光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明所設(shè)計的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀、分布式光纖傳感器和計算機系統(tǒng)與信息處理單元，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀和計算機系統(tǒng)與信息處理單元設(shè)置在變電站機房內(nèi)，分布式光纖傳感器為光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光纖，分布式光纖傳感器的通信端通過變電站機房內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀的傳感器通信端，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀的信號輸出端連接計算機系統(tǒng)與信息處理單元的信號輸入端。本發(fā)明無需在OPGW上安裝傳感器，而是以光纖復(fù)合地線作為傳感器，通過檢測輸電線路的應(yīng)變及溫度，并根據(jù)OPGW的弧垂分布模型，實現(xiàn)輸電線路光纖復(fù)合地線全線的弧垂檢測。
【專利說明】
光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[00011本發(fā)明涉及電力運維技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種光纖復(fù)合架空地線(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，即0PGW)的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。 技術(shù)背景
[0002] 弧垂測量對于控制線路的安全運行起到很重要的作用，尤其是新架線路經(jīng)過一段 運行時間后，導地線均會有不同程度的下垂，為了安全，就很有必要對弧垂進行觀測記錄， 為電網(wǎng)安全運行提供可靠的數(shù)據(jù);如線路的弧垂不符合規(guī)定要求，過大或過小都可能因線 路應(yīng)力超過允許值而造成斷線接地故障，甚至破壞架設(shè)導線的桿塔結(jié)構(gòu)或風吹擺線造成短 路，產(chǎn)生電弧、跳閘的事故。因此，導線與地線的弧垂檢查也成了線路施工、巡線中非常重要 的一部分。
[0003] 但是現(xiàn)階段，導地線的弧垂測量基本靠巡線人員根據(jù)經(jīng)驗采用肉眼判斷，只在特 殊時候才會進行觀測；雖然也有一些弧垂在線監(jiān)測方法，但是均需要在線路的每個檔距上 安裝傳感器，每個傳感器只能監(jiān)測一個檔距的弧垂，這些方式施工復(fù)雜、傳感器受環(huán)境影響 容易損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是要提供一種光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)及 方法，該監(jiān)測系統(tǒng)及方法無需在0PGW上安裝傳感器，而是以光纖復(fù)合地線作為傳感器，通過 檢測輸電線路的應(yīng)變及溫度，并根據(jù)0PGW的弧垂分布模型，實現(xiàn)輸電線路光纖復(fù)合地線全 線的弧垂檢測。
[0005] 為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征在于:它包括分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀、分布式光纖傳感器和計算機系統(tǒng)與信 息處理單元，其特征在于:分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀和計算機系統(tǒng)與信息處理單元設(shè) 置在變電站機房內(nèi)，所述分布式光纖傳感器為光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光纖，分布 式光纖傳感器的通信端通過變電站機房內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀的傳 感器通信端，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀的信號輸出端連接計算機系統(tǒng)與信息處理單元 的信號輸入端。
[0006] -種利用上述系統(tǒng)的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測方法，它包括如下 步驟：
[0007] 步驟1:利用分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1測量出光纖復(fù)合架空地線當前的平均 溫度?2與應(yīng)力σ2 ;
[0008] 步驟2:分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1依據(jù)光纖復(fù)合架空地線當前的平均溫度t2 與應(yīng)力σ2,以及輸電線路安裝時的初始平均溫度^、初始應(yīng)力〇1與初始比載參數(shù)γ i，根據(jù)如 下公式(1)計算出輸電線路當前條件下的比載丫2;
[0010] 公式1中，α為光纖復(fù)合架空地線的溫度膨脹系數(shù)，E為光纖復(fù)合架空地線的彈性系 數(shù)，1為光纖復(fù)合架空地線的檔距，ti為線路安裝時的初始平均溫度，t 2為光纖復(fù)合架空地線 當前的平均溫度，β為待測耐張段區(qū)段的代表高差角；
[0011] 步驟3:計算光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂；
[0012] 當相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時，光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂的計 算方式為：
[0014] 公式（2)中，為相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時光纖復(fù)合架空地線的 最大弧垂，γ2為輸電線路當前條件下的比載，1為光纖復(fù)合架空地線的檔距，σ為光纖復(fù)合 架空地線最低點的應(yīng)力；
[0015] 當相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔之間有高差時，光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂 的計算公式為：
[0017] 公式(3)中，為相鄰兩光纖復(fù)合架空地線桿塔地線掛點連線與水平線的夾角，fm 為相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂，￡、為相鄰兩 個光纖復(fù)合架空地線桿塔之間有高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂；
[0018] 步驟4:計算機系統(tǒng)與信息處理單元3利用步驟1~3的方式，并結(jié)合輸電線路不同 點的高差情況，計算出光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂，最終完成纖復(fù)合架空地線 的分布式弧垂在線監(jiān)測。
[0019] 分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀向光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根單模光纖中發(fā)射脈 沖激光信號，光信號在光纖中傳播時，受光纖材料的影響會產(chǎn)生后向散射光信號。當0PGW的 溫度、應(yīng)變發(fā)生變化后，0PGW的弧垂就會發(fā)生變化；同時光纖的微結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化，導致 后向散射光的中心波長會發(fā)生偏移;解調(diào)儀通過檢測后向散射光的返回時間就可以計算出 溫度、應(yīng)變發(fā)生變化的位置，并解調(diào)出沿線各位置的溫度與應(yīng)變大小。分布式光纖溫度與應(yīng) 變解調(diào)儀將獲取的溫度與應(yīng)變數(shù)據(jù)及其位置信息通過USB接口傳輸給計算機系統(tǒng)及信息處 理單元，進行0PGW的弧垂計算，并完成數(shù)據(jù)的存儲、管理、計算、結(jié)果顯示、異常報警等，達到 實時監(jiān)測0PGW弧垂狀態(tài)的目的。
[0020] 本發(fā)明使用光纖復(fù)合架空地線中的一根單模光纖作為傳感器，解決了現(xiàn)有弧垂監(jiān) 測系統(tǒng)需要現(xiàn)場安裝大量傳感器甚至需要現(xiàn)場供電的問題;可以監(jiān)測全線各檔距的弧垂分 布，系統(tǒng)可靠性強;采用在線監(jiān)測技術(shù)，實時性好、效率高;檢測設(shè)備主機置于變電站內(nèi)，受 環(huán)境影響小;現(xiàn)場無額外的傳感器，易維護。該技術(shù)智能化程度高，便于計算機編程診斷，能 夠極大的減少人力、財力、時間成本，具有重要的經(jīng)濟價值和社會價值。
[0021] 本發(fā)明所述的分布式弧垂在線監(jiān)測方法，可以依據(jù)從電網(wǎng)的各數(shù)據(jù)系統(tǒng)中獲取的 線路基礎(chǔ)信息（初始安裝曲線、線路參數(shù)等），并根據(jù)本方法獲取的輸電線路溫度與應(yīng)變參 數(shù)，基于弧垂計算公式，實現(xiàn)輸電線路的分布式弧垂在線監(jiān)測。當弧垂超過正常運行的閾值 時，報警提示工作人員進行線路整改。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的方法步驟流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，1一分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀、2-分布式光纖傳感器、3-計算機系統(tǒng) 與信息處理單元。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明：
[0026] 如圖2所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:它包括 分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1、分布式光纖傳感器2和計算機系統(tǒng)與信息處理單元3,其特 征在于:分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1和計算機系統(tǒng)與信息處理單元3設(shè)置在變電站機房 內(nèi)，所述分布式光纖傳感器2為光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光纖，分布式光纖傳感器2 的通信端通過變電站機房內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1的傳感器通信端， 分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1的信號輸出端連接計算機系統(tǒng)與信息處理單元3的信號輸 入端。
[0027] 上述技術(shù)方案中，所述分布式光纖傳感器2為單模光纖。
[0028]上述技術(shù)方案中，所述計算機系統(tǒng)與信息處理單元3的信號輸入端通過USB接口與 分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1的信號輸出端連接，計算機系統(tǒng)與信息處理單元3接收分布 式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1發(fā)送的分布式光纖傳感器2上各空間位置的溫度與應(yīng)變信息，并 計算出輸電線路的弧垂。所述計算機系統(tǒng)與信息處理單元3通過USB接口與分布式光纖溫度 與應(yīng)變解調(diào)儀1連接，接收分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1發(fā)送的分布式光纖傳感器上各空 間位置上的溫度與應(yīng)變信息;并完成存儲、管理、計算、顯示信息，通過現(xiàn)有相應(yīng)算法計算出 0PGW的弧垂，達到實時監(jiān)測0PGW弧垂狀態(tài)的目的。
[0029]上述技術(shù)方案中，所述分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1向光纖復(fù)合架空地線發(fā)射 脈沖激光信號，光信號在光纖中傳播時，受光纖材料的影響會產(chǎn)生后向散射光信號；當光纖 復(fù)合架空地線的溫度、應(yīng)變發(fā)生變化后，光纖復(fù)合架空地線的弧垂就會發(fā)生變化；同時光纖 的微結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化，導致后向散射光的中心波長會發(fā)生偏移;分布式光纖溫度與應(yīng)變 解調(diào)儀1通過檢測后向散射光的返回時間計算出光纖復(fù)合架空地線的溫度和應(yīng)變發(fā)生變化 的位置。
[0030] -種利用上述系統(tǒng)的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測方法，如圖1所示， 它包括如下步驟：
[0031] 步驟1:利用分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1測量出光纖復(fù)合架空地線當前的平均 溫度t2與應(yīng)力〇2;
[0032] 步驟2:分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀1依據(jù)光纖復(fù)合架空地線當前的平均溫度t2 與應(yīng)力σ2,以及輸電線路安裝時的初始平均溫度七、初始應(yīng)力〇1與初始比載參數(shù)γ i，根據(jù)如 下公式(1)計算出輸電線路當前條件下的比載丫2;
[0034] 公式1中，α為光纖復(fù)合架空地線的溫度膨脹系數(shù)，E為光纖復(fù)合架空地線的彈性系 數(shù)，1為光纖復(fù)合架空地線的檔距，ti為線路安裝時的初始平均溫度，t 2為光纖復(fù)合架空地線 當前的平均溫度，β為待測耐張段區(qū)段的代表高差角；
[0035] 步驟3:計算光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂；
[0036] 當相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時，光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂的計 算方式為：
[0038] 公式（2)中，為相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時光纖復(fù)合架空地線的 最大弧垂，γ2為輸電線路當前條件下的比載，1為光纖復(fù)合架空地線的檔距，σ為光纖復(fù)合 架空地線最低點的應(yīng)力；
[0039] 當相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔之間有高差時，光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂 的計算公式為：
[0041]公式(3)中，為相鄰兩光纖復(fù)合架空地線桿塔地線掛點連線與水平線的夾角，fm 為相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂，￡、為相鄰兩 個光纖復(fù)合架空地線桿塔之間有高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂；
[0042]步驟4:計算機系統(tǒng)與信息處理單元3利用步驟1~3的方式，并結(jié)合輸電線路不同 點的高差情況，計算出光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂，最終完成纖復(fù)合架空地線 的分布式弧垂在線監(jiān)測；
[0043]步驟5:將光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂與輸電線路正常運行時的光纖 復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂閾值進行比較，當纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂 超過輸電線路正常運行時的光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂閾值時計算機系統(tǒng)與 信息處理單元3進行報警。
[0044]本方法可以高效獲取0PGW沿線路的弧垂分布特征，并實現(xiàn)在線監(jiān)測；無需現(xiàn)場安 裝傳感器，極大提高弧垂測量的效率。
[0045] 上述技術(shù)方案中，弧垂指線路上任意一點到懸掛點連線之間的鉛垂距離；最大弧 垂指架空線在無風氣象條件下，垂直平面內(nèi)檔距中央弧垂的最大值。通常電力部門所說的 弧垂就是指最大弧垂。在電力系統(tǒng)中，線路的狀態(tài)方程描述了線路應(yīng)力隨著氣象條件變化 的規(guī)律，在已知某一狀態(tài)的比載、溫度、應(yīng)力之后(任何線路在初始安裝時就會存在一個安 裝曲線，相當于記錄了出初始的比載、溫度與應(yīng)力），可以利用狀態(tài)方程計算出其他狀態(tài)下 的應(yīng)力，進而計算出弧垂等參量。
[0046] 本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：它包括分布式光 纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀(1)、分布式光纖傳感器(2)和計算機系統(tǒng)與信息處理單元(3)，其特征 在于:分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀(1)和計算機系統(tǒng)與信息處理單元(3)設(shè)置在變電站機 房內(nèi)，所述分布式光纖傳感器(2)為光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光纖，分布式光纖傳感 器(2)的通信端通過變電站機房內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀（1)的傳感器 通信端，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀（1)的信號輸出端連接計算機系統(tǒng)與信息處理單元 (3)的信號輸入端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于： 所述分布式光纖傳感器(2)為單模光纖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于： 所述計算機系統(tǒng)與信息處理單元(3)的信號輸入端通過USB接口與分布式光纖溫度與應(yīng)變 解調(diào)儀（1)的信號輸出端連接，計算機系統(tǒng)與信息處理單元(3)接收分布式光纖溫度與應(yīng)變 解調(diào)儀（1)發(fā)送的分布式光纖傳感器(2)上各空間位置的溫度與應(yīng)變信息，并計算出輸電線 路的弧垂。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于： 所述分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀（1)向光纖復(fù)合架空地線發(fā)射脈沖激光信號，光信號在 光纖中傳播時，受光纖材料的影響會產(chǎn)生后向散射光信號；當光纖復(fù)合架空地線的溫度、應(yīng) 變發(fā)生變化后，光纖復(fù)合架空地線的弧垂就會發(fā)生變化;同時光纖的微結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化， 導致后向散射光的中屯、波長會發(fā)生偏移;分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀（1)通過檢測后向 散射光的返回時間計算出光纖復(fù)合架空地線的溫度和應(yīng)變發(fā)生變化的位置。5. -種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測方法，其 特征在于:它包括如下步驟： 步驟1:利用分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀（1)測量出光纖復(fù)合架空地線當前的平均溫 度t2與應(yīng)力化； 步驟2:分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀（1)依據(jù)光纖復(fù)合架空地線當前的平均溫度t2與 應(yīng)力02, W及輸電線路安裝時的初始平均溫度ti、初始應(yīng)力σι與初始比載參數(shù)丫 1，根據(jù)如下 公式(1)計算出輸電線路當前條件下的比載丫 2;(1 ) 公式1中，α為光纖復(fù)合架空地線的溫度膨脹系數(shù)，Ε為光纖復(fù)合架空地線的彈性系數(shù)，1 為光纖復(fù)合架空地線的檔距，ti為線路安裝時的初始平均溫度，t2為光纖復(fù)合架空地線當前 的平均溫度，β為待測耐張段區(qū)段的代表高差角； 步驟3:計算光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂； 當相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時，光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂的計算方 式為：(2) 公式(2)中，fm為相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧 垂，丫 2為輸電線路當前條件下的比載，1為光纖復(fù)合架空地線的檔距，σ為光纖復(fù)合架空地 線最低點的應(yīng)力； 當相鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔之間有高差時，光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂的計 算公式為：(3) 公式(3)中，β1為相鄰兩光纖復(fù)合架空地線桿塔地線掛點連線與水平線的夾角，fm為相 鄰兩個光纖復(fù)合架空地線桿塔無高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂，為相鄰兩個光 纖復(fù)合架空地線桿塔之間有高差時光纖復(fù)合架空地線的最大弧垂； 步驟4:計算機系統(tǒng)與信息處理單元(3)利用步驟1~3的方式，并結(jié)合輸電線路不同點 的高差情況，計算出光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂，最終完成纖復(fù)合架空地線的 分布式弧垂在線監(jiān)測。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測方法，其特征在于： 所述步驟4后還包括步驟5:將光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂與輸電線路正常運行 時的光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂闊值進行比較，當纖復(fù)合架空地線上各點的分 布式弧垂超過輸電線路正常運行時的光纖復(fù)合架空地線上各點的分布式弧垂闊值時計算 機系統(tǒng)與信息處理單元(3)進行報警。
【文檔編號】G01B11/02GK106091945SQ201610591390
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610591390.3, CN 106091945 A, CN 106091945A, CN 201610591390, CN-A-106091945, CN106091945 A, CN106091945A, CN201610591390, CN201610591390.3
【發(fā)明人】張宗峰, 郭偉紅, 陳麗, 魏延杰, 祝朋濤, 劉偉波, 張國飛, 宋維波, 季金豹, 延凱, 王森, 任妍, 崔鑄元, 廖承, 王海濤, 盧恩澤, 周贊東, 曾勝強, 吳念, 許曉路
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司, 國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司