基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

摘 要：開發(fā)的基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了以往輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的電磁兼容問題和電源供電問題。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)；光纖光柵；傳感器

架空輸電線路是電力系統(tǒng)中承擔(dān)電能輸送的重要環(huán)節(jié)，由于運(yùn)行環(huán)境惡略，常常出現(xiàn)閃絡(luò)、導(dǎo)線斷股斷線、金具脫落等事故，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)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(yōu)點(diǎn)，開發(fā)的基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了以往輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的電磁兼容問題和電源供電問題。

1 系統(tǒng)組成

采用光纖光柵的輸電線路綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由網(wǎng)省側(cè)監(jiān)控中心、狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置、光纖光柵解調(diào)儀、光纖復(fù)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?qū)Ь€處，測(cè)量導(dǎo)線溫度、覆冰雪、桿塔應(yīng)力、微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、桿塔傾斜、氣象環(huán)境等物理量，光纖光柵解調(diào)儀安裝在變電站內(nèi)，通過OPGW接收傳感器的光信號(hào)，然后通過RS485將解調(diào)后的中心波長發(fā)送到狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，由狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置將數(shù)據(jù)分類，發(fā)送到網(wǎng)省側(cè)監(jiān)控中心。

系統(tǒng)通過OPGW傳輸光信號(hào)，避免了電磁環(huán)境對(duì)傳感器的影響，并且實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)信息的無源測(cè)量，克服了傳統(tǒng)傳感器存在的供電難的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一根通信光纖對(duì)幾十公里范圍內(nèi)的線路的分布式監(jiān)測(cè)。

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(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，它是根據(jù)外界環(huán)境變化時(shí)，反射光的波長發(fā)生變化制成的傳感器。

2.1 桿塔應(yīng)變傳感器

輸電線路鐵塔和導(dǎo)線受自然環(huán)境的影響，其應(yīng)力會(huì)發(fā)生一定的變化。例如桿塔沉降時(shí)桿塔應(yīng)力分布產(chǎn)生變化，如采用光纖光柵應(yīng)變傳感器，可以將縱向應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成光波長的變化，實(shí)現(xiàn)桿塔應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。縱向應(yīng)變與光波波長變化的關(guān)系如下：

對(duì)于導(dǎo)線覆冰在線監(jiān)測(cè)，一般用拉力傳感器代替球頭掛環(huán)，測(cè)量覆冰變化時(shí)傳感器處拉力的改變。文章設(shè)計(jì)的覆冰拉力傳感器如圖1所示，在拉力傳感器中間的鋼結(jié)構(gòu)中軸線處開細(xì)槽，埋入光纖光柵傳感器，再用M-Bond膠封裝。

2.3 導(dǎo)線溫度傳感器

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

3 結(jié)束語

文章開發(fā)的基于光纖光柵的輸電線路綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將光纖光柵傳感器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，解調(diào)儀與監(jiān)測(cè)終端放置在變電站內(nèi)，利用OPGW線路將傳感器輸出的光信號(hào)發(fā)送到變電站內(nèi)。有效的發(fā)揮了光纖光柵傳感器抗干擾、靈敏度高、無需電源供電的優(yōu)點(diǎn)，解決了以往輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的電磁兼容問題和電源供電問題。此外，利用OPGW傳輸數(shù)據(jù)解決了遠(yuǎn)距離通信問題，同時(shí)大大降低了成本。

參考文獻(xiàn)

[1]徐建，楊德興，姜亞軍，等.FBG式隔水管應(yīng)變傳感器的力學(xué)響應(yīng)特性分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2013，32（11），1693-1698.

[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(wǎng)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(tǒng)。

王樹威（1989-），男，漢，助理工程師，單位：國網(wǎng)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(tǒng)。

張廣斌（1970-），男，漢，助理工程師，單位：國網(wǎng)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(tǒng)。