基于光纖傳感的輸電線路覆冰監測技術應用評述

范俊輝

摘要：輸電線路覆冰會導致線路和桿塔的過荷載、線路舞動、斷線和絕緣子覆冰閃絡等事故，嚴重影響輸電線路的機械和電氣性能，造成巨大經濟損失的同時還嚴重影響電力系統的安全穩定運行。監測輸電線路的運行狀態以估計覆冰所造成的威脅，為線路的防冰和除冰提供必要的決策支持，及時采取相應的措施以抑制覆冰造成的危害顯得尤為重要。

關鍵詞：輸電線路;覆冰事故;覆冰監測;光纖傳感技術

引言

近年來，氣象災害事故的頻頻發生給電網的安全運行構成嚴重威脅。其中，導線覆冰是冬季線路發生故障的主要原因，輸電線路覆冰輕則導致絕緣子串冰閃跳閘、相間閃絡跳閘等短期事故，重則可導致桿塔傾斜倒塌、線路金具損壞、線路斷線等嚴重事故，從而造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。輸電導線覆冰監測方法主要有稱重法、圖像檢測法、導線傾角法等。現有的監測裝置多采用電子式傳感器，存在監測裝置的供電問題、通信問題和強電磁環境下系統工作可靠性問題等。

1高壓輸電線路覆冰的原因

人為和自然因素都可能導致高壓輸電線路出現覆冰情況。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本身氣溫偏低，在季節和海拔的等因素的綜合作用下，輸電線路就出現了覆冰現象。除此之外，工作人員在對線路覆冰厚度進行設計時，忽視了線路能承受的限度以及可能出現的天氣情況，從而導致了線路覆冰情況的出現。

2光纖傳感的輸電線路覆冰監測技術應用

2.1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。

2.2基于光纖傳感的覆冰監測

隨著光纖傳感技術的不斷發展，光纖傳感技術的優勢逐漸顯現，其在輸電線路覆冰監測中的應用也越來越廣，利用光柵傳感器、ADSS光纜、光纖復合架空地線（OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW）和光纖復合相線（OpticalPhaseConductor，OPPC）等媒介進行參數監測。線路覆冰時，由于冰的比熱容與線路的相差較大，冰層會吸收能量且冰層表面會發生漫反射，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滯后于未覆冰段的溫度變化，可根據溫度的變化情況進行覆冰監測;線路上的覆冰也可視為外力作用在線路上，對于光纖或者光柵傳感器來講就會有應力變化上的體現，于是也可以通過監測應力等參數來判斷線路是否覆冰，便于及時發現覆冰以減小覆冰所造成的影響。光纖傳感在線監測技術具有高靈敏度、強抗電磁干擾、很好的電絕緣性以及無需電源供電等特點，監測系統適合在輸電線路的高壓、強電磁干擾和強腐蝕等惡劣環境下工作，較其它方法而言更能保障測量數據的精確度及監測系統工作的穩定性。光纖傳感器不同于傳統以電測量原理為基礎的拉力傳感器，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

為了在準確測量直線塔懸掛絕緣子串所受張力的同時，避免對現場設備做大的改動。拉力傳感器大多數只安裝在直線塔上，且多以非標替金具式拉力傳感器為主。拉力傳感器替換現有金具中球型掛頭，傳感器的長度與被替換金具的總長度相同，所測力的方向為懸垂絕緣子串軸向。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，通過測得的波長數據，可實現對懸垂絕緣子串順線的傾斜角度和橫向的傾斜角度的測量，實現懸垂絕緣子串的二維傾斜角度的實時測量。

2.4分布式光纖傳感技術

分布式光纖傳感技術除了具有光纖傳感器的優點外，還具有光纖集傳感和信號傳輸于一體，空間上的連續檢測等特征。分布式光纖傳感技術利用光纖的相關物理特性對被測場的空間和時間行為進行實時監測，利用檢測裝置接收到的散射光信號實現物理場的測量。通過到達檢測裝置的背向散射光與入射光的時間差實現定位，從而實現分布式傳感，因此它可以對整條光纖沿線的物理量進行測量，可以代替成千上萬個點式傳感器。分布式布里淵光纖傳感器傳感距離長，抗電磁干擾能力強，可以實現溫度和應變的分布式測量，若無特殊要求，無需再架設光纖，單模或者多模光纖即可滿足要求，且監測、定位精度高，安裝方便，能更好地監測電網運行狀況。

2.5基于光纖傳感的輸電線路覆冰監測系統設計

輸電塔線覆冰監測系統有4個主要功能模塊，分別為在線監測模塊、時序曲線顯示模塊、報表信息模塊、后臺操作模塊。在線監測模塊，在線監測模塊的界面采用flash制成，單擊flash界面上的光纖復合絕緣子監測區域，可顯示該區域當前監測的懸垂絕緣子串軸向力和二維傾斜角度的實時數據;單擊導線覆冰監測區域，可實時顯示當前監測的導線覆冰監測值。時序曲線顯示模塊，時序曲線顯示模塊包含時序曲線顯示和未來趨勢分析兩個子模塊。時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據曲線;趨勢分析算法依據傳感器的歷史數據可分析推算出光纖光柵稱重、雙軸傾角傳感器的未來數據趨勢。

結束語

我國的電力系統一直受地形、天氣等因素制約，對線路監測難度很大，尤其是高壓線路覆冰情況的監測，一直是我國電力企業發展的難題。利用光纖傳感技術，可以有效的改善這一困境。工作人員通過光纖傳輸，能夠對高壓線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對高壓輸電線路實時狀態監測的需求，大大提高了高壓輸電的科學性和安全性。

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