摘要
在海底电缆的长距离局部放电检测领域，亟需一种能够在多个关键位置部署的远程解调分布式检测技术，以克服单点测量的局限性。高压海底电缆的工厂接头是局部放电的高风险部位，而长距离光纤声学传感技术在在线监测方面具有最大的应用潜力。然而，由于接头处的聚合物绝缘结构具有粘弹性，声音的传播距离受到极大限制，非多点测量无法实现对检测区域的有效覆盖。本文提出了一种准分布式远程解调传感系统，该系统同时利用光纤干涉仪和分布式反馈光纤激光器作为传感器，从而实现高灵敏度的准分布式局部放电检测。分布式反馈光纤激光器本身对应变极为敏感，而由干涉仪臂构成的多根光纤线圈也对应变非常敏感。二者都会因聚合物固体中局部放电产生的声场所引发的微小应变而发生调制，导致光波出现相位偏移，随后通过干涉仪系统进行内建式解调，从而提取出由放电引起的振动信号。理论分析表明，灵敏度会随着不平衡臂的长度增加而提升，但其上限受激光相干性和光学衰减的限制；在局部放电频段内，最佳的不平衡长度应在200米以下——这一设计原则同样适用于芯片上的干涉仪传感器。为了降低光学损耗并提高条纹可见度，干涉仪线圈采用了抗弯曲光纤。同时，还设计了三种光纤线圈结构方案，以提高对声学信号的检测灵敏度。仿真结果根据杨氏模量生成了频率响应等高线图，结果显示实心缠绕线圈具有最高的振幅和最宽的带宽，其最佳响应频率约为50千赫兹。实验结果表明，在这三种结构类型中，实心缠绕线圈的响应比率也是最高的。最后，在220千伏海底电缆的中间接头上进行的测试中（系统安装在金属护套内部），分布式反馈光纤激光器区域可检测到的最低放电电平为6.75皮库仑，而光纤线圈则为12.66皮库仑；当系统安装在金属护套外部时，光栅区域的最低检测放电电平为53.2皮库仑，光纤线圈则为89.6皮库仑。
