高晶 張武杰 喬立華 王克謙

摘 要：文章系統(tǒng)研究和分析了當前振動光纖防護系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)，并對振動光纖防護系統(tǒng)集成在智能巡檢系統(tǒng)的可行性和方案設(shè)計進行了闡述。通過對光纖信號采集處理系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)接口和通信方式的改進，使得變電站周界安防系統(tǒng)和內(nèi)部巡檢系統(tǒng)能夠融合為一個系統(tǒng)。該系統(tǒng)相對于其他系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站周界安防系統(tǒng)和內(nèi)部智能巡檢系統(tǒng)集成化，這對變電站全面的安全生產(chǎn)和運維效率的提高具有重要意義。

關(guān)鍵詞：振動光纖；智能巡檢；系統(tǒng)集成；周界防護

近年來，隨著電網(wǎng)自動化程度的提高，無人值守變電站智能巡檢技術(shù)發(fā)展的成熟。但是對于變電站周界防止外來入侵破壞研究還相對較少，而將兩者相結(jié)合的研究甚至處于空白階段。相關(guān)專家和學(xué)者在周界安防和智能巡檢方面的研究都是相對孤立系統(tǒng)，智能變電站周界安防和運維巡檢需要建立兩個不同的系統(tǒng)[1-3]。因此，面對變電站輸變電設(shè)施的安全防護需求日益增長，急需新的防護技術(shù)對輸變電設(shè)施周界進行實時監(jiān)測和保護[4-5]。傳統(tǒng)的防護技術(shù)不但誤報率較高，定位精度低，對環(huán)境的適應(yīng)能力差，而且系統(tǒng)能難集成，難以滿足現(xiàn)代智能變電站較高級別安防的要求[6-7]。隨著光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，其在天然氣站場周界安防成功應(yīng)用對變電站周界安防具有重要的借鑒意義。[8]同時光纖傳感技術(shù)屬于無源技術(shù)，且具有抗電磁干擾，靈敏度高的優(yōu)點，非常適用于變電站等安防級別要求較高的場所。

本文將在介紹振動光纖技術(shù)在變電站周界安防應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，提出光纖安防系統(tǒng)和智能巡檢系統(tǒng)的融合方法。

1 振動光纖定位

光在傳播過程中相位的改變主要是由光纖受壓造成的，[9]因此對干擾事件的定位和識別關(guān)鍵技術(shù)在于對光纖信號的處理。其定位原理，以圖1為例進行說明：

由于在兩端檢測得到不同的干擾信號只是在時間上不同，而頻譜特性是相同的，使得后期的定位處理省去很多麻煩，這也是其優(yōu)于其他光纖傳感技術(shù)的所在。

2 融合振動光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)

在振動光纖技術(shù)處理的基礎(chǔ)之上，接入智能巡檢系統(tǒng)，不但可以實現(xiàn)對變電站周界安防的的防護和內(nèi)部日常巡檢的功能，而且兩個系統(tǒng)并入一個系統(tǒng)，給運維人員的管理和使用減小了很大負擔和麻煩。

振動光纖信號處理系統(tǒng)采用基于FPGA的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過FPGA主控芯片來控制A/D轉(zhuǎn)換模塊，將采集光電探測器的信號，并存儲到內(nèi)部存儲器，同時，將存儲器中的數(shù)據(jù)進行處理，與智能巡檢系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在該系統(tǒng)中信號調(diào)理電路通過對信號的調(diào)幅，濾波處理，實現(xiàn)對信號波形的調(diào)理和對后端A/D轉(zhuǎn)換模塊的保護。而數(shù)據(jù)的采集主要由FPGA主控芯片，A/D轉(zhuǎn)換模塊以及供電電路，衰減電路，JTAG接口電路，USB轉(zhuǎn)串口電路等對采集的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)系統(tǒng)對振動事件的解調(diào)定位。同時，F(xiàn)PGA主控芯片控制電路一方面對A/D采集單元和USB/Uart傳輸電路的控制，另一方面實現(xiàn)對控制數(shù)據(jù)存入FIFO的讀寫和存儲的控制，以實現(xiàn)智能巡檢軟件系統(tǒng)對處理后的數(shù)據(jù)的顯示和對干擾事件發(fā)生時的識別和控制。

3 應(yīng)用實例

融合振動光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)應(yīng)用，同時智能巡檢系統(tǒng)的安裝已較為成熟，本文將主要介紹變電站布設(shè)的振動光纖周界安防系統(tǒng)。

融合振動光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)主要由以下4個模塊組成：（1）信息收集模塊，主要完成振動光纖信號的的檢測，采集，識別和數(shù)據(jù)信息的傳輸功能；（2）聯(lián)動控制模塊，主要完成采集信號的進一步識別判斷，聯(lián)動攝像機拍照攝像，警告，參數(shù)設(shè)置等；（3）智能巡檢系統(tǒng)，完成變電站內(nèi)部設(shè)備的智能巡檢終端；（4）系統(tǒng)集成模塊，完成智能巡檢信息和周界防護信息的集成并在終端的顯示。

為了更清晰地發(fā)現(xiàn)周圍的干擾事件類型，在變電站的墻體和需要防護的電力設(shè)施上鋪設(shè)振動光纖，通過聯(lián)動控制模塊，控制攝像機對干擾事件進行監(jiān)控；當有干擾出現(xiàn)時，光纖發(fā)出報警信號，聯(lián)動攝像機進行拍照，同時即使將干擾視頻信息上傳到智能巡檢終端，以供運維人員及時查看。

4 結(jié)語

采用本文介紹的融合振動光纖技術(shù)的智能巡檢系統(tǒng)，使得基于振動光纖技術(shù)的周界安防系統(tǒng)和智能巡檢融為一體，實現(xiàn)變電站周界安防系統(tǒng)和內(nèi)部智能巡檢系統(tǒng)集成化，減少系統(tǒng)運維上的麻煩和運維人員的工作量。該技術(shù)應(yīng)用，符合國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研制規(guī)劃的要求和電力設(shè)備智能化應(yīng)用理念，充分挖掘智能化應(yīng)用技術(shù)，為變電站的安全生產(chǎn)運行、巡視、監(jiān)控提供了新的技術(shù)手段。

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