 다음 변형의 방향과 진폭을 결정합니다.. 제안된 모니터링 방식은 변전소 기초 정착 모니터링의 요구를 잘 충족할 수 있습니다.. 변전소 지반 침하 방지 및 제어 기술 고도화에 참고 및 지원 제공 가능.

변전소는 전력망의 중요한 허브입니다.. 경제와 사회의 급속한 발전으로, 토지자원이 점점 부족해지고 있다. 고농도 중성전력 부하지역에서 정상적인 전력공급을 보장하기 위해, 변전소는 때때로 특정 특수 지질 지역에 건설되어야 합니다.. 광둥성 주강삼각주 지역에서, 지질 기초는 수분 함량이 높고 토양층이 깊고 연약합니다.. 도시개발과 변화로 인해, 연약한 토양층과 하천 충적토층에 건설된 일부 변전소는 기초 침하 문제가 있음. 남부 아열대 우기 기후로 인해 지질 침식과 변전소 침투가 강화되었습니다., 또한 지상 건물의 균열, 기울어짐 등 2차 재해가 발생하기 쉽습니다., 변전소 장비의 작동에 잠재적인 위협을 가하는 것.

변전소 기초의 정착문제 예방 및 치료, 사이트 선택을 구현하는 동안, 건설, 다양한 지역의 변전소 감독, 모니터링에도 주의가 필요하다, 조기 경보, and treatment of substation settlement problems. 현재, the main methods for monitoring geological subsidence in substations include manual inspection, video monitoring, geological displacement monitoring, 등., which have poor real-time performance, inability to detect and eliminate hidden dangers in a timely manner, or insufficient accuracy, and difficulty in judging when the characteristics of the phenomenon are not obvious. 최근에는, 분산 광섬유 sensing technology has been widely promoted and applied due to its advantages of good technical economy, 긴 감시 거리, and the ability to measure signals at wide spatial positions. Distributed fiber optic sensor technology is based on effects such as Rayleigh scattering, 라만 산란, and Brillouin scattering in optical fibers. The sensing distance and accuracy of optical time-domain reflection measurement based on Rayleigh scattering are limited, and the return signal of Raman scattering technology is weak. 그러므로, 최근 몇 년 동안, 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, 원래 방향이 아닌 다른 방향으로 전파됩니다., 이는 섬유 내에서 빛이 전파되는 산란 현상입니다.. 다양한 산란현상 중, 일종의 브릴루앙 산란이 존재합니다., 이는 광섬유 내부로 전파되는 광파와 광섬유 내부에 존재하는 음파 사이의 결합 효과의 결과입니다., 궁극적으로 초기 입사광과 비교하여 산란광의 주파수가 변경됩니다.. 둘 사이의 차이에 영향을 미치는 요인으로는 산란된 빛의 산란 각도, 음파의 특성 등이 있습니다..

국내외 연구에 따르면 주파수 변화는 (주파수 편이) 광섬유의 브릴루앙 산란광은 광섬유의 축 방향 변형 및 주변 온도와 선형 관계를 나타냅니다.. 일정한 온도 조건에서, 섬유가 경험하는 인장 변형은 브릴리언 주파수 이동에 의해 직접적으로 반영될 수 있습니다..

온도 기준을 설정하면서 온도의 영향을 제거함으로써, 브릴리언 주파수 이동 값과 섬유의 축 변형 사이의 단일 선형 관계를 얻을 수 있습니다.. 유도소자를 이용하여 광섬유 전체의 다양한 위치에서 주파수 편이 값을 측정함으로써, 각 위치에서 해당 변형률의 변화를 계산할 수 있습니다., 이는 관련 응력 측정 분야에 적용될 수 있습니다.. 브릴루앙 광섬유 센싱 기술입니다.. 작업 과정은 간단히 다음과 같이 설명할 수 있습니다.: 협대역 레이저를 사용하여 초기 광원 생성, 두 가지 경로로 나누기. 빛의 한 경로가 광 펄스로 변조됩니다., 증폭된, 감지 섬유를 따라 전송되어 감지용 역브릴루앙 산란광 신호를 생성합니다.; 협대역 레이저에 의해 생성된 빛의 다른 경로는 주파수 편이된 빛으로 만들어지며 브릴루앙 산란광과 응집됩니다.. 일관성 있게 처리된 신호는 분석을 위해 컴퓨터에 입력되어 온도 또는 변형률 측정 결과를 얻습니다.. BOTDA 시스템은 이중 입력 시스템입니다., 감지 섬유는 주로 펌프 광과 감지 광 사이의 브릴리언 주파수 이동에 의해 전달되는 에너지를 전도합니다.. 펌프광과 검출광의 주파수 편이 값이 브릴리언 주파수 편이 값에 가까운 경우, 감지 섬유에 의해 전송되는 에너지 값이 더 큽니다.. 실제 측정에서는, 특정 설정값에 따라 펌프광과 감지광의 주파수 차이를 점차적으로 조정해야 합니다.. 일반적으로, 주파수 스캐닝은 스펙트럼의 각 주파수 값 아래에 있는 개별 지점을 얻는 데 사용됩니다.. 피팅 후, 각 위치의 주파수 편이 값을 반영한 완전한 브릴루앙 산란 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.. 마지막으로, 선형 관계를 기반으로 온도 또는 변형률 값을 계산하고 변환할 수 있습니다..

모니터링 광케이블

변전소의 지반 침하 모니터링에는 모니터링 방법의 높은 정확성이 요구된다는 점을 고려, 지상에 설치된 모니터링 장치는 강력한 간섭 방지 능력을 갖추어야 합니다., 기존 광섬유는 더 민감하고 깨지기 쉽습니다., 요구사항을 충족할 수 없으며. 구축 및 모니터링의 편의를 위해, 이 기사에서는 고정점 기능을 갖춘 스트레스 광케이블을 연구하고 설계합니다.. 이 광케이블에는 분할 식별 기능이 있습니다.. 실제 설치에서는, 직원은 고정된 길이에 대해 현장 주택의 균열 상황을 기반으로 광케이블과 모니터링 대상의 주요 노드를 연속적으로 배열하기 위해 특수 고정 장치만 사용하면 됩니다., 광케이블과 모니터링 대상 사이의 완전한 결합을 달성하기 위해. 광케이블을 세그먼트로 고정하여, 모니터링 구간의 효과적인 측정이 가능합니다., 변형점 위치 지정 및 데이터 분석에 대한 편의성 제공, 특히 변형 변환의 경우. 동시에, 이러한 유형의 광케이블은 엔지니어링 상황에 따라 보강 막대로 보강될 수 있습니다., 광섬유의 인성을 보장. 그러므로, 그것은 좋은 기계적 성질과 인장 및 압축 성질을 가지고 있습니다., 특수한 조건에서 시공이 편리하고 다양한 가혹한 작업 조건을 견딜 수 있습니다..

광섬유 케이블 배치 계획

감지 장치로서, 스트레스 광케이블은 수동성의 장점을 가지고 있습니다, 내식성, 노후화 저항, 방사선 저항, 등. 가소성이 강하여 현장의 복잡한 지형 배치에 적합합니다.. 동시에, 이 레이아웃 방식에 사용되는 광케이블은 감지 광케이블과 전송 광케이블입니다., 모니터링 영역과 변전소 기계실의 모니터링 호스트 연결을 촉진합니다.. 현장 설치 및 디버깅 상황에 따라, BOTDA 모니터링 장비는 다음과 같은 공간 샘플링 간격을 채택합니다. 0.5 미터. 표면 변형 모니터링을 통해 얻은 작은 변형 결과를 효과적으로 파악하기 위해, 깊은 변형 모니터링, 및 기초 말뚝 침하 모니터링, 적어도 2 공간 분해능 식별 및 온도 교정을 완료하기 위해 건설 중에 측정 방법이 변경되면 몇 미터의 광케이블이 예약됩니다.. 특정 광섬유 케이블 레이아웃 계획에는 표면 변형 모니터링 광섬유 케이블 레이아웃이 포함됩니다., 깊은 변형 모니터링 광섬유 케이블 레이아웃, 기초 파일 침하 모니터링 광섬유 케이블 레이아웃, 및 연결 광섬유 케이블 레이아웃.

표면 변형 모니터링

광섬유 케이블 배치

표면 변형 모니터링 광케이블은 산사태의 수평 변형을 모니터링할 수 있습니다., 모니터링 광케이블은 2m 고정점 응력 광케이블을 사용하여 부설됩니다..

표면 변형 모니터링 광케이블의 배치 방법

광케이블 부설시, 먼저 너비가 다음과 같은 트렌치를 파십시오. 17 cm 및 깊이 10 광케이블의 설계 방향을 따라 cm, 그런 다음 트렌치에 스트레스 광케이블을 놓습니다., 트렌치에 장갑 광케이블을 깔다, 그리고 똑바른 상태로 유지하세요. 앵글철과 금속 클램프를 사용하여 광케이블의 고정점에서 접지층과 광케이블을 결합합니다., 고정점 사이를 보호하기 위해 PVC 파이프를 통과시킵니다.; 교란되지 않은 토양으로 광케이블을 되메우고 압축합니다., 백필시 BOTDA 모니터를 이용하여 광케이블의 변형률을 측정합니다.. 광케이블은 다음보다 적게 생성되는 것이 좋습니다. 500 미세 변형 (미세 변형: 원래 크기에 비해 기계적 크기 변화의 100만분의 1); 광케이블의 실제 방향과 표시를 기록합니다., 그리고 케이블을 깔고 난 후, 도랑을 메우다.

심 변형 모니터링 광케이블 레이아웃

점진적이고 갑작스러운 기초 침하를 조기에 경고하기 위해, 이 배치 계획의 현장 샘플링 및 심공 침하 모니터링 방법은 변형 구역의 변형 상황을 사전에 측정하는 데 사용됩니다..

심 변형 모니터링 광케이블의 배치 방법

심 변형 모니터링 광케이블 배치시, 드릴링 장비를 사용하여 선택한 위치에 직경 200mm의 구멍을 뚫습니다.; 무거운 해머와 강관 가압 방식을 사용하여, 광섬유를 바닥에 놓으세요. 15 미터 구멍; 측정 범위를 늘리기 위해, 배포를 위해 2m 고정점 광케이블 1개와 10m 고정점 광케이블 1개가 선택되었습니다., BOTDA 모니터링 장비를 사용하여 광케이블의 변형을 모니터링했습니다.; 나중에, 시추공을 다시 채울 때, 광섬유 케이블 노드 위치에 클레이 볼을 20cm만 채워야 한다는 계산이 필요합니다., 나머지 위치는 광섬유 케이블 노드와 지질층 사이의 양호한 연결을 보장하기 위해 교란되지 않은 토양으로 다시 채워야 합니다.. 동시에, 광섬유 케이블의 견고성을 지속적으로 조정하여 케이블에 의해 생성된 변형이 초과되지 않도록 해야 합니다. 500 미세 변형.

말뚝 침하 모니터링

광섬유 케이블 설치를 위한 기초 파일의 침하를 모니터링하는 기본 원리는 먼저 드릴링 장비를 사용하여 기반암에 도달하는 구멍을 뚫는 것입니다., 그런 다음 벤치마크 설치를 해보세요, 벤치마크 설치와 모니터링할 기초 파일 사이에 모니터링 광섬유 케이블을 배치합니다.. 벤치마크 파일은 결제 변경을 생성하지 않기 때문에, 광섬유 케이블의 변형률 변화는 BOTDA 모니터링 장비를 사용하여 모니터링하여 기초 말뚝의 침하 변화를 확인할 수 있습니다.. 벤치마크 파일의 제작 방법은 먼저 드릴링 장비를 사용하여 안전한 거리에서 기반암에 구멍을 뚫는 것입니다. 6 고압 장비에서 미터, 깊이가 약 19 미터. 그 다음에, 직경의 강관을 용접하다 160 mm 그리고 여기 놓으세요. 강관에 콘크리트를 붓는다, 그리고 지표면으로부터 강관의 높이는 약 3 미터. 기초말뚝 침하감시 광케이블의 설치방법은 설치시 앵글철을 기준말뚝의 강관과 용접하는 것이다., 앵글철에 구멍을 뚫다, 그리고 스테인레스 스틸 도르래를 나사로 고정하세요; 리프트 0.5 한쪽 끝이 스테인레스 스틸 와이어로 된 미터 길이의 시멘트 더미, 다른 쪽 끝을 강철판에 연결, 강판을 모니터링 파일에 연결합니다.; 모니터링 광케이블의 노드와 모니터링 파일의 철판을 금속 클램프로 고정합니다.; 모니터링 광케이블의 다른 노드를 금속 고정 장치를 통해 기준 파일의 앵글철에 고정합니다.; 벤치마크 설치물과 모니터링 파일 사이의 광케이블은 PVC 파이프로 보호됩니다., 강철 와이어에 고정되어 있는 것; BOTDA 모니터를 모니터링하면서 인장 장치를 조정하여 다음의 변형을 달성하는 것이 좋습니다. 1/20 광섬유에 의해 생성된 전체 범위의; 마지막으로, 나머지 사이에 모니터링 광케이블을 고정합니다. 4 파일과 벤치마크 파일을 순차적으로 모니터링.

광케이블 연결 레이아웃

컴퓨터실에 BOTDA 모니터링 장비를 배치했기 때문에, 정착 위험 모니터링 구역과 컴퓨터실 사이에는 일정한 거리가 있습니다.. 그러므로, 모니터링 광케이블과 모니터링 장비 사이에 연결 광케이블을 설치하고 배치해야 합니다., 그림과 같이 6. 스트레스 광케이블은 변전소의 주요 모니터링 영역에 수평으로 배치됩니다.. 일부 광섬유는 지하 매장에 적합하지 않습니다., 광섬유 표면에 점퍼선을 융합하고 특정 보호 조치를 추가해야 합니다.. 일반적으로, 금속 호스 또는 장갑 금속 골판지 파이프 층을 외부에 중첩할 수 있음.

연결을 위한 광섬유 케이블 부설공법 시범적용 데이터 분석

기초 정착 모니터링 110 kV 변전소

그만큼 110 kV 변전소는 산업 지역 주변에 위치해 있습니다.. 결제 및 기타 사유로 인해, 그만큼 110 kV 변전소에는 벽에 명백한 균열과 균열이 있습니다.. 건물 벽의 변형을 모니터링하기 위해, 모니터링 광케이블은 고정 장치를 사용하여 건물 벽 표면에 고정됩니다.; 변전소 외부에서 타워 기초의 침하 및 변형을 모니터링하기 위해, 기초 말뚝 침하 감시 광케이블 설치. BOTDA 데이터 수집을 통해, 총 1541 샘플링 포인트가 확인되었습니다. 광케이블의 시작과 끝을 모니터링하는 것 외에도, 모니터링 위치 지도는 세 부분으로 나누어졌습니다: 타워 기초 변형 모니터링 섹션, 역사 지상변형 감시부, 및 벽 변형 모니터링 섹션.

타워베이스 변형 모니터링 섹션의 위치 맵에는 4개의 피크가 있습니다., 이는 배치된 광케이블의 4개 섹션에 해당합니다.. 3개의 밸리 위치는 예약된 예비 케이블이며 온도 기준 광케이블로 사용할 수 있습니다..

역사 내부의 지반변형 감시 구간은 모두 다양한 장력을 갖고 있습니다.. 표면 변형으로 인해 두 광케이블의 장력이 변할 수 있습니다., 이에 따라 브릴리언 주파수 편이 값이 변경됩니다.. 표면 변형의 방향과 크기는 변형률과의 선형 관계에 의해 결정될 수 있습니다..

벽 변형 모니터링 구간은 인장된 광케이블 구간과 이완된 광케이블 구간으로 구성됩니다.. 인장형 광케이블은 벽 변형을 모니터링하기 위해 양쪽 끝이 고정된 광케이블입니다., 모니터링 포지셔닝 맵의 로컬 피크 위치에 데이터가 반영됩니다.. 완화된 광케이블은 두 개의 고정된 광케이블 사이를 연결하는 광케이블입니다., 온도 기준 광케이블로 사용할 수 있는. 벽에 균열이 나타난 후, 광케이블의 견고성이 변경됩니다., 브릴루앙 주파수 편이 값의 변화로 이어지며 변형 정도를 추론합니다., 벽에 균열이 나타나는지 여부를 확인할 수 있습니다..

기초 정착 모니터링 220 제방의 kV 변전소

그만큼 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. 현재, the settlement of the 220 kV busbar pillars in this area is relatively severe, 약 한 방울로 10 두 기둥 사이 cm. 지상 침하가 중요합니다. 20-30 미터, 그리고 침하로 인해 가장자리 벽이 손상됨, 벽 가장자리의 수평선에 물결 모양의 패턴을 나타냅니다.. 변전소의 외부 경사면의 높이는 7-9 미터. 현재, 불안정한 경사면 기초로 인해, 배수로가 건설되지 않았습니다., 내장된 PVC 배수관이 심각한 변형과 손상을 보임. 분산형 수동형 광센싱 기술을 활용하여 변전소 지반 침하 재해를 모니터링하고, 변전소 지반 침하 재해를 온라인으로 모니터링하기 위해, 데이터는 BOTDA를 통해 수집되었습니다., 총 으로 2031 샘플링 포인트. 광케이블의 시작과 끝을 모니터링하는 것 외에도, 모니터링 위치 지도는 세 부분으로 나뉩니다.: 기초 말뚝 변형 모니터링 섹션, 깊은 변형 모니터링 섹션, 및 표면 변형 모니터링 섹션. 총 가 있습니다 5 침하 모니터링 구역에 설치된 기초 말뚝, 모니터링 데이터 기능은 동일합니다.. 두 봉우리 사이에 골짜기가 있다, 그리고 물마루 위치는 모니터링 파일 기초의 상단에 예약되어 있습니다., 온도 기준 광케이블로 사용할 수 있는.

심변형 감시 구간의 정점 위치는 광케이블이 지상에 매달리는 지점이다.. 이 서스펜션 지점은 되메우기 토양의 자연 침하가 완료된 후 완화됩니다.. 이 섹션의 광케이블은 장력 정도가 다릅니다., 그리고 깊은 정착은 점차적으로 긴장의 정도를 감소시킬 것입니다.

표면 변형 모니터링 구간의 계곡 위치는 벽 근처의 이완 구간입니다., 이완 구역 양쪽의 홈에 두 개의 모니터링 광케이블이 있음. 이 두 섹션의 광케이블은 다양한 장력을 갖고 있습니다., 표면 변형으로 인해 두 광케이블의 장력 정도가 변경될 수 있습니다., 이를 통해 표면 변형의 방향과 크기를 결정합니다..

에이 분산 광섬유 브릴루앙 산란광의 주파수 값과 응력 변화 사이의 선형 관계를 활용하여 변전소의 기초 침하를 모니터링하는 센싱 기술을 제안합니다.. 광섬유의 간섭 방지 능력을 향상시키고 정확도 요구 사항을 충족하기 위해, 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, 깊은 변형 모니터링 광케이블, 기초 파일 침하 모니터링 광케이블, 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.