基于光纖傳感的輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用評(píng)述

范俊輝

摘要：輸電線路覆冰會(huì)導(dǎo)致線路和桿塔的過荷載、線路舞動(dòng)、斷線和絕緣子覆冰閃絡(luò)等事故，嚴(yán)重影響輸電線路的機(jī)械和電氣性能，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)還嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。監(jiān)測輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)以估計(jì)覆冰所造成的威脅，為線路的防冰和除冰提供必要的決策支持，及時(shí)采取相應(yīng)的措施以抑制覆冰造成的危害顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：輸電線路;覆冰事故;覆冰監(jiān)測;光纖傳感技術(shù)

引言

近年來，氣象災(zāi)害事故的頻頻發(fā)生給電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。其中，導(dǎo)線覆冰是冬季線路發(fā)生故障的主要原因，輸電線路覆冰輕則導(dǎo)致絕緣子串冰閃跳閘、相間閃絡(luò)跳閘等短期事故，重則可導(dǎo)致桿塔傾斜倒塌、線路金具損壞、線路斷線等嚴(yán)重事故，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。輸電導(dǎo)線覆冰監(jiān)測方法主要有稱重法、圖像檢測法、導(dǎo)線傾角法等。現(xiàn)有的監(jiān)測裝置多采用電子式傳感器，存在監(jiān)測裝置的供電問題、通信問題和強(qiáng)電磁環(huán)境下系統(tǒng)工作可靠性問題等。

1高壓輸電線路覆冰的原因

人為和自然因素都可能導(dǎo)致高壓輸電線路出現(xiàn)覆冰情況。高壓輸電線路覆冰主要是由天氣、海拔等自然因素引起的，一些緯度較高的地區(qū)本身氣溫偏低，在季節(jié)和海拔的等因素的綜合作用下，輸電線路就出現(xiàn)了覆冰現(xiàn)象。除此之外，工作人員在對(duì)線路覆冰厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，忽視了線路能承受的限度以及可能出現(xiàn)的天氣情況，從而導(dǎo)致了線路覆冰情況的出現(xiàn)。

2光纖傳感的輸電線路覆冰監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

2.1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)。

2.2基于光纖傳感的覆冰監(jiān)測

隨著光纖傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳感技術(shù)的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，其在輸電線路覆冰監(jiān)測中的應(yīng)用也越來越廣，利用光柵傳感器、ADSS光纜、光纖復(fù)合架空地線（OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW）和光纖復(fù)合相線（OpticalPhaseConductor，OPPC）等媒介進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測。線路覆冰時(shí)，由于冰的比熱容與線路的相差較大，冰層會(huì)吸收能量且冰層表面會(huì)發(fā)生漫反射，反射部分太陽輻射，覆冰段所吸收到的能量少于未覆冰段，致使覆冰段的溫度變化會(huì)滯后于未覆冰段的溫度變化，可根據(jù)溫度的變化情況進(jìn)行覆冰監(jiān)測;線路上的覆冰也可視為外力作用在線路上，對(duì)于光纖或者光柵傳感器來講就會(huì)有應(yīng)力變化上的體現(xiàn)，于是也可以通過監(jiān)測應(yīng)力等參數(shù)來判斷線路是否覆冰，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)覆冰以減小覆冰所造成的影響。光纖傳感在線監(jiān)測技術(shù)具有高靈敏度、強(qiáng)抗電磁干擾、很好的電絕緣性以及無需電源供電等特點(diǎn)，監(jiān)測系統(tǒng)適合在輸電線路的高壓、強(qiáng)電磁干擾和強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下工作，較其它方法而言更能保障測量數(shù)據(jù)的精確度及監(jiān)測系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。光纖傳感器不同于傳統(tǒng)以電測量原理為基礎(chǔ)的拉力傳感器，它是一種用光作為敏感信息的載體，光纖作為傳遞敏感信息媒質(zhì)的新型傳感器。

2.3光纖光柵稱重、雙軸傾角傳感器安裝

為了在準(zhǔn)確測量直線塔懸掛絕緣子串所受張力的同時(shí)，避免對(duì)現(xiàn)場設(shè)備做大的改動(dòng)。拉力傳感器大多數(shù)只安裝在直線塔上，且多以非標(biāo)替金具式拉力傳感器為主。拉力傳感器替換現(xiàn)有金具中球型掛頭，傳感器的長度與被替換金具的總長度相同，所測力的方向?yàn)閼掖菇^緣子串軸向。雙軸傾角傳感器由順線光纖光柵傾角傳感器和橫向光纖光柵傾角傳感器組成，通過測得的波長數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)懸垂絕緣子串順線的傾斜角度和橫向的傾斜角度的測量，實(shí)現(xiàn)懸垂絕緣子串的二維傾斜角度的實(shí)時(shí)測量。

2.4分布式光纖傳感技術(shù)

分布式光纖傳感技術(shù)除了具有光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有光纖集傳感和信號(hào)傳輸于一體，空間上的連續(xù)檢測等特征。分布式光纖傳感技術(shù)利用光纖的相關(guān)物理特性對(duì)被測場的空間和時(shí)間行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用檢測裝置接收到的散射光信號(hào)實(shí)現(xiàn)物理場的測量。通過到達(dá)檢測裝置的背向散射光與入射光的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)定位，從而實(shí)現(xiàn)分布式傳感，因此它可以對(duì)整條光纖沿線的物理量進(jìn)行測量，可以代替成千上萬個(gè)點(diǎn)式傳感器。分布式布里淵光纖傳感器傳感距離長，抗電磁干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的分布式測量，若無特殊要求，無需再架設(shè)光纖，單?；蛘叨嗄９饫w即可滿足要求，且監(jiān)測、定位精度高，安裝方便，能更好地監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行狀況。

2.5基于光纖傳感的輸電線路覆冰監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸電塔線覆冰監(jiān)測系統(tǒng)有4個(gè)主要功能模塊，分別為在線監(jiān)測模塊、時(shí)序曲線顯示模塊、報(bào)表信息模塊、后臺(tái)操作模塊。在線監(jiān)測模塊，在線監(jiān)測模塊的界面采用flash制成，單擊flash界面上的光纖復(fù)合絕緣子監(jiān)測區(qū)域，可顯示該區(qū)域當(dāng)前監(jiān)測的懸垂絕緣子串軸向力和二維傾斜角度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);單擊導(dǎo)線覆冰監(jiān)測區(qū)域，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前監(jiān)測的導(dǎo)線覆冰監(jiān)測值。時(shí)序曲線顯示模塊，時(shí)序曲線顯示模塊包含時(shí)序曲線顯示和未來趨勢分析兩個(gè)子模塊。時(shí)序曲線顯示可以顯示光纖光柵稱重、雙軸傾角傳感器的歷史數(shù)據(jù)曲線;趨勢分析算法依據(jù)傳感器的歷史數(shù)據(jù)可分析推算出光纖光柵稱重、雙軸傾角傳感器的未來數(shù)據(jù)趨勢。

結(jié)束語

我國的電力系統(tǒng)一直受地形、天氣等因素制約，對(duì)線路監(jiān)測難度很大，尤其是高壓線路覆冰情況的監(jiān)測，一直是我國電力企業(yè)發(fā)展的難題。利用光纖傳感技術(shù)，可以有效的改善這一困境。工作人員通過光纖傳輸，能夠?qū)Ω邏壕€路的具體情況有所了解，可以有效的掌控高壓輸電線路的覆冰情況，然后制定出合理的解決方案，很好的滿足了電力系統(tǒng)對(duì)高壓輸電線路實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測的需求，大大提高了高壓輸電的科學(xué)性和安全性。

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