光纖傳感技術憑借其抗電磁干擾、絕緣性能好、體積小、可實現(xiàn)分布式測量等獨特優(yōu)勢，在電力設備狀態(tài)監(jiān)測領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。哈爾濱理工大學趙洪教授及其團隊長期致力于該領域的理論與應用研究，取得了一系列創(chuàng)新性成果，并積極推動相關教學設備的研發(fā)，促進了產(chǎn)學研的深度融合。本文將介紹其團隊若干關鍵研究課題，并闡述教學設備開發(fā)的意義與進展。
一、 核心研究課題介紹
趙洪教授團隊的研究緊密圍繞電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行的需求，聚焦于以下幾個前沿方向：
- 電力變壓器/電抗器內(nèi)部熱點與局部放電光纖監(jiān)測技術：變壓器是電網(wǎng)的核心設備，其內(nèi)部過熱和局部放電是導致故障的主要原因。團隊研究開發(fā)基于光纖布拉格光柵（FBG）和分布式光纖傳感的溫度與超聲傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)變壓器繞組熱點、油溫及局部放電源的精準定位與實時監(jiān)測，為變壓器狀態(tài)評估與故障預警提供新手段。
- 高壓電纜運行狀態(tài)分布式光纖監(jiān)測技術：針對城市電網(wǎng)中日益重要的高壓電纜線路，研究利用拉曼散射、布里淵散射等原理的分布式光纖傳感技術，實現(xiàn)對電纜導體溫度、載流量、應變以及外力破壞（如施工挖斷）的全程、在線、分布式監(jiān)測，提升電纜線路的運維智能化水平與供電可靠性。
- GIS/SF6開關設備氣體狀態(tài)光纖傳感監(jiān)測：氣體絕緣開關設備（GIS）中SF6氣體的密度、微水含量是關鍵狀態(tài)參數(shù)。團隊探索基于光纖法珀腔、光子晶體光纖等新型傳感器，研制微型化、高精度的氣體密度與濕度傳感器，替代傳統(tǒng)的機械式表計，實現(xiàn)信號的無源、遠程傳輸與數(shù)字化管理。
- 新能源發(fā)電設備（如風機葉片）結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測：將光纖傳感技術拓展至新能源領域，研究在大型風力發(fā)電機葉片內(nèi)部嵌入FBG傳感器網(wǎng)絡，監(jiān)測其制造、運輸、安裝及運行全過程的結(jié)構(gòu)應變、振動與損傷，為葉片的結(jié)構(gòu)安全、壽命預測與優(yōu)化維護提供數(shù)據(jù)支撐。
- 多物理量融合感知與智能診斷算法研究：不僅關注傳感器本身，更致力于多源光纖傳感數(shù)據(jù)的融合處理。研究基于機器學習、深度學習的算法模型，對溫度、應變、振動、聲波等多維度監(jiān)測信息進行綜合分析，實現(xiàn)電力設備早期故障的智能識別、診斷與趨勢預測。
二、 教學設備的研究開發(fā)與意義
為推動人才培養(yǎng)與科研成果轉(zhuǎn)化，趙洪教授團隊高度重視將前沿研究成果轉(zhuǎn)化為實驗教學設備：
- 開發(fā)目標：旨在研制一系列原理清晰、操作性強、貼近工程實際的光纖傳感技術教學實驗平臺。這些設備能夠直觀展示光纖傳感的基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成、標定方法以及在電力設備模擬場景下的應用，彌補傳統(tǒng)電氣測量教學在新型傳感技術方面的不足。
- 代表性教學設備：
- 光纖傳感基礎實驗系統(tǒng)：包含F(xiàn)BG、分布式光纖等基礎傳感器件，配套光源、解調(diào)儀及軟件，供學生完成波長解調(diào)、溫度/應變傳感等基礎實驗。
- 變壓器模擬裝置光纖測溫實驗平臺：搭建小型變壓器模型或繞組模擬裝置，集成FBG測溫網(wǎng)絡，學生可學習傳感器布設、溫度場監(jiān)測與熱點分析。
- 電纜模擬光纖分布式監(jiān)測實驗系統(tǒng)：利用模擬電纜和分布式光纖傳感分析儀，演示長距離溫度、應變監(jiān)測，以及故障點（如加熱模擬過熱點）的定位。
- 局部放電光纖超聲檢測教學模塊：結(jié)合局部放電發(fā)生器和光纖超聲傳感器，展示非電學方法檢測放電信號的原理與過程。
- 重要意義：
- 教學促進：將科研成果“反哺”教學，使學生接觸學科前沿，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維與實踐動手能力，為電力行業(yè)輸送掌握新型監(jiān)測技術的復合型人才。
- 科研銜接：教學設備可作為初級研究平臺，激發(fā)學生科研興趣，引導其進入更深入的課題研究，形成教學與科研的良性循環(huán)。
- 技術推廣：通過教學設備向來自電力企業(yè)的培訓學員展示技術優(yōu)勢，加速光纖傳感技術在電力行業(yè)的認知普及與應用推廣。
哈爾濱理工大學趙洪教授團隊在基于光纖傳感的電力設備檢測領域的研究，既瞄準了學術前沿與技術難點，又注重工程應用與人才培養(yǎng)。其系列研究課題的深入開展，為我國電力設備智能化運維提供了重要的技術儲備；而與之配套的教學設備研發(fā)，則夯實了人才培養(yǎng)的基石，實現(xiàn)了知識創(chuàng)造、技術革新與教育傳承的有機統(tǒng)一，對推動電力行業(yè)技術進步與學科發(fā)展具有積極而長遠的影響。
