光纤传感器在电力新能源中的应用

赵玉杰　高欣

【摘要】：电力的发展是推动新时代发展的基础，而在电力的发展过程中，需要重视新能源与节能技术的提高。尽管短期内煤炭、石油、天然气等传统能源仍是我国能源供应的主力军，但从长远来看，低碳的能源结构才是发展趋势，水能、核能、太阳能、风能等新型的低碳能源是我国能源未来的发展方向。

【关键词】：光纤传感器；电力新能源；应用

引言

光纤传感器系统作为高科技产物，不仅能实现电缆载流量的优化配置，也能建构实时监控框架，需要相关技术人员结合实际需求建构更加完整的管控措施，提高经济适配性，进一步为我国电力产业发展奠定坚实基础。

1、光纤传感器

光纤传感器FOS（Fiber Optic Sensor）是一种新型现代传感器，在1977年开始出现在人们的视野中。

1.1光纤传感器的原理

其原理是把光源通过光纤送达到调至器中，使得压力、位移、温度、電场、应变等待测参数和调制器内的光进行互相作用，之后，致使光的相位、波长、频率等性质产生变化，从而变成被调制的信号光，然后，再通过光纤送到光探测器，经解调器解调后，取得被测参数。

1.2光纤传感器的分类

光纤传感器通常情况下分成两个类型：传感型光纤传感器，这种类型也被称之为功能性光纤传感器，这之中光纤不只作为传播光的介质，并且还具有对外界信息的检测功能和传感功能；另一种类型是传光型光纤型传感器，同时也可以称之为非功能型光纤传感器，这之中光纤的作用只是用当传播光的介质，在光纤中间或者端面加装其它传感材料感受被测量的变化。

1.3光纤传感器的组成

光源、光纤、光探测器、信号处理电路、传感材料（光纤或非光纤的）等部分构成了光纤传感器，如图1所示。由光源发出的光经过光纤送达到传感材料，被测参数作用于传感材料，其中，光的任何性质受到了被测量参数的调整，调整之后的光信号经接收光纤耦合到光探测器，把光信号转换成电信号，最终，被信号处理后获得到理想的被测量参数。传统的传感器存在很多的弊端，光纤传感器能够弥补这些不足，比如，灵敏度高、体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲、电绝缘、测量对象广泛、可传输信号的频带宽、对被测介质影响小、成本低、容易实现遥测、容易复用等优势。光纤传感器能用在温度、磁场、压力、速度、加速度、流量、电流、位移、液面、PH值、光、转矩、应变等多种物理量的测量，在故障检测、在线检测、自动控制等方面具有非常广阔的应用前景。

2、电力新能源的概念和特性

我国目前正处于社会经济发展的关键阶段，对电力能源的需求量非常大。就目前我国电力能源的发展现状而言发电方式主要有：火力发电、水力发电、风能发电、太阳能发电、核能发电等，新能源发电所占的比例不足总发电量的5%。火力发电是通过燃烧煤炭、石油等不可再生能源进行发电，消耗的能源非常大，而且会对周围的生态环节造成严重污染。在不可再生能源日渐枯竭的背景下，开发新能源进行发电就显得尤为迫切。所谓新能源指的是除了传统能源之外的一切可利用和可推广的能源。在电力系统新能源指的是利用相应的科学技术对可再生能源进行开发利用，然后应用在电力领域当中，比如：水能、风能、沼气能、太阳能等。而且新能源在发电应用中，并不会对周围的环境和人群造成影响。是21世纪电力系统的主要能源。但目前我国在电力新能源利用技术有限，很大程度上限制了我国电力新能源利用率的提高。

3、电力行业新能源发展中存在的问题

3.1目标调整频繁，无法有效衔接

由于受各方面因素影响，发展目标调整频繁，很难有相对稳定的五年目标，一些省中长期规划目标远远大于国家能源主管部门确定的各省中长期目标，两级规划目标缺乏制约。

3.2新能源产业仍不能满足时代发展的需求

经过多年的产业结构转型升级，我国经济发展已向建设资源节约型经济迈出了坚实的一步，在二氧化硫排放量、单位GDP能耗、氮氧化物排放量、化学需氧量等许多领域已处于全国领先水平。但仍未完全走出的粗放型发展模式，可持续发展的能源战略注重开拓能源特别是新能源的供应渠道，提高能源的利用效率。可见，新能源产业仍不能满足时代发展的需求。

3.3新能源发电规划其他电源规划脱节

新能源发电的消纳能力取决于电力系统发电出力特性，一些电力企业在制订新能源发电规划时未考虑调峰调频电源规划，大规模新能源发电项目并网直接导致调峰能力不足而限制新能源发电出力，主要表现在中西部新能源消纳能力极其有限，导致新能源项目与配套电网项目投产不同步。加上缺乏有力的协调机制，造成新能源发电与消纳市场脱节。

4、光纤传感器在电力新能源中的应用

4.1光纤传感器在电力新能源测功率中的应用

将光纤传感器使用在电功率传感器中，也具有很大的社会价值。电功率设备主要是为了有效完成电力系统中能量变换以及基本电量传导，而电功率测量则是电力计量结构中一项关键技术，根据其本身标准和能耗较小，且具有较好的抗干扰和组网能力，不仅整体频道较宽，测量中也能实施有效遥测。内蒙古区域多将其使用在测温元件改造项目以及智能变电站建设项目中，能完成长途操控和系统监控，提升检测数据稳定性，并且保证数据安全可靠。正是根据其技术使用的广泛度和可靠性，这一技术在美国、日本等国家使用也较为广泛，对实践应用具有非常重要的参考价值，进一步提升内蒙古区域供电项目稳定性。

4.2光纤传感器在电力新能源监测中的应用

电力系统光缆种类较为复杂，加之内蒙古区域气候条件较为多变，对光缆检测要求较高，在监测过程中，不仅要保障检测数据和信息实时有效，也要集中处理检测设备安全难度和具体要求，当地电力系统运转项目中一般采用光时域反射进行集中监测，能在一定程度上替代人工监测中的费用负担，并有效优化光缆监测功率。值得一提的是，在使用光纤传感器进行新能源监测过程中，要集中处理瑞利散射光问题，保证其运转条件，才可以有效提高项目运行效果。

结语

综上所述，时代在发展，人类在进步，光纤传感器也在不断创新发展，，主要趋势包括：实时通过传感器进行多个参数的测量，且降低交叉灵敏度；全光纤微型化，整个传感部分仅由一根光纤组成；智能化也是光纤传感器发展的必然趋势，传感器形成分布式阵列网格，提高信息采集的精确度和效率，实现无线传输和远程监测。

【参考文献】：

[1]徐科军.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2004.endprint