[00918161]基于分布式多参量光纤传感的海底电缆状态监测关键技术及应用

该项目属于电子与通信学科领域。海底电缆是海岛供电、海上石油平台用电和海上风电场输电的关键设备，对其机械和电热特性进行分布式监测，可有效提高海底电缆的安全性。光纤传感技术仅局限于温度和应变的测量，且测量设备信噪比低、精度差、测量距离短；监测数据与海底电缆状态的对应关系难以确定，海量监测数据处理难度大；无法直接获取缆体的机械和电热特性，难以进行准确的故障预、报警和诊断。该项目深入研究了光纤传感系统性能提升方法，提出了利用多种光纤传感技术进行海底电缆分布式状态监测的方法，发明了海底电缆机械与电热特征量与传感光纤关系的建立方法，研制了基于分布式多参量光纤传感技术的海底电缆状态监测系统，并进行了推广应用。 主要技术创新点如下： (1)针对海底电缆传感距离长，而系统信噪比与传感距离相互制约的问题，提出了应用脉冲编码、多波长激光光源、自外差检测和波长扫描平均等技术同时提高信噪比、空间分辨率和测量精度的方法；在解析SBS相移与振动对应关系的基础上，提出了基于外差矢量SBS的宽频带、高精度振动测量方法。 (2)发明了基于拉曼散射温度补偿法的海底电缆应变和温度区分测量方法，利用高灵敏度振动在线监测方法，克服了海底电缆内复合光纤的结构余长和自身余长导致应变响应延迟、报警晚的问题，提出了布里渊散射谱特征快速、高精度提取方法，保证了海底电缆运行状态获取的实时性和有效性。 (3)建立了海底电缆机械和电热有限元模型，并进行了相应的实体试验，获得了海底电缆各层结构的机械和电热特性，并首次建立了缆体与光纤的应变、温度和振动参量关系方程。建立了故障特征库和“经纬度-深度”三维信息数据库，发明了海底电缆的故障预警、报警和诊断算法。 (4)开发了海底电缆全尺度、高精度状态监测系统。对海量监测数据进行了有效处理和收集，实现了预警、报警、三维定位、诊断等智能算法，实现了海底电缆的智能监测、报警和诊断。 项目获国家发明专利授权21项、实用新型授权5项、软件著作权10项，发表核心及以上期刊论文90篇，其中SCI/EI收录51篇。国网福建省电力公司组织的专家评审会对该项目评价指出“项目成果整体达到国际先进水平，具有良好的推广应用价值”；科技部973计划首席科学家、天津大学知名教授刘铁根评价该项目“是光纤传感技术与智能电网相结合的一个成功范例”，“推荐申报一等奖”。项目成果在上海拜安传感技术有限公司、国网福建省电力有限公司、浙江中电智能科技有限公司得到了转化和推广。上海拜安传感技术有限公司利用该项目提出的系统信噪比和空间分辨率提升方法，提高了产品性能，近三年新增销售传感设备68台，利润增收2382万元；福建省电力公司近三年共避免海底电缆故障24次，累计减少经济损失带来的效益达19728万元；近三年为福建省社会用户减少停电、增加经济效益达31亿元。应用单位三年累计新增销售额5030.4万元，新增利润22110万元。