基于光纖傳感技術輸電線路在線監測的研究

摘要：輸電線路是電力系統的重要組成部分，關系到電網的可靠、穩定運行。實時監測輸電線路的運行狀態對于電力系統輸電環節至關重要。最初，輸電線路依靠人工巡檢排查線路故障，這種方法浪費人力物力，效率低，不能實現實時的監測。之后，普遍采用無線傳感設備，將信號傳輸到監控終端，這種方式方便快捷，實現了在線監測。但無線傳感器安全性低，容易受輸電線路高電磁場的干擾。因此，光纖傳感器應運而生。將光纖傳感器應用于輸電線路在線監測能實現全光網絡的傳輸，真正解決了安全性和實時性的問題。

關鍵詞：覆冰；高壓輸電；光纖傳感技術

1輸電線路在線監測現狀

國內對輸電線路在線監測的研究起步比較晚，直到2008年南方遭遇罕見冰霜雨雪災害、輸電線路大面積覆冰，造成重大經濟損失，國網公司提出了電網線路盡快實現“周期巡檢”到“狀態檢修”的轉變。由于國內輸電線路在線監測技術不成熟，各個公司對監測設備的生產沒有統一標準，一直不能大面積投入運行。2010年，國網公司發布了《輸電線路狀態監測裝置通用技術規范》。該規范適用于60kV～1000kV交流線路和±400kV～±800kV直流線路，為企業生產的監測裝置的基本功能、技術要求、安裝調試、包裝儲運等提供技術規范。

2光纖傳感器監測輸電線路系統結構

本文結合光纖的優勢創新性的提出了利用光纖傳感原理的輸電線路在線監測系統結構。該系統結構由安裝于導線或桿塔上的FBG傳感器、光纖復合架空地線或相線（OPGW、OPPC）、置于變電站內的光譜解調儀、監控中心的安裝有監控軟件的客戶端構成。整個監測系統的架構如圖1所示。

如圖1所示，以安裝于桿塔上的FBG傳感器為例進行說明。通過置于變電站內的FBG解調儀來接收光纖光柵返回的布拉格波長，將FBG解調儀解調的數據通過輸電線路光纜傳輸到監控中心客戶端。該監測系統充分利用了電力通信網中的光纖資源，實現了輸電線路可靠在線監測，使電網監測更加智能化。信息采集部分的研究重點是光纖光柵的安裝位置和數量，該系統將光纖光柵傳感器置于殼體內固定在導線或桿塔上，最終通過光纖將所有的傳感器串聯在一起焊接在桿塔上的光纜接續盒中，隨OPGW傳輸到調制解調儀中。光纖光柵調制解調儀是實時監測光纖光柵反射波長λB變化的一個設備，可以置于距離監測點200Km外的變電站或監控中心內，不用考慮電源供電問題。本系統采用北京基康科技有限公司生產的 FBG8210便攜式解調儀。該解調儀主機采用波分復用解調技術來解調串聯的FBG陣列，數據處理模塊采用高速DPS處理技術。還可以通過RS232將數據上傳給PC主機，即監控終端。

圖1只是基于光纖傳感器在線監測系統一種較理想方案。如果考慮成本或實際應用問題，可采用光源發射裝置（激光）附于監測點處來取代解調儀長距離發射光源引起的獨占整條光纖的問題。

3基于光纖傳感技術的高壓輸電線路覆冰狀態分析

3.1光纖傳感技術的選擇

在對高難度、大范圍的輸電線路進行監測時，主要有以下三種光纖技術可供選擇：拉曼散射技術、光纖布拉格光柵技術和布里淵散射技術。其中光纖布拉格光柵技術是準分布式光纖傳感技術，而拉曼散射技術和布里淵散射技術則屬于連續分布光纖式傳感技術。

3.2光纖傳感技術監測方法

輸電線路受導線覆冰的影響，各線路情況都不一樣。電子傳感器測量數據穩定性差，選擇相關影響因子復雜，會對線路覆冰的預測產生較大誤差。而光纖傳感技術通過多元性線性回歸分析，可以利用導線風偏角、導線拉力、氣象等參數，使覆冰統計數據具有準確性、穩定性、歸一性，提高了數據模型的穩定性，使隨機誤差減少，改善了覆冰監測準確度不高的問題。

3.3光纖傳感技術的應用

綜合上述分析和比較，光纖光柵傳感技術明顯比電子傳感技術更適用于線路監測。在光纖傳感技術的基礎上，與OPGW和OPPC技術綜合使用，會使這個監測更加完善。之所以需要OPGW技術進行輔助，是因為其可以對覆冰產生直接溶解的效果。在進行高壓輸電線路覆冰改造工程中，采用光纖傳感技術對高壓輸電線路覆冰狀態進行監測，在變電站通信機房內的計算機顯示屏上會直接出現監測數據。高壓輸電工作人員遠程接收這些數據，可以對導線光柵點的變化情況及溫度有一個直接的了解。通過比較導線覆冰溫度和厚度的變化情況，可以發現，氣溫與覆冰的厚度，是成反比的。隨著氣溫的上升，覆冰的厚度也會隨之下降。通過光纖傳感器獲取數據，工作人員可以先對傳遞過來的信息進行處理，然后分析制圖，這體現了光纖傳感技術具有極大的準確性和先進性。光纖傳感技術有利于保證高壓輸電線路覆冰監測工作的順利進行，有利于提高工作人員的工作效率，降低工作人員的工作強度。

3.4光纖傳感技術的特征

光纖傳感技術以光纖為媒介，以光波為載體，對信號的輸入和感知能力強，且不易受到外部環境電磁波等干擾，氣候、地勢等自然因素對其影響也小。另外，光纖傳感器還能實現光電和電光的自由轉換。在各項傳感技術中，光纖傳感技術是走在世界前列的。在高壓輸電線路覆冰狀況檢測中使用光纖傳感技術，體現了先進的社會生產力和發達的現代技術，是一次大膽的創新與嘗試。

4 結束語

我國電網的發展將提高運用的安全性、可靠性和經濟性放在首位，實現降低用戶費用、節能減排的目標，為輸電線路在線監測技術指明了發展方向。今后，輸電線路在線監測技術應該優化基礎算法，提高穩定可靠性和實時性，合理利用能源。

參考文獻：

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作者簡介：

段凈平，身份證：512301197411260816