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基本信息

书名:电力光纤传感技术及其工程应用

定价：79.00元

售价：53.7元,便宜25.3元,折扣67

作者:郭经红 等

出版社：科学出版社

出版日期：2016-10-01

ISBN：9787030501004

字数：

页码：192

版次：1

装帧：平装

开本：32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

《电力光纤传感技术及其工程应用》紧跟全球能源互联网发展趋势，简述光纤传感器的基本机理，强调光纤传感器的工程应用问题，重点介绍电力行业中电力开关柜、变压器、电抗器、刀闸开关、绝缘子、输电线路、电力通信光缆等健康监测常用的光纤传感器，如分布式光纤传感器、光纤光栅传感器等，以及智能变电站建设中必不可少的全光纤电流互感器等。
　　本书可作为电力工程技术人员和从事光电子技术研究以及光纤传感器开发相应人员的培训教材和参考书。

目录

作者介绍

文摘

序言

智慧电力，光路先行：一种全新的测量与监控视角 在瞬息万变的现代社会，电力系统作为支撑经济发展和日常生活运转的生命线，其安全、高效与稳定运行的重要性不言而喻。随着技术的飞速进步，传统的监测手段已逐渐显露出其局限性，无法满足日益增长的复杂化、精细化管理需求。一种更加前沿、更加智能的电力监测与控制理念正应运而生，它巧妙地将信息传输的革命性媒介——光纤，转化为一种强大的感知工具，为电力系统的智慧化升级提供了全新的可能。 本书将带您深入探索一种革命性的电力测量与监控技术——基于光纤的传感原理及其在电力工程领域的广泛应用。我们不再局限于单一的电信号测量，而是将目光投向了更加宏观、更加本质的物理量变化，通过光纤这一媒介，将这些变化转化为可被精确读取的信号。这不仅仅是一次技术上的革新，更是一种对电力系统运行状态理解方式的深刻重塑。 光纤，不再只是传输数据的通道，更是感知世界的“神经网络” 长久以来，光纤在通信领域扮演着无可替代的角色，其高带宽、低损耗、抗电磁干扰的特性，极大地推动了信息时代的到来。然而，当我们将目光聚焦于电力领域，会发现光纤的潜力远不止于此。通过在其纤芯或包层中引入特定的敏感材料、结构或掺杂，光纤本身就可以对外界环境的物理参数产生敏感的响应。例如，温度的升高会导致光纤的折射率和长度发生微小变化，这种变化会影响光信号在光纤中的传播速度和相位。同样，机械应力、压力、振动、甚至电场、磁场等，都可以通过不同的物理机制，在光纤中引发可观测的光学特性改变。 本书将首先为您系统地梳理光纤传感的核心原理。我们将从基础的光学知识出发，深入剖析不同类型的光纤传感器的工作机制，包括但不限于： 基于布里渊散射（Brillouin Scattering）的光纤传感： 利用光纤中介于声波和光波之间的相互作用，通过测量向后散射的布里渊光的频率漂移来精确获取光纤沿线的温度和应变信息。这种技术能够实现分布式测量，即在整条光纤的任意点上都能进行温度和应变监测，是实现对电力设备内部温度和形变进行实时、连续监控的理想选择。 基于拉曼散射（Raman Scattering）的光纤传感： 类似于布里渊散射，拉曼散射也是一种重要的光纤传感机制，它利用了光与分子振动之间的相互作用。通过分析拉曼散射光的频谱，同样可以实现温度的分布式测量，其优势在于可以覆盖更宽的温度范围，并且对环境振动的影响相对较小。 基于法布里-珀罗干涉（Fabry-Pérot Interferometry）的光纤传感： 通过在光纤末端或内部制造微型干涉腔，当外部环境参数（如压力、温度）改变时，会导致干涉腔长度发生变化，进而引起干涉光谱的移动。这种方法通常用于点式测量，具有高灵敏度和高精度。 基于长周期光栅（Long Period Grating, LPG）和光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）的光纤传感： 通过在光纤纤芯中周期性地改变折射率，形成光栅结构。外部环境参数的变化会导致光栅的周期或有效折射率发生改变，从而引起特定波长光的反射或透射峰的移动。FBG常用于温度和应变的点式或分布式测量，而LPG则对横向应力、折射率等参数更为敏感。 基于表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）的光纤传感： 将金属薄膜涂覆在光纤表面，当特定波长的光激发表面等离激元共振时，其共振条件会受到周围介质折射率的影响。这种技术在高灵敏度的化学和生物传感方面表现出色，在电力设备故障诊断方面也有潜在应用，例如检测绝缘油中的微量污染物。 本书将深入解析这些原理，从理论推导到实际模型，帮助读者建立起对不同传感机制的清晰认知。我们将讨论每种技术的优势、劣势、适用的测量范围以及影响测量精度的关键因素。 为电力系统的“脉搏”注入“光”的智慧 在电力工程领域，光纤传感的应用前景广阔，能够为传统监测手段带来颠覆性的变革。本书将重点探讨以下几个核心应用方向： 高压输电线路的监测： 传统的输电线路监测通常依赖于气象站数据和人工巡检。然而，光纤传感技术能够实现对输电线路本体的分布式温度和应变监测。例如，在输电导线上集成FBG传感器，可以实时监测导线的温度升高情况（可能由电流过载或日照引起），及时预警可能发生的绝缘老化或断裂风险。同时，导线的垂度变化、振动情况也能通过光纤传感器进行监测，为线路运维提供更精准的数据支撑。 变压器与发电机组的健康诊断： 变压器和发电机是电力系统的核心设备。其内部温度、油位、绝缘状态的变化是影响其安全运行的关键因素。利用分布式光纤传感技术，可以在变压器绕组、铁芯等关键部位布设光纤，实现对内部温度的精确定位和实时监控，及时发现局部过热点，防止绝缘击穿。对于发电机组，还可以监测其轴承温度、转子振动等，提前预警潜在的故障。 电缆的温度与状态监测： 地下电缆的敷设环境复杂，一旦发生故障，维修成本高昂且影响范围广。光纤传感技术能够为电缆提供全方位的“体检”。通过在电缆外护套中敷设分布式光纤传感器，可以实时监测电缆的温度分布，及时发现热点，优化负载分配，避免过热损坏。同时，还可以监测电缆的应变，预警由于地质沉降、外部施工等原因引起的机械损伤。 开关设备与GIS（气体绝缘开关设备）的监测： 开关设备是电力系统的“心脏”，其触头温度、绝缘性能直接关系到电网的稳定性。利用光纤传感器监测开关触头的温度，可以及时发现接触不良等问题。对于GIS设备，内部的温度、压力以及微小放电产生的紫外辐射等，都可以通过专门的光纤传感器进行监测，为设备状态评估提供关键信息。 雷击与放电监测： 电力系统容易遭受雷击，雷击产生的电磁脉冲和冲击电流会对设备造成严重损害。通过布置对电磁脉冲敏感的光纤传感器，可以实时捕捉雷击事件，并定位雷击点，为后续的故障分析和设备加固提供数据支持。此外，一些光纤传感技术还可以用于监测设备内部的微小放电，这是绝缘老化的早期信号。 环境监测与安全预警： 除了设备本体的监测，光纤传感技术还可以用于监测电力设施周边的环境变化，例如，监测高压线路附近的温度、湿度、风速，以及地下变电站区域的土壤湿度、沉降等，从而提前预警滑坡、洪水等自然灾害对电力设施造成的影响。 从理论到实践：实现“看得见”的电力安全 本书不仅会深入探讨光纤传感技术的原理和应用，更会关注其实际工程应用中的关键问题。我们将从以下几个方面进行详细阐述： 传感器的集成与部署： 如何将光纤传感器与电力设备进行有效集成，保证其长期稳定运行，并避免对设备原有性能产生负面影响，是工程应用中的关键挑战。我们将讨论不同的集成方案，例如，直接敷设、封装保护、嵌入式安装等，以及不同传感器类型在实际部署中的考量。 信号处理与数据分析： 光纤传感系统会产生大量的原始数据，如何高效地对这些数据进行采集、处理、分析，并从中提取出有用的信息，是实现智能化监测的关键。我们将介绍常用的数据处理算法，例如，滤波、去噪、特征提取、机器学习等，以及如何构建数据分析平台，实现实时监测和故障预警。 系统集成与兼容性： 光纤传感系统需要与现有的电力监控系统（SCADA系统、DCS系统等）进行有效集成，实现数据的互联互通。我们将讨论不同通信协议和接口的兼容性问题，以及如何设计开放式的系统架构，方便未来的升级和扩展。 可靠性与维护： 光纤传感系统在电力这种高可靠性要求的场景下，其自身的可靠性和维护性至关重要。我们将讨论影响系统可靠性的因素，例如，光纤的损耗、连接器的稳定性、传感器的寿命等，以及如何制定有效的维护策略，确保系统的长期稳定运行。 案例研究与工程经验分享： 为了让读者更直观地了解光纤传感技术的实际应用效果，我们将选取国内外一些成功的工程案例进行深入剖析。这些案例将涵盖不同设备类型、不同应用场景，并分享其中遇到的挑战、解决方案以及取得的效益，为读者提供宝贵的工程经验。 展望未来：光纤传感赋能智慧电网的无限可能 随着技术的不断发展，光纤传感将在电力领域扮演越来越重要的角色。未来，我们期待看到更加集成化、智能化、网络化的光纤传感系统，它们将能够实现对电力系统全方位的实时感知、精准诊断和智能控制，为构建安全、高效、可靠、绿色的智慧电网奠定坚实的基础。 本书旨在为电力工程领域的科研人员、工程师、技术爱好者提供一个全面、深入的了解光纤传感技术及其在电力工程中应用的平台。我们希望通过本书的阅读，能够激发您对这一前沿技术的兴趣，并为您在未来的工作中提供有力的理论指导和实践参考。让我们一同开启光纤传感之旅，为电力系统的智慧化升级注入澎湃的“光”动力！