基于光纖傳感技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的研究

方玄，熊偉

（江蘇法爾勝光電科技有限公司，江蘇 江陰 214400）

0 引言

輸電線路為電力系統(tǒng)的正常運行提供了巨大助力，在其運行中有效地提升了電網(wǎng)可靠性，而保障可靠性就不能忽視對于光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用，借助該項技術(shù)改變了傳統(tǒng)耗費人力物力的人工監(jiān)測方式。本文將是通過針對光纖光柵傳感器設(shè)計、錐形光纖傳感器的設(shè)計、輸電線路在線監(jiān)測中光纖傳感技術(shù)應(yīng)用的簡介，進而促使人們對設(shè)計及技術(shù)的應(yīng)用方面擁有新的認知，在監(jiān)測技術(shù)的完善性方面不斷開辟及創(chuàng)新，進而依靠技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)創(chuàng)造更多價值的目標。

1 光纖光柵傳感器設(shè)計

1.1 光纖光柵性能分析

極光射入單模光纖后，經(jīng)過光纖光柵的“過濾”作用，將會返回特定波長，透射其他波長。而一旦外界環(huán)境溫度、應(yīng)力等發(fā)生變化時，光柵周期也將隨之改變，受這部分因素的影響，極光的折射率也會發(fā)生細微的變化，進而影響到光纖光柵性能的發(fā)揮。

1.2 光纖光柵溫度應(yīng)力交叉

光纖光柵傳感器溫度應(yīng)力交叉的問題點，對于光纖光柵性能方面產(chǎn)生的影響作用是巨大的。而為了解決此方面的問題點，將需要從以下環(huán)節(jié)進行強化：

第一，溫度補償法的使用，利用技術(shù)手段予以剔除溫度影響的應(yīng)用，同時，此種方法應(yīng)用時，將對于光纖傳感器設(shè)計過程中性能指標的精度要求極高。

第二，雙波長矩陣法通?？煞譃闇囟葏⒖脊鈻欧?、雙光柵法等，其原理為通過一定方式在一個傳感頭中獲得兩個不同步拉格波長，并通過檢測兩個不同步拉格波長的位移來實現(xiàn)溫度不敏感測量、應(yīng)變及溫度同步測量的應(yīng)用。

第三，雙參量法的應(yīng)用，進一步要復雜得多，需要將溫度、應(yīng)力呈線性關(guān)系的參量與光纖光柵進行結(jié)合，組成矩陣方程后，通過方程求解的方式，才能夠獲得所需的應(yīng)力值與溫度值。

1.3 光纖傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光纖光柵傳感器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含光纖復合架空地線及相線、相關(guān)監(jiān)控軟件等。通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)環(huán)環(huán)相扣式針對波長全方位式的監(jiān)控、監(jiān)測的應(yīng)用，進而達到及時性發(fā)現(xiàn)異常、實時警報的目的。通常，F(xiàn)BG傳感器需要安裝在桿塔上，進一步通過解調(diào)儀的應(yīng)用，促使返回的布拉格波長予以接收，進而搭乘輸電線路光纜后，才能夠快速、有效性實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。

2 錐形光纖傳感器設(shè)計

2.1 錐形光纖傳感器解決交叉敏感

光纖光柵的應(yīng)用中，光纖光柵交叉敏感的現(xiàn)象，不可避免，此種現(xiàn)象發(fā)生時，溫度環(huán)境和應(yīng)力環(huán)節(jié)，也將受到極大的影響。而為了解決此方面的問題點，經(jīng)過人們長期性地探索發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用兩個光纖光柵，使其形成均勻的錐形形狀后，光纖光柵交叉敏感的現(xiàn)象，將能夠得到有效解決。同時，錐形應(yīng)用中，光纖光柵反射波長與應(yīng)力之間存在一定的線性關(guān)系，一旦傳感器受應(yīng)力和溫度影響時，光纖波長可以表示為布拉格波長溫度和應(yīng)力之間的敏感系數(shù)。

2.2 錐形光纖在輸電線路監(jiān)測中的應(yīng)用

錐形光纖應(yīng)用于輸電線路中，能夠?qū)崿F(xiàn)對于輸電線路覆冰、舞動等方面異常的實時檢測，通過FGB傳感器的應(yīng)用、光纜熔接或光纜保護的應(yīng)用，將能夠達到提升覆冰、舞動等異常檢測能力的目的。通過此些設(shè)備的合理搭配，輸電線路異常檢測工作才能夠得到有力的保障。

實際輸電線路監(jiān)測環(huán)節(jié)，將FGB覆冰傳感器布設(shè)在桿塔的頂端，通過ADSS和光纖復合架空線路的應(yīng)用，通過OPGW光纜接線盒、光纖解調(diào)儀的應(yīng)用，得以促使線路與監(jiān)控中心之間實現(xiàn)有效性連接后，可以有效完成傳感監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。

2.3 BOTDR技術(shù)

BOTDR技術(shù)將是光纖傳感器分布式設(shè)計的重要理論基礎(chǔ)，眾所周知，不均勻的介質(zhì)當中，光的傳播會出現(xiàn)散射現(xiàn)象，進而影響到頻率和強度的變化。基于這一特點，耦合器應(yīng)用在接收激光器和傳感光之后，將會借助脈沖測定完成分布溫度和應(yīng)變的測量工作，通過此種方法的應(yīng)用，不僅監(jiān)測效率得到提升，而且監(jiān)測質(zhì)量方面，也才能夠得到保障的力量[1]。

3 輸電線路在線監(jiān)測中光纖傳感技術(shù)的實現(xiàn)

3.1 監(jiān)測軟件需求分析

輸電線路在線監(jiān)測的目的，將是實時測量、分析線路運行情況。一旦線路存在覆冰、桿塔傾斜等異常，致使線路受損，影響正常輸電工作時，帶來的影響度及損失度必將難以估量。同時，電信號傳感器使用過程中，受到強電磁干擾時，監(jiān)測的精準度也將處于極為低下的狀態(tài)。為了克服電磁干擾的影響，錐形光纖傳感器被研發(fā)出來，并應(yīng)用到實際監(jiān)測過程中，通過錐形光纖傳感器的應(yīng)用，即使遇到再強的電磁干擾時，測量精準度也不會受到影響。

輸電線路正常運行中，線路受到覆冰、振動等惡劣自然條件影響時，輸電效率、輸電質(zhì)量方面，將會受到極大的影響。為此，實際監(jiān)測軟件設(shè)計時，予以通過用戶管理模塊、信號接收模、系統(tǒng)管理模塊、信息顯示模塊的應(yīng)用，促使各模塊之間相互配合、相互協(xié)作后，才能夠促使監(jiān)測軟件的效力作用發(fā)揮出來。同時，通過有效性監(jiān)測工作的開展，線路危險得到有力的預防后，線路正常運行才能夠得到保障的力量[2]。

3.2 用戶管理模塊

用戶管理模塊的應(yīng)用，是用戶身份信息識別和權(quán)限管理的基礎(chǔ)，使用此模塊時，用戶登錄用戶個人信息，管理員用戶則登錄管理員用戶名和密碼，不同的身份具有各自不同的權(quán)限，才能夠避免操作混亂的局面出現(xiàn)，同時，模塊應(yīng)用環(huán)節(jié)，才能夠得以有序性地開展及實施。

此外，用戶區(qū)分為普通用戶和管理用戶，管理用戶則分為普通管理和高級管理，通過此種分類別、分權(quán)限的方式，模塊的應(yīng)用、管理工作等才能夠得以井然有序式地開展。而一旦越權(quán)時，操作系統(tǒng)混亂的局面發(fā)生時，帶來的影響度將難以想象。例如：普通管理者進入監(jiān)測參量設(shè)置的界面當中，誤操作、刪除掉導線等重要信息，系統(tǒng)處于癱瘓的情形中，無法監(jiān)測到線路實況、獲知具體線路損壞區(qū)域，用電受到影響時，帶來的損失將難以想象。為此，身份識別和權(quán)限的設(shè)置環(huán)節(jié)至關(guān)重要[3]。

3.3 信號接收模塊

信號接收模塊主要負責數(shù)據(jù)信號接收、處理工作，將對于信息正常傳輸環(huán)節(jié)，帶來的影響將是巨大的。信號接收環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過光纖解調(diào)儀轉(zhuǎn)換功能，通信協(xié)議的應(yīng)用，進一步實現(xiàn)計算機終端有效性對接的應(yīng)用后，數(shù)據(jù)的傳遞和接收的工作，才能夠得以圓滿完成。

與此同時，監(jiān)測軟件需要針對接收數(shù)據(jù)情況進行檢測，確保數(shù)據(jù)的速率、實時性等達到標準要求所需。而數(shù)據(jù)信號的分析環(huán)節(jié)，需要利用信號解析處理來完成，促使各種信號數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性獲得有效性分析后，才能夠進一步獲得輸出線路所處的真實環(huán)境信息。例如，輸電線路遭受覆冰時，傳感器得以將覆冰情況生成數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮漳K當中，接收模塊收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，進一步針對數(shù)據(jù)信息進行解析后，覆冰質(zhì)量和覆冰厚度等才得以被用戶獲知[4]。

3.4 系統(tǒng)管理模塊

第一，系統(tǒng)管理模塊主要負責數(shù)據(jù)信息存儲、回傳的管理工作。管理者進入管理界面，即可以查看到傳感器信息、線路信息等，即可以針對歷史數(shù)據(jù)進行瀏覽。同時，管理人員通過添加、修改傳感器和線路參量的方式，將可以獲得所需的全新數(shù)據(jù)信息。

第二，為了保證數(shù)據(jù)庫信息的時效性，管理模塊之間具有嚴密的邏輯關(guān)系，將不可以隨便調(diào)整，以防錯誤和混亂的情形出現(xiàn)。為此，實際軟件編寫過程中，需要針對模塊之間的邏輯關(guān)系作考量，并予以固定、不可更改后，才能夠避免模塊混亂運作的局面出現(xiàn)。

作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，索引方式需簡單、快捷，查閱的便利性、效率等方面才能夠得到有力地提升。針對管理用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)予以顯示，避免無關(guān)信息干擾后，信息獲取的精準度才能夠得以提升[5]。

3.5 信息顯示模塊

信息顯示設(shè)計時，得以通過簡潔、人性化的設(shè)計，將進一步有利于信息識別工作的開展。

首先，表盤設(shè)計時，顏色種類、色調(diào)等盡可能以消除人體疲勞為原則進行設(shè)計，減少色彩反差后，由于視覺誤差所引發(fā)判定失誤的情形才能夠減少。

其次，界面的排版簡潔明了，各項目之間的距離、區(qū)域的劃分等都將需要模擬用戶的使用環(huán)境進行設(shè)計，以準確、便利操作為前提進行設(shè)計，促使操作簡便、操作順暢后，用戶的滿意度才能夠提升[6-7]。

4 結(jié)語

通過光纖光柵傳感器的設(shè)計、錐形光纖傳感器的設(shè)計、光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用等，輸電線路的正常運行才能夠獲得有力保障。同時，未來的發(fā)展過程中，技術(shù)的創(chuàng)新將是亙古不變的部分，依靠現(xiàn)代化技術(shù)的力量，進一步發(fā)揮人才的潛能，集結(jié)相應(yīng)的人力、物力資源，在管理、工藝方面不斷開拓、不斷優(yōu)化及改善，探索出適宜性的發(fā)展道路及舉措，促使輸電線路輸電效率、可靠性提升，才能夠為社會、經(jīng)濟的發(fā)展貢獻力量。