基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監測系統的研究

摘 要：開發的基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監測系統，解決了以往輸電線路在線監測設備的電磁兼容問題和電源供電問題。

關鍵詞：在線監測；光纖光柵；傳感器

架空輸電線路是電力系統中承擔電能輸送的重要環節，由于運行環境惡略，常常出現閃絡、導線斷股斷線、金具脫落等事故，嚴重影響電力系統的正常運行。現有的監測裝置存在抗干擾能力差、供電困難等問題。文章利用光纖光柵傳感器抗電磁干擾、耐腐蝕、靈敏度高等優點，開發的基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監測系統，解決了以往輸電線路在線監測設備的電磁兼容問題和電源供電問題。

1 系統組成

采用光纖光柵的輸電線路綜合在線監測系統由網省側監控中心、狀態監測裝置、光纖光柵解調儀、光纖復合架空地線、光纖光柵傳感器組成。光纖光柵傳感器安裝在鐵塔或導線處，測量導線溫度、覆冰雪、桿塔應力、微風振動、舞動、桿塔傾斜、氣象環境等物理量，光纖光柵解調儀安裝在變電站內，通過OPGW接收傳感器的光信號，然后通過RS485將解調后的中心波長發送到狀態監測裝置，由狀態監測裝置將數據分類，發送到網省側監控中心。

系統通過OPGW傳輸光信號，避免了電磁環境對傳感器的影響，并且實現了監測信息的無源測量，克服了傳統傳感器存在的供電難的問題，同時實現了一根通信光纖對幾十公里范圍內的線路的分布式監測。

2 光纖光柵傳感器

光纖光柵傳感器是輸電線路綜合在線監測系統的核心部分，它是根據外界環境變化時，反射光的波長發生變化制成的傳感器。

2.1 桿塔應變傳感器

輸電線路鐵塔和導線受自然環境的影響，其應力會發生一定的變化。例如桿塔沉降時桿塔應力分布產生變化，如采用光纖光柵應變傳感器，可以將縱向應變的變化轉換成光波長的變化，實現桿塔應力的監測。縱向應變與光波波長變化的關系如下：

對于導線覆冰在線監測，一般用拉力傳感器代替球頭掛環，測量覆冰變化時傳感器處拉力的改變。文章設計的覆冰拉力傳感器如圖1所示，在拉力傳感器中間的鋼結構中軸線處開細槽，埋入光纖光柵傳感器，再用M-Bond膠封裝。

2.3 導線溫度傳感器

輸電線路覆冰、舞動、弧垂等現象與導線溫度密不可分。光纖光柵具有熱光效應和熱膨脹效應，熱光效應引起光纖光柵的有效折射率的變化，而熱膨脹效應引起光柵的柵格周期變化。

3 結束語

文章開發的基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監測系統，將光纖光柵傳感器安裝在現場，解調儀與監測終端放置在變電站內，利用OPGW線路將傳感器輸出的光信號發送到變電站內。有效的發揮了光纖光柵傳感器抗干擾、靈敏度高、無需電源供電的優點，解決了以往輸電線路在線監測設備的電磁兼容問題和電源供電問題。此外，利用OPGW傳輸數據解決了遠距離通信問題，同時大大降低了成本。

參考文獻

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[2]Guo-ming Ma，Cheng-rong Li，Jiang-tao Quan.A Fiber Bragg Grating Tension and Tilt Sensor Applied to Icing Monitoring on Overhead Transmission Lines[J].IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY，2011，26（4），2163-2170.

作者簡介：任大鵬（1982-），男，漢，助理工程師，單位：國網冀北電力有限公司張家口供電公司，研究方向：輸電線路智能系統。

王樹威（1989-），男，漢，助理工程師，單位：國網冀北電力有限公司張家口供電公司，研究方向：輸電線路智能系統。

張廣斌（1970-），男，漢，助理工程師，單位：國網冀北電力有限公司張家口供電公司，研究方向：輸電線路智能系統。