基于分布式光纖的架空輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

葉茂

摘要： 在電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，為了電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)效性，也應(yīng)該積極的同檢測(cè)技術(shù)保障的手段，檢測(cè)出變電系統(tǒng)當(dāng)中潛在的問(wèn)題。架空輸電線路導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象作為當(dāng)前電力系統(tǒng)當(dāng)中最為普遍的問(wèn)題，若出現(xiàn)了架空輸電線路導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象，那么便會(huì)直接導(dǎo)致桿塔傾斜甚至坍塌，從而引起導(dǎo)線舞動(dòng)等一些列的問(wèn)題，為人們的正常生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響，為國(guó)家和人民也會(huì)造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。如何有效規(guī)避電路線覆冰危害，已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)電力工作亟待解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 分布式光纖;架空輸電線路;覆冰監(jiān)測(cè)技術(shù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN914.332【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）12-0197-01

引言：嚴(yán)重覆冰和積雪會(huì)導(dǎo)致輸電線路機(jī)械和電氣性能急劇下降，引起線路過(guò)荷載、絕緣子串覆冰閃絡(luò)、線路跳閘、斷線、倒塔、導(dǎo)線舞動(dòng)、發(fā)生不均勻覆冰或不同期脫冰事故和通信中斷等事故等，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。我國(guó)是世界上輸電線路覆冰最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。2008年初，我國(guó)南方部分省市遭受了嚴(yán)重的冰凍雨雪凝凍災(zāi)害，線路跳閘、斷線和倒塔等事故普遍發(fā)生，給南方地區(qū)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力供應(yīng)帶來(lái)極大的影響和威脅，全國(guó)直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)了1000億元。

1輸電線路導(dǎo)線覆冰的成因、分類(lèi)

1.1輸電線路導(dǎo)線覆冰成因

輸電線路導(dǎo)線覆冰并不是固定的，而是一種隨機(jī)、無(wú)法人為控制的一種現(xiàn)象，直接影響了輸電線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。導(dǎo)致輸電線路導(dǎo)線覆冰的因素諸多，受到了地形地貌、氣候環(huán)境等諸多的條件影響。若溫度如何濕度達(dá)到了一定的條件，在風(fēng)力作用的影響和交互之下，那么空氣當(dāng)中的水汽直接被吹到輸電線路當(dāng)中，并且直接造成了輸電線路導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象。

1.2輸電線路導(dǎo)線覆冰類(lèi)型

輸電線路導(dǎo)線覆冰的類(lèi)型一般會(huì)結(jié)合凍結(jié)性質(zhì)分成不同的幾種類(lèi)型和形式，一般當(dāng)前常見(jiàn)的輸電線路導(dǎo)線覆類(lèi)型有凍雪型、結(jié)凍型、霧凇以及雨凇等類(lèi)型。在四種常見(jiàn)的輸電線路導(dǎo)線覆冰類(lèi)型當(dāng)中，雨凇是最具有危害性的一種覆冰手段，其質(zhì)地相對(duì)堅(jiān)硬，附著力非常強(qiáng)，在開(kāi)展導(dǎo)線覆冰處理工作時(shí)也相對(duì)較為困難。針對(duì)凍雪類(lèi)型導(dǎo)線覆冰情況來(lái)看，其危害也相對(duì)較小，其成分一般是以雪片為主，電線附著的緊實(shí)度較低，易于處理。針對(duì)霧凇類(lèi)型導(dǎo)線覆冰情況來(lái)說(shuō)，一般是物理形式的水汽升華并凝結(jié)而出現(xiàn)的晶體形式。針對(duì)混合凍結(jié)類(lèi)導(dǎo)線覆冰是由雨凇和霧凇混合形成的一種內(nèi)容。結(jié)合導(dǎo)線覆冰截面形式，可以將導(dǎo)線覆冰分為圓形、橢圓形、翼形、新月形等。結(jié)合導(dǎo)線覆冰的發(fā)展過(guò)程，可以有效的將導(dǎo)線覆冰分為濕增長(zhǎng)過(guò)程和干增長(zhǎng)過(guò)程。

2基于分布式光纖的架空輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

基于分布式光纖技術(shù)的覆冰監(jiān)測(cè)方法是利用架空輸電線路已架設(shè)的電力通信光纜OPGW中冗余的一芯光纖做傳感器，根據(jù)OPGW的應(yīng)力和振動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)信號(hào)解調(diào)和高精度算法識(shí)別線路覆冰區(qū)段并給出導(dǎo)地線實(shí)時(shí)等值覆冰厚度。該技術(shù)將系統(tǒng)主機(jī)安裝至變電站內(nèi)，有效規(guī)避傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)面臨的電源、通信、環(huán)境問(wèn)題，且裝置安裝無(wú)需登桿，無(wú)需停電。

2.1分布式光纖覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于分布式光纖傳感技術(shù)的覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以光纜內(nèi)部1芯冗余光纖作為傳感器，監(jiān)測(cè)主機(jī)安裝在變電站，線路上無(wú)需要安裝任何傳感器。根據(jù)布里淵光纖原理，輸電線路發(fā)生覆冰后，光纖的溫度和應(yīng)變會(huì)發(fā)生變化，測(cè)量光纖傳感器的多光學(xué)物理量可反映光纖的應(yīng)變和溫度變化，通過(guò)解耦可獲得光纖的應(yīng)變和光纖的溫度分布，從而可計(jì)算得到線路等值覆冰厚度，實(shí)現(xiàn)架空輸電長(zhǎng)距離、全檔距覆冰狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與告警。

2.2分布式光纖覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置方案

由于110kV聶康線和220kV京聶線進(jìn)出220kV聶各莊變電站，220kV高泉線光纖可以通過(guò)跳纖能夠跳到220kV聶各莊變電站，因此電網(wǎng)利用多路復(fù)用技術(shù)，選擇在220kV聶各莊站安裝一套分布式光纖覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三條線路的覆冰狀態(tài)同步在線監(jiān)測(cè)和現(xiàn)監(jiān)測(cè)手段從點(diǎn)到面的突破。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)500kV昌海線覆冰狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，電網(wǎng)選擇在500kV海淀變電站安裝一套分布式覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)110kV聶康線、220kV京聶線、220kV高泉線和500kV昌海線四條線路覆冰狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與覆冰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

2.3覆冰在線監(jiān)測(cè)結(jié)果

針對(duì)此次嚴(yán)重覆冰事件造成的故障，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)生故障跳閘線路區(qū)段與覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的線路最大覆冰厚度位置一致。除覆冰故障區(qū)段現(xiàn)場(chǎng)勘查外，公司根據(jù)分布式光纖覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，啟動(dòng)雨雪冰凍災(zāi)害預(yù)警Ⅲ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，對(duì)覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)告警最嚴(yán)重覆冰線路區(qū)段及相鄰區(qū)段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查與等值覆冰厚度測(cè)量，勘查范圍包括110kV聶康線#116～#127、220kV高泉線#55～#62、500kV昌海線#89～#94、#117～#120。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，覆冰最嚴(yán)重區(qū)段為110kV聶康線#119～#120、220kV高泉線#57～#58、500kV昌海線#93～#94、#117～#118，與系統(tǒng)監(jiān)測(cè)位置一致。等值覆冰厚度測(cè)量方法采用稱(chēng)重法，測(cè)量平臺(tái)包括游標(biāo)卡尺、冰盒、取冰刀、秤等。測(cè)量步驟如下。

綜上可知，分布式光纖覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)所反映的覆冰過(guò)程、發(fā)展趨勢(shì)、覆冰厚度與人工觀冰、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘查情況相符，因此驗(yàn)證了本文系統(tǒng)運(yùn)行的有效性與準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)：與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比，本文技術(shù)徹底解決了輸電線路長(zhǎng)期無(wú)法全線路實(shí)時(shí)在線覆冰監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)范圍由點(diǎn)到面的突破。

參考文獻(xiàn)

[1]黃文燾，邰能靈，胡炎，等.架空輸電線路覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].水電能源科學(xué)，2012，30（10）：157-160.