基于光纖傳感技術(shù)輸電線路在線監(jiān)測(cè)的研究

摘要：輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系到電網(wǎng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)于電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)至關(guān)重要。最初，輸電線路依靠人工巡檢排查線路故障，這種方法浪費(fèi)人力物力，效率低，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。之后，普遍采用無(wú)線傳感設(shè)備，將信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，這種方式方便快捷，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)。但無(wú)線傳感器安全性低，容易受輸電線路高電磁場(chǎng)的干擾。因此，光纖傳感器應(yīng)運(yùn)而生。將光纖傳感器應(yīng)用于輸電線路在線監(jiān)測(cè)能實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的傳輸，真正解決了安全性和實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：覆冰；高壓輸電；光纖傳感技術(shù)

1輸電線路在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)輸電線路在線監(jiān)測(cè)的研究起步比較晚，直到2008年南方遭遇罕見(jiàn)冰霜雨雪災(zāi)害、輸電線路大面積覆冰，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，國(guó)網(wǎng)公司提出了電網(wǎng)線路盡快實(shí)現(xiàn)“周期巡檢”到“狀態(tài)檢修”的轉(zhuǎn)變。由于國(guó)內(nèi)輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不成熟，各個(gè)公司對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的生產(chǎn)沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一直不能大面積投入運(yùn)行。2010年，國(guó)網(wǎng)公司發(fā)布了《輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置通用技術(shù)規(guī)范》。該規(guī)范適用于60kV～1000kV交流線路和±400kV～±800kV直流線路，為企業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)裝置的基本功能、技術(shù)要求、安裝調(diào)試、包裝儲(chǔ)運(yùn)等提供技術(shù)規(guī)范。

2光纖傳感器監(jiān)測(cè)輸電線路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文結(jié)合光纖的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新性的提出了利用光纖傳感原理的輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由安裝于導(dǎo)線或桿塔上的FBG傳感器、光纖復(fù)合架空地線或相線（OPGW、OPPC）、置于變電站內(nèi)的光譜解調(diào)儀、監(jiān)控中心的安裝有監(jiān)控軟件的客戶端構(gòu)成。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，以安裝于桿塔上的FBG傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)置于變電站內(nèi)的FBG解調(diào)儀來(lái)接收光纖光柵返回的布拉格波長(zhǎng)，將FBG解調(diào)儀解調(diào)的數(shù)據(jù)通過(guò)輸電線路光纜傳輸?shù)奖O(jiān)控中心客戶端。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分利用了電力通信網(wǎng)中的光纖資源，實(shí)現(xiàn)了輸電線路可靠在線監(jiān)測(cè)，使電網(wǎng)監(jiān)測(cè)更加智能化。信息采集部分的研究重點(diǎn)是光纖光柵的安裝位置和數(shù)量，該系統(tǒng)將光纖光柵傳感器置于殼體內(nèi)固定在導(dǎo)線或桿塔上，最終通過(guò)光纖將所有的傳感器串聯(lián)在一起焊接在桿塔上的光纜接續(xù)盒中，隨OPGW傳輸?shù)秸{(diào)制解調(diào)儀中。光纖光柵調(diào)制解調(diào)儀是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖光柵反射波長(zhǎng)λB變化的一個(gè)設(shè)備，可以置于距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)200Km外的變電站或監(jiān)控中心內(nèi)，不用考慮電源供電問(wèn)題。本系統(tǒng)采用北京基康科技有限公司生產(chǎn)的 FBG8210便攜式解調(diào)儀。該解調(diào)儀主機(jī)采用波分復(fù)用解調(diào)技術(shù)來(lái)解調(diào)串聯(lián)的FBG陣列，數(shù)據(jù)處理模塊采用高速DPS處理技術(shù)。還可以通過(guò)RS232將數(shù)據(jù)上傳給PC主機(jī)，即監(jiān)控終端。

圖1只是基于光纖傳感器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一種較理想方案。如果考慮成本或?qū)嶋H應(yīng)用問(wèn)題，可采用光源發(fā)射裝置（激光）附于監(jiān)測(cè)點(diǎn)處來(lái)取代解調(diào)儀長(zhǎng)距離發(fā)射光源引起的獨(dú)占整條光纖的問(wèn)題。

3基于光纖傳感技術(shù)的高壓輸電線路覆冰狀態(tài)分析

3.1光纖傳感技術(shù)的選擇

在對(duì)高難度、大范圍的輸電線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，主要有以下三種光纖技術(shù)可供選擇：拉曼散射技術(shù)、光纖布拉格光柵技術(shù)和布里淵散射技術(shù)。其中光纖布拉格光柵技術(shù)是準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)，而拉曼散射技術(shù)和布里淵散射技術(shù)則屬于連續(xù)分布光纖式傳感技術(shù)。

3.2光纖傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)方法

輸電線路受導(dǎo)線覆冰的影響，各線路情況都不一樣。電子傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差，選擇相關(guān)影響因子復(fù)雜，會(huì)對(duì)線路覆冰的預(yù)測(cè)產(chǎn)生較大誤差。而光纖傳感技術(shù)通過(guò)多元性線性回歸分析，可以利用導(dǎo)線風(fēng)偏角、導(dǎo)線拉力、氣象等參數(shù)，使覆冰統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、歸一性，提高了數(shù)據(jù)模型的穩(wěn)定性，使隨機(jī)誤差減少，改善了覆冰監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度不高的問(wèn)題。

3.3光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用

綜合上述分析和比較，光纖光柵傳感技術(shù)明顯比電子傳感技術(shù)更適用于線路監(jiān)測(cè)。在光纖傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，與OPGW和OPPC技術(shù)綜合使用，會(huì)使這個(gè)監(jiān)測(cè)更加完善。之所以需要OPGW技術(shù)進(jìn)行輔助，是因?yàn)槠淇梢詫?duì)覆冰產(chǎn)生直接溶解的效果。在進(jìn)行高壓輸電線路覆冰改造工程中，采用光纖傳感技術(shù)對(duì)高壓輸電線路覆冰狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在變電站通信機(jī)房?jī)?nèi)的計(jì)算機(jī)顯示屏上會(huì)直接出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。高壓輸電工作人員遠(yuǎn)程接收這些數(shù)據(jù)，可以對(duì)導(dǎo)線光柵點(diǎn)的變化情況及溫度有一個(gè)直接的了解。通過(guò)比較導(dǎo)線覆冰溫度和厚度的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)，氣溫與覆冰的厚度，是成反比的。隨著氣溫的上升，覆冰的厚度也會(huì)隨之下降。通過(guò)光纖傳感器獲取數(shù)據(jù)，工作人員可以先對(duì)傳遞過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行處理，然后分析制圖，這體現(xiàn)了光纖傳感技術(shù)具有極大的準(zhǔn)確性和先進(jìn)性。光纖傳感技術(shù)有利于保證高壓輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)工作的順利進(jìn)行，有利于提高工作人員的工作效率，降低工作人員的工作強(qiáng)度。

3.4光纖傳感技術(shù)的特征

光纖傳感技術(shù)以光纖為媒介，以光波為載體，對(duì)信號(hào)的輸入和感知能力強(qiáng)，且不易受到外部環(huán)境電磁波等干擾，氣候、地勢(shì)等自然因素對(duì)其影響也小。另外，光纖傳感器還能實(shí)現(xiàn)光電和電光的自由轉(zhuǎn)換。在各項(xiàng)傳感技術(shù)中，光纖傳感技術(shù)是走在世界前列的。在高壓輸電線路覆冰狀況檢測(cè)中使用光纖傳感技術(shù)，體現(xiàn)了先進(jìn)的社會(huì)生產(chǎn)力和發(fā)達(dá)的現(xiàn)代技術(shù)，是一次大膽的創(chuàng)新與嘗試。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展將提高運(yùn)用的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性放在首位，實(shí)現(xiàn)降低用戶費(fèi)用、節(jié)能減排的目標(biāo)，為輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)指明了發(fā)展方向。今后，輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)該優(yōu)化基礎(chǔ)算法，提高穩(wěn)定可靠性和實(shí)時(shí)性，合理利用能源。

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作者簡(jiǎn)介：

段凈平，身份證：512301197411260816