Development and Construction of 345 kV Power-Optical Fiber Composite XLPE 2,500 mm2 with Prefabricated Joint

Due to the increasing demand of replacing large capacity overhead lines with underground cables in Korea, KEPCO （Korea Electric Power Corporation） and LS Cable （LS Cable ＆ System） have developed 345 kV optical fiber composite XLPE （cross-linked polyethylene） 2,500 mm2 cable system. This system has been installed in Cheongna district of Incheon city. KEPCO and LS Cable are also planning to build the cooling system in a tunnel in order to reduce the ambient temperature caused by currents. In this paper, the process of development, field installation, and final inspection test of the complete system will be described.

井中永置式套管外三分量光纤MEMS地震检波器研究

针对非常规油气井套管外永置式微振动监测,研制了一种基于光纤法布里帕罗(F-P)干涉原理和微机电(MEMS)技术的三分量光纤MEMS地震检波器,将微地震信号转化为F-P腔长的变化,通过超快光谱探测技术和动态白光干涉解调技术实现高速解调。设计并理论仿真了μm/g量级的高灵敏度MEMS加速度芯片,突破大深度双面套刻工艺完成芯片样品制造。采用高集成度小型化结构设计、无胶封装工艺设计和陶瓷微加工工艺实现25 mm微型外径,满足套管外永置式安装要求,提高了高温检测精度。在实验室完成了检波器与标准电学加速度计的性能对比测试,结果表明:检波器可耐受175 MPa高压和180℃高温,灵敏度分别为1.2382,1.2590,1.0862μm/g,工作频带为0~350 Hz,量程为±5 g,线性度误差<0.01%,抗横向串扰能力<5%。研制的检波器耐高温高压、尺寸小巧、灵敏度高、线性度良好,在非常规油气井储层压裂改造和采油气生产过程中,永置式套管外的三分量光纤MEMS地震检波器可以发挥重要的监测作用。

基于光纤传感技术的工程监测应用研究

光纤传感技术作为当前热门技术之一,在工程监测领域有着许多重要应用。通过探讨光纤传感技术在工程形变监测中的应用案例,展示了其在工程监测领域的重要性。光纤传感技术利用光纤作为传感元件,可以实现对形变的连续、实时监测,并提供高精度的监测数据。通过布设应变光缆和温度补偿光缆,在合璧津高速公路K134段高架桥上进行了监测实验。结果表明,光纤传感技术能够准确评估结构的变形情况,并通过温度补偿算法消除了温度变化对数据的影响。通过几何方法计算沉降位移,可以实现对沉降位移的估算。

接头电阻对CORC电缆交流损耗的影响分析

采用第二代高温超导(HTS)带材绕制的CORC电缆具有载流能力高、力学性能好等优点,是制造核聚变磁体的理想电缆之一。然而,当由CORC电缆制造的核聚变磁体闭环运行时,现有的工艺很难保证每根CORC电缆的超导带材的接头电阻完全相同,这会对CORC电缆的交流损耗等电气特性产生重要影响。因此,该文搭建了含接头电阻的CORC电缆的三维有限元模型,分析了接头电阻对CORC电缆交流损耗的影响。结果表明,当CORC电缆传输交流电流时,不均匀的接头电阻将导致CORC电缆三根超导带的电流分布不均匀,进而增加了电缆的总体交流损耗。此外,得到了CORC电缆的交流损耗总是随着接头电阻不均匀程度的增加而增大的分析结果。

新型光纤加加速度传感器在振动台试验中的应用

目前在结构振动和地震动测量中,主要关注位移、速度和加速度响应,而忽略了加速度的微分(即加加速度)。结构的加加速度响应与舒适度和结构损伤演化密切相关,已经开始受到工程技术人员的重视。在土木工程领域,加加速度传感器尚未被成熟地应用于工程项目或结构试验中。介绍了一种基于微分Mach-Zehnder干涉仪的新型光纤加加速度传感器,可直接测量结构的加加速度响应。将该传感器直接布置于振动台台面进行了0.1~100.0 Hz的正弦扫频校准振动测试,试验结果证明该传感器具有良好的工作性能,由采集的加加速度积分获取的加速度时程与振动输入的相关系数达到了0.976。同时,将该加加速度传感器应用于某超高层模型结构的振动台试验,采集超高层结构加加速度时程响应。试验结果表明该超高层结构顶部的加加速度放大效果超过了6倍,鞭梢效应显著。试验中采集的加加速度响应也为进一步开展该抗震新参量的研究提供了数据支撑。该新型光纤加加速度测量仪器在地震工程领域具有广阔的应用前景。

高填方引调水工程渗漏连续监测方法研究

针对高填方引调水工程提出适于工程结构破坏预警的方法。通过建立室内试验模型在强透水层砂砾石层与弱透水层黏土层之间增设不透水层,分层埋设加热电缆和分布式光纤得到不同工况下渗透破坏的监测数据,对比分析增设不透水层以后的渗透破坏试验结果、现象及渗透路径的变化,确定渗漏破坏与光纤监测数据之间的关联。采用分布式光纤可以测量得到堤基土体的温度场,根据温度的差异,可以判断得到堤基可能发生管涌且已经发生管涌的位置;不同程度的渗漏破坏,对应不同的温度场,渗流流量越大,温度场的差异越明显。

基于^(6)LiF/ZnS(Ag)和导光束的微型耐高温中子探测器设计与测试

堆内中字注量率的测量对于反应堆的安全运行至关重要。闪烁体光纤中子探测器因其工作稳定、抗干扰能力强以及能够深入狭窄空间的特性在堆内中字注量率在线监测中发挥重要作用。将^(6)LiF/ZnS(Ag)混合材料和导光束相结合,设计了一种微型耐高温中子探测器。使用蒙特卡罗软件Geant4和光学仿真软件Trace Pro完成了探头结构的优化设计,并采用毛细玻璃管解决了粉末状闪烁材料在形状应用上的限制,显著提高了光产率。利用中国核动力研究院零功率实验堆和南华大学中子实验放射源进行了性能测试,结果表明探测器高温工作稳定性好、计数率高、响应灵敏以及γ抑制能力强,具备相对中字注量率在线监测能力,为将来适用于更高温度环境的高计数率微型闪烁体中子探测器的研制奠定了坚实基础。

基于微纳光纤谐振环的温度传感器研究

该项工作制作并验证了基于微纳光纤结型谐振环的高灵敏度且扩大测量范围的温度传感器。在微纳光纤谐振环中产生多个模式并参与谐振,多个模式谐振的光谱相互叠加,形成带包络的游标光谱。通过提取游标光谱的包络线,实现高灵敏度的温度测量,灵敏度高达-10 nm/℃。但计算得到利用游标光谱时的温度测量范围仅约为4℃。为解决测量范围过小的问题,将包络光谱与单一频率组分对应的谐振光谱相结合,使测量范围扩大至约20℃。相比于单一频率组分对应的谐振光谱,利用游标包络光谱实现了灵敏度约1600倍的放大。该方案利用游标效应提高温度测量灵敏度的同时,利用单一频率组分对应的谐振光谱扩大了游标光谱的温度测量范围,提高了传感器的性能和实用性。

基于偏振控制算法的电缆局部放电光纤传感定位

为提高长距离高压电缆局部放电信号光纤检测的可靠性和定位精度,解决分布式光纤传感系统中的偏振衰弱和相位漂移问题,搭建接入偏振控制器的光纤传感检测系统模型对电缆局部放电超声特性进行分析,提出了一种基于改进偏振控制的自适应矩估计最大值优化算法(adaptive moment estimation max,Adamax).通过调整偏振控制器的驱动电压以减小偏振衰弱,基于MATLAB对算法的衰减率、噪声幅度、控制精度等参数进行仿真计算,结果表明改进算法比Adam算法平均迭代步数降低了约35%,控制收敛精度可达到10-4级.在15 km高压电缆系统进行了光纤传感局部放电定位检测实验,结果表明改进的偏振控制算法定位精度为±12 m.验证了分布式光纤传感系统中偏振控制器和改进算法的可靠性和定位精度,为基于大数据的高压输电设备绝缘状态监测提供技术支撑.

高速铁路箱梁伸缩缝位移传感器研究

高速铁路箱梁状态对轨道平顺性和行车安全具有决定性作用。由于箱梁滑移变化缓慢且微小,同时需克服电力牵引产生的强电磁干扰,实现自动化监测面临较大挑战。该问题的难点在于箱梁伸缩缝的起始缝宽不同,只有实现等精度测量,才能使不同箱梁伸缩缝的变化具备可比性。本文设计了一种光学低相干高速铁路箱梁伸缩缝位移传感器,在实验室条件下进行了抗振动性能测试,验证了传感器在常见低频振动工况下的性能,并在京津城际高速铁路简支箱梁伸缩缝的监测中应用。结果表明:受日照和温度的影响,箱梁伸缩缝上下表面的位移差异可达150μm,传感器的实测长期监测精度可达50μm。研究成果为实现高速铁路箱梁伸缩缝自动化监测提供了参考借鉴。

特高压直流线路带电融冰系统研制及工程应用

为避免覆冰引起线路跳闸事故,且在融冰时不影响线路运行,论文研发了特高压线路地线和光纤复合架空地线(OPGW)的带电融冰系统,包含融冰电源、融冰装置、过电压保护系统、OPGW与地线回路。开展了OPGW/地线融冰参数校核、融冰装置参数校核,换流变压器、平波电抗器、桥臂过电压保护器选型,融冰线路绝缘化改造和绝缘配合设计,研发了特高压线路OPGW带电融冰系统。现场实测表明,融冰回路双端开路时,OPGW/地线感应电压可达13.7 kV,融冰回路单端接地时,感应电压降低至0.6 kV。计算表明,带电融冰装置选定额定参数10 kV/10 MW,可满足现场融冰要求。OPGW/地线表面覆冰为非规则形态,冰凌长度、直径、厚度的增长为非线性变化过程。现场实测表明,融冰装置输出260 A直流电流75 min后,OPGW最高温度升至20.7℃,安全地完成了特高压线路带电融冰。论文研制的特高压线路OPGW的带电融冰系统,为特高压直流线路在雨雪冰冻天气间安全运行提供了保障。

一种全光纤Fabry-Perot型高温应变传感器

本文研制了一种全光纤Fabry-Perot型高温应变传感器,将两根制备好的单模光纤穿入空芯光纤构成非本征Fabry-Perot干涉仪(EFPI),使用白光干涉解调仪测量EFPI腔长,通过求解EFPI腔长相对测点距离的变化得到被测件应变。通过开展等强度梁和高温力学试验机试验验证,该传感器在常温下的应变测量准确度优于3%,耐高温能力不低于1100℃,可满足我国航天飞行器研制、试验、生产和应用等各阶段高温应变测量需求。

玄武岩纤维在高温环境下的耐久性研究

对国内生产的3种连续玄武岩纤维的耐高温性能进行了研究。玄武岩纤维单丝拉伸强度表明,随着温度的升高,玄武岩纤维的耐高温性能变差,并且高温处理后质量有所损失。通过对比几种连续玄武岩纤维的质量损失率发现在高温过程中纤维表面的浸润剂也随之分解。显微镜观察纤维形貌发现,700℃高温处理后,3种玄武岩纤维的直径均略有减小,纤维的颜色发生改变。

玻璃纤维增强酚醛树脂基复合材料的耐高温性能研究

针对拉挤工艺制备的玻璃纤维增强酚醛树脂基复合材料,研究了不同温度对材料外观形貌的影响及材料厚度、树脂含量、填料种类和玻璃纤维纱软化点等因素对材料耐高温性能的影响。结果表明,玻璃纤维增强酚醛树脂基复合材料在按照标准升温曲线加热过程中经历了4个阶段的变化,材料厚度越厚、树脂含量越高、玻璃纤维纱软化点越高及选用可瓷化填料等有利于提高制品的耐高温性能。

电缆隧道分布式光纤测温装置安装预算定额研究

现有电力建设预算定额缺少电缆隧道分布式光纤测温装置的计价依据,本文依托郑州圃田220千伏电缆隧道监控工程,系统研究分布式光纤测温装置工作原理和设备安装工艺流程,对安装过程各个工序的人工、材料、机械消耗量进行现场调研与实测,编制得到分布式光纤测温装置安装预算定额,与相似定额对比,补充定额更加贴近工程实际,具有良好的适用性。

玄武岩纤维增强建筑结构灌浆料的耐高温性能

以短切玄武岩纤维的掺加量和长度为研究要素,评估了掺入玄武岩纤维的高强灌浆料在经历不同热处理温度和300℃热震处理后的强度损失、体积变化及质量变化。研究表明,玄武岩纤维可有效改善热处理后灌浆料的强度比,尤其是抗折强度比,并可降低热处理后灌浆料的收缩和质量损失。经过300℃热震处理后,玄武岩纤维不仅能提高灌浆料的抗压强度比,还能显著减少体积膨胀现象。

环境温度对超高韧性地聚合物复合材料抗冲击性能的影响

研究了不同NaOH溶液浓度(8、10、12、14 mol/L)的超高韧性地聚合物复合材料(UHTGC)在常温(20℃)、高温(50、100、200℃)、低温(-20、-40、-60℃)环境下的抗冲击性能。结果表明:在常温环境下,随着NaOH溶液浓度的增大,UHTGC试件的抗冲击性能呈先增后降的趋势,最佳NaOH溶液浓度为12 mol/L;在高温环境下,随着NaOH溶液浓度的增大,UHTGC试件的抗冲击性能不断提高,当NaOH溶液浓度为14 mol/L时,UHTGC试件的峰值冲击荷载和冲击耗能均相对最大;在低温环境下,随着NaOH溶液浓度的增大,UHTGC试件的峰值冲击荷载呈先增后降的趋势,冲击耗能呈增大趋势,另外,随着低温温度的降低,UHTGC试件的冲击耗能逐渐增大。

基于光纤传感技术的冶金设备高温变形检测方法

为了降低冶金设备高温变形检测偏差,提出基于光纤传感技术的冶金设备高温变形检测方法进行研究。针对光纤传感技术的基本原理进行分析,选取脉冲预泵浦布里渊光时域分析法作为光纤传感技术,并展开光纤传感器安装和布置方案设计。为实现后续的变形检测,确保采集数据信号质量,采用平均值法展开处理。在此基础上,利用所选光纤传感技术,完成冶金设备高温变形检测。结果表明:该方法可有效降低冶金设备高温变形检测偏差,具有较高的检测精度。

苏里格区域抗高温滤失型纤维堵漏技术研究与应用

为满足油气当量稳步增长需求,长庆油田苏里格气田区域恢复了长期注采区、储层断裂带区的钻井施工作业。由于区块长期注采地层压力衰减、加之地层存在天然裂缝,且呈现三维无规律分布,导致钻井井漏复杂急剧增加。据统计,2022年长庆钻井总公司在苏里格区域的施工井共有28口发生大型漏失。其中,苏36、苏5、苏46、苏14等区块存在裂缝漏失带,堵漏及复杂时效长达4 000多小时,导致钻井成本大幅增加。2022年,通过试验高失水纤维堵漏浆体,在治理上部地层漏失时效果显著,但随着井深增加,井温逐步升高,该堵漏浆体在下部地层出现漏失堵漏时存在抗温能力不足、加量在25%以上堵漏浆体稳定性变差,且反复堵漏后对下部储层污染严重问题。为此,研究了一种适宜苏里格区域、抗高温滤失型纤维堵漏技术及施工工艺,现场试验使用了9口井,单井堵漏时效提高16%,单井减少堵漏费用12万元,明显提高了大型及失返性井漏堵漏成功率,实现高效堵漏。

特种功能电线电缆用防火涂料的制备及性能测试研究

本研究旨在优化聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)的传统膨胀阻燃配方基础上,通过添加二氧化钛和氧化铝硅纤维,制备得到一种新型膨胀阻燃体系的防火涂料。本文充分分析、讨论了该防火涂料的阻燃特性和物理性能。通过实验可知,制备得到的防火涂料具有抵御快速升温和1100℃高温的能力,抵御温度比国家标准要求高出40℃。本研究制备的防火涂料可进一步应用于石油、电信、军事、隧道和电力等用途的电缆和电线产品。