基于多參量DOFS的輸電線路最大允許載流量監(jiān)測分析

何偉明，唐 翀，黃紹川，賓 潑，王敏學(xué)，李 黎

基于多參量DOFS的輸電線路最大允許載流量監(jiān)測分析

何偉明1，唐 翀1，黃紹川1，賓 潑1，王敏學(xué)2，李 黎2

（1. 廣東電網(wǎng)有限責任公司 清遠供電局，廣東 清遠 511518；2. 華中科技大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

為實現(xiàn)實時計算輸電線路在每個時刻的最大載流量，以在不額外建設(shè)線路的前提下提升該地區(qū)的輸電能力，提出一種基于多參量分布式光纖技術(shù)的輸電線路最大允許載流量實時計算方法。多參量分布式光纖主機集成了布里淵散射模塊和相位敏感瑞利散射2個模塊。該設(shè)備可以在線監(jiān)測復(fù)合架空地線沿線的風速和溫度，能夠結(jié)合熱平衡方程實時計算線路的最大允許載流量。此方法特點是數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，維護簡單方便，計算誤差在5%以內(nèi)。

熱平衡方程；分布式光纖傳感；最大允許載流量；輸電線路

0 引言

隨著國家經(jīng)濟水平的提高，我國用電負荷不斷增長。國家“碳達峰”和“碳中和”目標的提出、光伏和風電等新能源持續(xù)接入，使得各地區(qū)的輸電能力面臨較大的挑戰(zhàn)[1-2]。線路的載流量一般是由其熱極限來決定的。目前我國各地對線路最大載流量的估計前提一般是假設(shè)線路在最惡劣的自然環(huán)境中（高氣溫、無風、日照強烈），所以其值存在很大的安全裕度[3-4]。如果能在線監(jiān)測外界的環(huán)境，通過熱平衡方程實時計算線路的最大載流量，就可以在不增加線路建設(shè)成本的條件下提高線路的載流能力，這對于解決輸電通道緊張、線路容量不足等問題意義重大[5]。

輸電線路最大允許載流量的監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的研究[6-8]，并在許多地方進行了試點。研究結(jié)果表明，動態(tài)增容技術(shù)在大多數(shù)情況下明顯優(yōu)于輸電線路的靜態(tài)熱整定。監(jiān)測輸電線路最大允許載流量的關(guān)鍵在于方便、準確地監(jiān)測導(dǎo)線周圍的微氣候[9]以及可靠、實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸。然而，目前的在線監(jiān)測技術(shù)存在許多問題。例如，紅外溫度傳感器雖然測量時不與導(dǎo)線直接接觸，但其測溫精度受天氣和外界環(huán)境影響較大，且與導(dǎo)線的清潔度有關(guān)[10]。基于光纖光柵的風速傳感器設(shè)備的監(jiān)測范圍有限；而在最大允許載流量的計算中，導(dǎo)線每跨的風速相差很大，實現(xiàn)該方法的成本很高[11]。現(xiàn)有傳感器的信號傳輸方式、傳輸距離和容量有限，且容易受到強電磁環(huán)境的干擾[12-13]。

分布式光纖傳感系統(tǒng)（distributed optical fiber sensing，DOFS），結(jié)合傳輸通道及傳感器為一體，可以實時監(jiān)測光纜沿線各點位置處的信息，且測量范圍可達幾十至幾百千米。該系統(tǒng)可以直接利用復(fù)合架空地線（optical fiber composite overhead ground wire，OPGW）中的冗余光纖，具有無源、抗強電磁干擾和安裝檢修安全便捷等優(yōu)點[14-15]，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用前景廣闊。

鑒于此，本文提出了一種基于多參量分布式光纖傳感的輸電線路最大載流量實時計算技術(shù)：從線路的熱平衡方程出發(fā)，分析了各氣象因素對載流量的影響程度，介紹了分布式光纖監(jiān)測溫度和風速的具體方法及設(shè)備基本結(jié)構(gòu)，最后結(jié)合分布式光纖的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)及數(shù)值仿真證明此方法的可行性。

1 導(dǎo)線最大允許載流量計算理論分析

1.1 微氣象條件對線纜載流量的影響

最常見的導(dǎo)線載流量計算公式為Morgan公式[16]。該公式確定的導(dǎo)線熱平衡方程如下：

式中：c、r、s分別為單位導(dǎo)線長度的對流散熱功率、輻射散射功率和日照吸熱功率；是溫度為時的單位長度導(dǎo)線交流電阻；為架空導(dǎo)線電流。具體的表達式如式（2）～（5）所示：

式中：為導(dǎo)線溫度；T為環(huán)境；為風速；為導(dǎo)線半徑；20為20 ℃時的電阻溫度系數(shù)；s為日照強度；R20為20 ℃時導(dǎo)線單位長度直流電阻。

為了證明DOFS監(jiān)測線路最大載流量的可行性，本文以LGJ400/35型導(dǎo)線為例，分析風速、溫度和日照強度對載流量的影響。在分析其中一種因素時，其它因素均取標準[17]中規(guī)定的邊界條件，即環(huán)境溫度為35 ℃、風速為0.5 m/s、日照強度為200 W/m2、導(dǎo)線最高允許溫度為70 ℃，其他參數(shù)如表1所示。

表1 LGJ400/35型導(dǎo)線的相關(guān)參數(shù)

各環(huán)境參數(shù)與電流的關(guān)系如圖1所示。當風速在0～12 m/s范圍波動時，導(dǎo)線的最大載流量在0～1 500 A之間波動；日照強度在0～1 000 W/m2之間波動；導(dǎo)線最大載流量則在650～800 A之間波動；環(huán)境溫度在0～40 ℃之間波動時，導(dǎo)線最大載流量在600～1150 A之間波動。按照影響量排序，順序為風速、環(huán)境溫度和日照強度，其中日照強度的影響較其它因素小的多。根據(jù)上述分析，如果能夠比較精準地監(jiān)測到線路沿線各點的風速及溫度信息，就可以更加準確地估計線路的最大允許載流量。

圖1 各環(huán)境參數(shù)與電流的關(guān)系曲線

1.2 微風振動監(jiān)測分析

當風吹過導(dǎo)線時，在風激勵作用下，若旋渦脫落頻率接近輸電線的某階固有頻率，此時線纜以駐波形式振動，且振動幅值較大。振動頻率在一定程度上可以表征風速。根據(jù)馮卡門提出的卡門渦街原理，線路的振動頻率與風速的關(guān)系如式（6）所示：

式中：f是線路的振動頻率；V為風速；D為導(dǎo)線的直徑；s是斯特勞哈爾常數(shù)，它與空氣的雷諾數(shù)有關(guān)。一般情況下取s=0.21。卡門旋渦仿真圖如圖2所示。

在實際的線路運行環(huán)境，風速引起的主要是微風振動[18]。能量平衡法是計算微風振動的主要方法，計算公式如下：

式中：W為風載荷的輸入功率；D為輸電導(dǎo)線的自阻尼功率。

設(shè)輸電線的方向位移為：

式中：0為振動幅值；為升力角頻率；為升力與位移間的相位差。

當風作用于導(dǎo)線時會產(chǎn)生升力F。F可以認為隨時間成正弦變化，該作用力表示為：

式中：L為升力系數(shù)；為空氣密度；為風速；為導(dǎo)線外徑。在二分之一周期內(nèi)，風輸入的功率為：

相關(guān)學(xué)者提出擬合后的風能輸入功率的公式為：

式中：1=0.052 6，2=1.407 4，3=4.032 4。

國際上學(xué)者提出的通過實驗得到的自阻尼功率表達式為：

本文取振幅為小于0.6的風能功率。根據(jù)功率平衡方程有：

仿真得到2.5 m/s風速下的微風振動曲線如圖3所示。微風振動的幅值一般在小于導(dǎo)線倍直徑，頻率一般在25～200 Hz之間。仿真使用的導(dǎo)線參數(shù)如表2所示。

圖3 仿真風速為2.5 m/s時的微風振動時域圖

表2 仿真使用的導(dǎo)線基本參數(shù)

1.3 風速監(jiān)測分析與脈動風速模擬

微風振動的頻率與風速成正比。在微風振動的頻率接近與線路某階固有頻率時，由于線路在自振頻率附近對周邊流體的整流作用，風速在小范圍（不超過1 m/s）變化時線路的微風振動頻率會固定，即頻率鎖定現(xiàn)象。利用微風振動監(jiān)測得到的風速為該點的平均風速。為了更好地監(jiān)測輸電線路的風速情況，還需引入脈動風速來修正風速，具體如公式（16）所示：

平均風速沿高度變化的規(guī)律一般用指數(shù)函數(shù)分布表示：

模擬脈動風速可以利用功率譜。風速時間函數(shù)的表示，利用最多的為Davenport功率譜，其函數(shù)表達式如公式（18）所示：

將()進行Cholesky分解，具體公為：

式中：

模擬風速具有如下形式：

式中：Δ=/為頻率增量；|H()|為上述下三角矩陣的模；()為不同作用點之間的相位角；為介于0和2π之間均勻分布的隨機數(shù)；ω=Δ是頻域的遞增變量。

按照上述算法，本文仿真了10 m高度和40 m高度處的脈動風速。其中，10 m處風速為5 m/s，地面粗糙度=0.05，頻率增量為0.01 Hz。繪制脈動時程曲線與總風速曲線（40 m風速為6.59 m/s）結(jié)果如圖4所示。

圖4 脈動風速時程曲線仿真圖

2 多參量分布式光纖基本原理及構(gòu)成

2.1 分布式光纖傳感原理

光纖在自然環(huán)境中由于各種原因造成的折射率不均勻會導(dǎo)致光的散射，其中一小部分的光會后向散射，而外界環(huán)境的溫度、振動等都會改變光的基本物理量（包括偏振態(tài)、光強、相位、頻率）。如圖5所示，利用后向散射光的返回時間可以實現(xiàn)擾動定位，具體公式如下：

式中：L為光纖擾動位置；t為光信號往返所需時間；c為光速；n為光纖的折射率。

利用相位敏感型的瑞利散射光時域反射技術(shù)（phase-sensitive optical time domain reflectometer，Φ-OTDR）[19]可以監(jiān)測多點振動，定位分辨率可以到10 m左右，頻率分辨率為0～3 000 Hz，十分適合測量沿線各點的風速。Φ-OTDR的基本原理是：光纖某處振動會引起光纖形變進而改變其折射率，該點后向散射光的相位會發(fā)生變化，光強s會隨著相位變化而變化，如式（22）所示。

環(huán)境溫度監(jiān)測可以使用布里淵散射傳感[20]技術(shù)（brillouin optical time domain reflectometer，BOTDR），其傳感距離一般可到120 km左右。布里淵后向散射光的頻率變化與溫度和應(yīng)變有關(guān)，BOTDR系統(tǒng)的測量原理由以下方程給出：

2.2 多參量分布式光纖基本結(jié)構(gòu)及測量方法

多參量分布式光纖的基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。

光源分為兩路：一路光作為激勵光；另一路光作為本體參考光。激勵光先由脈沖調(diào)制為脈沖光，經(jīng)過摻鉺放大器和拉曼放大器2級放大后，再通過光纖光柵（FBG）和環(huán)形器進行濾波，濾去放大器產(chǎn)生的放大器自發(fā)輻射噪聲，最后再由環(huán)形器輸入到OPGW內(nèi)的光纖中。經(jīng)過環(huán)形器返回的光通過光耦合器分為2束：一束光通過直接檢測的方法用于Φ-OTDR檢測振動頻率；另一束光攜帶BOTDR的頻移。再通過相干檢測的原理來探測，具體原理是假設(shè)探測光和參考光的光電場公式如下：

圖6 多參量分布式光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

光電探測器輸出的光電流為：

式中：為光電轉(zhuǎn)換系數(shù)。光電流展開式的4項為差頻項，濾波后唯一被檢測到的分量，其表達式為：

式中：s=+b，L=+c，為光源的頻率，b為布里淵頻移值（在11 GHz左右），c為微波電光調(diào)制器為參考光給出的頻移，Δ=s–L=bc。

實際上為了得到布里淵的整個洛倫茲譜型需要用到頻率掃描的方法。本文裝置采用的方法是改變參考光的頻率以改變差頻Δ的中心頻率，即為給出一個掃頻的區(qū)間，從小到大地改變參考光頻移并得到參考信號的功率，差頻信號的功率最大時微波的頻移為布里淵頻移，即Δ=0。由于自發(fā)布里淵散射的信號很低，所以還需要進行多次測量取平均以增大信噪比。本設(shè)備的累加次數(shù)為4 096次，大約每2～3 min左右采集到一次布里淵頻移信息，溫度精度為±1 ℃，定位精度為±10 m。

洛倫茲曲線擬合曲線的形式如式（29）：

式中：ΓB為半峰全寬；ν為掃頻頻率；νB為布里淵散射譜的中心頻率；G為最大功率峰值。BOTDR掃頻過程如圖7所示。

利用BOTDR測量溫度時，首先需要測量得到待測對象在自然環(huán)境溫度下的布里淵頻移（一般是20 ℃）作為參考頻移，再將環(huán)境溫度變化時得到的頻移與參考頻移做差，得到的頻移除以溫度系數(shù)就是溫度變化量。

Φ-OTDR利用了瑞利散射信號，其強度較大無需多次累加去噪，所以可以實時監(jiān)測光纖振動。監(jiān)測振動位置及頻率的具體方法為：首先得到一系列的位置–振動強度曲線圖，隨后將相鄰的兩組曲線相減定位到振動位置，再分析該位置的時域曲線頻譜得到振動頻率。Φ-OTDR監(jiān)測振動頻率數(shù)據(jù)處理原理如圖8所示。

圖8 Φ-OTDR監(jiān)測振動頻率數(shù)據(jù)處理原理圖

3 實驗驗證與數(shù)值仿真

3.1 分布式光纖實測數(shù)據(jù)

溫度測試實驗的示意圖及部分實物如圖9所示。實驗前先將OPGW置于（20±5）℃之間處理24 h，然后將溫度從20 ℃升至65 ℃，觀察OPGW內(nèi)光纜溫度。OPGW的長度約為7 km，分為兩段，型號為OPGW-72B1.3-150，接入前續(xù)接45 km左右的光纜。

圖9 溫度實驗示意圖

由圖10可得，在45～52 km，BOTDR的頻移曲線有明顯差別，可以判斷此區(qū)域出現(xiàn)了溫度變化。設(shè)備的溫度參數(shù)為1.2 MHz/℃。取50 km處的溫度進行對比，顯示此設(shè)備監(jiān)測溫度的誤差在2%以內(nèi)，如圖11所示。

圖10 20 ℃與65 ℃的BOTDR頻移曲線圖

圖11 DOFS與溫度傳感器測得溫度對比圖

將OPGW以15%～20% RTS按圖12安裝在實驗檔上。實驗過程中實時監(jiān)測光信號。懸掛裝置保證OPGW（型號OPGW-72B1.3-150）在施振段靜態(tài)時的弧垂角不超過1.5°±0.5°。調(diào)節(jié)系統(tǒng)達到共振，懸垂裝置與振動臺之間至少產(chǎn)生6個波節(jié)，振動頻率50 Hz。選擇50 Hz的振動頻率是由于此型號的OPGW的某階固有頻率在50 Hz附近，此時其振動較為穩(wěn)定且利于監(jiān)測。整個實驗期間振動角控制為25′～30′。

圖12 OPGW 微風振動試驗裝置

設(shè)備的采樣頻率為6.250 000 MHz，空間采樣點個數(shù)為4 083，時間采樣頻率為754.284 300 Hz，時間采樣點個數(shù)為4 096。光纜與OPGW長度共59.4 km。線路微風振動位置的定位具體方法是：首先，分布式光纖監(jiān)測主機處理得到的數(shù)據(jù)是一個×的矩陣，其中各行數(shù)據(jù)的順序?qū)?yīng)其位置，數(shù)值對應(yīng)光強，各列位置對應(yīng)時間。由于振動處的光強會有較大波動而非振動位置的光強波動相對較小，于是通過將相鄰的兩行數(shù)據(jù)相減就可以得到一段新的位置–光強曲線。該曲線對應(yīng)的振動處光強峰值明顯高于其它位置，以此定位振動出現(xiàn)的位置。利用此方法定位OPGW微風振動段處于22.4 km處，如圖13所示。取該段的時域信號進行快速傅里葉分解得到的頻譜圖如圖14所示。頻譜的峰值在50 Hz及其倍頻。此設(shè)備可以準確監(jiān)測到線路微風振動的頻率。

圖13 微風振動定位圖

圖14 22.4 km處點的振動頻譜圖

多參量分布式光纖傳感設(shè)備的測量距離在100 km左右。在如此長的傳輸距離中，線路各段的天氣狀態(tài)有所不同，發(fā)生的現(xiàn)象也會有所不同；而此設(shè)備的作用就是定位線路發(fā)生振動的位置并分析其振動頻率等信息，從而得到線路各點的運行狀態(tài)及風速信息。需要注意的是，微風振動時完整的導(dǎo)線會同頻振動，而一段輸電線路的導(dǎo)線并不是一整根的，在每個耐張塔段導(dǎo)線都會被截斷，即在每2個耐張塔之間的線路導(dǎo)線才是一整根的，故而該設(shè)備可以定位并分析各個耐張段的微風振動和風速情況。

圖15為多參量分布式光纖在實際環(huán)境中監(jiān)測得到的一天內(nèi)線路某檔距的風速圖。設(shè)備監(jiān)測到的一天內(nèi)風速與氣象局報道的風速差距在5%以內(nèi)，故認為該設(shè)備可以比較精確地監(jiān)測到該地區(qū)的風速。

圖15 DOFS和氣象局實測得到的風速對比圖

3.2 數(shù)值仿真

選取9組SCADA采集到的數(shù)據(jù)。取當?shù)孛吭碌钠骄照諒姸葹?00 W/m2的數(shù)據(jù)進行分析（其影響最小），以論證利用分布式光纖進行線路最大載流量實時監(jiān)測的可行性，具體數(shù)據(jù)如表3和表4所示。從表中數(shù)據(jù)可知，利用此方法監(jiān)測的誤差最大不超過5%，可以滿足電力系統(tǒng)動態(tài)增容相關(guān)計算的要求。

表3 SCADA采集數(shù)據(jù)

表4 DOFS監(jiān)測相對誤差

4 結(jié)論

本文以導(dǎo)線的熱平衡方程為出發(fā)點，結(jié)合分布式光纖的基本原理和結(jié)構(gòu)，利用實驗驗證和數(shù)值仿真的方法介紹了多參量分布式光纖實現(xiàn)最大允許載流量的動態(tài)監(jiān)測方法。

（1）影響輸電線路載流量的主要微氣象條件為風速、環(huán)境溫度以及光照強度。通過理論仿真分析認為，風速與環(huán)境溫度對最大載流量的影響較大，光照強度的影響相對很小。

（2）微風振動的幅值一般在毫米級別，頻率一般在幾百赫茲之間；而Φ-OTDR技術(shù)的頻率監(jiān)測范圍一般在0～3 000 Hz之間。結(jié)合卡門漩渦公式可以實時監(jiān)測線路沿線的平均風速，結(jié)合脈動風速修正后可以得到線路各段的實時風速信息。利用多參量分布式光纖的BOTDR模塊可以監(jiān)測線路沿線各點溫度。

（3）實驗表明，多參量分布式光纖可以實時監(jiān)測60 km內(nèi)OPGW的溫度及振動情況，其風速監(jiān)測誤差在5%以內(nèi)，溫度監(jiān)測誤差在±1 ℃以內(nèi)。

（4）數(shù)值仿真表明，利用多參量分布式光纖監(jiān)測環(huán)境的風速及環(huán)境溫度，光照強度取當?shù)貧庀缶值钠骄鶖?shù)據(jù)條件下，最大載流量的計算誤差在5%以內(nèi)。

[1] RáCZ L, SZABó D, G?CSEI G, et al. Grid management technology for the integration of renewable energy sources into the transmission system[C]//2018 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA). Paris, France: IEEE, 2018: 612-617.

[2] XU B, ULBIG A, ANDERSSON G. Impacts of dynamic line rating on power dispatch performance and grid integration of renewable energy sources[C]//IEEE PES ISGT Europe 2013. Lyngby, Denmark: IEEE, 2013: 1-5.

[3] 付善強, 蔡富東, 王孟夏, 等. 地區(qū)天氣實況數(shù)據(jù)用于架空導(dǎo)線動態(tài)增容的方法[J]. 電力自動化設(shè)備, 2021, 41(2): 207-212.

FU SHANQIANG, CAI FUDONG, WANG MENGXIA, et al. Dynamic capacity increase method of overhead line using practical regional weather data[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(2): 207-212(in Chinese).

[4] 梁立凱, 韓學(xué)山, 王艷玲, 等. 輸電線路載荷能力在線定值[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2013, 28(2): 279-284.

LIANG LIKAI, HAN XUESHAN, WANG YANLING, et al. Online valuation of transmission line loadability[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2013, 28(2): 279-284(in Chinese).

[5] 張怡, 張鋒, 李有春, 等. 基于智慧輸電線路的動態(tài)增容輔助決策系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2021, 49(4): 160-168.

ZHANG YI, ZHANG FENG, LI YOUCHUN, et al. Assistant decision system to improve transmission capacity based on a smart transmission line[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(4): 160-168(in Chinese).

[6] 王勇, 蘇大威, 霍雪松, 等. 考慮電網(wǎng)靜態(tài)安全的輸電線路動態(tài)增容系統(tǒng)[J]. 電力自動化設(shè)備, 2017, 37(2): 199-204.

WANG YONG, SU DAWEI, HUO XUESONG, et al. Dynamic transmission line capacity increase system with consideration of static power grid security[J]. Electric Power Automation Equipment, 2017, 37(2): 199-204(in Chinese).

[7] 徐偉, 鮑顏紅, 周海鋒, 等. 基于阻塞分析的輸電線路動態(tài)增容[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2016, 44(6): 15-22.

XU WEI, BAO YANHONG, ZHOU HAIFENG, et al. Transmission line dynamic capacity-increase based on congestion analysis[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(6): 15-22(in Chinese).

[8] 楊安琪, 龔慶武. 基于BOTDR測溫技術(shù)的架空線路動態(tài)增容方法[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2017, 45(6): 16-21.

YANG ANQI, GONG QINGWU. Dynamic capacity-increase of overhead line based on BOTDR temperature monitoring technology[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45(6): 16-21(in Chinese).

[9] 孫立軍, 張若鵬, 田銘興, 等. 考慮地理氣候因素影響的接觸網(wǎng)綜合載流量計算方法及其應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2021, 45(5): 1958-1966.

SUN LIJUN, ZHANG RUOPENG, TIAN MINGXING, et al. Calculation and application of permissible carrying capacity of OCS considering influence of geographical and climatic factors[J]. Power System Technology, 2021, 45(5): 1958-1966(in Chinese).

[10] XIE K, ZHAO Y, ZHANG H, et al. Practice of optical fiber sensing technologies in power transmission lines and towers[C]//2018 International Conference on Power System Technology (POWERCON). Guangzhou, China: IEEE, 2018: 3912-3918.

[11] 劉統(tǒng)玉, 李振, 孟祥軍, 等. 光纖多參數(shù)傳感器研究[J]. 通信學(xué)報, 2020, 41(2): 66-73.

LIU TONGYU, LI ZHEN, MENG XIANGJUN, et al. Study on optical fiber multi-parameter sensor[J]. Journal on Communications, 2020, 41(2): 66-73(in Chinese).

[12] 孫宏彬, 曹琪, 劉明, 等. 一種基于無線Mesh 的高壓輸電線路遠程通信方法研究[J]. 信息系統(tǒng)工程, 2019(9): 129-130.

[13] 戴棟, 張敏, 趙東生, 等. 輸電線路在線監(jiān)測裝置研制及其通信組網(wǎng)應(yīng)用[J]. 高電壓技術(shù), 2015, 41(12): 3902-3908.

DAI DONG, ZHANG MIN, ZHAO DONGSHENG, et al. On-line monitoring device for transmission lines and its communication network application[J]. High Voltage Engineering, 2015, 41(12): 3902-3908(in Chinese).

[14] 熊菲, 丁文紅, 張益昕, 等. 基于布里淵光時域反射技術(shù)的多參數(shù)輸電線路覆冰預(yù)警[J]. 電力科學(xué)與工程, 2019, 35(1): 36-44.

XIONG FEI, DING WENHONG, ZHANG YIXIN, et al. Detection of transmission line icing based on multiple parameters measured by brillouin optical time domain reflectometer[J]. Electric Power Science and Engineering, 2019, 35(1): 36-44(in Chinese).

[15] 張旭蘋, 武劍靈, 單媛媛, 等. 基于分布式光纖傳感技術(shù)的智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測[J]. 光電子技術(shù), 2017, 37(4): 221-229.

ZHANG XUPING, WU JIANLING, SHAN YUANYUAN, et al. On-line monitoring of power transmission lines in smart grid based on distributed optical fiber sensing technology[J]. Optoelectronic Technology, 2017, 37(4): 221-229(in Chinese).

[16] 張怡, 項中明, 馬超, 等. 電網(wǎng)熱穩(wěn)定輸送能力輔助決策系統(tǒng)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2020, 44(5): 2000-2008.

ZHANG YI, XIANG ZHONGMING, MA CHAO, et al. Design of aided-decision system to improve thermal stability transport capacity of power grid[J]. Power System Technology, 2020, 44(5): 2000-2008(in Chinese).

[17] 中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會. 110-500kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程:DL/T 5092-1999[S]. 北京: 中國電力出版社, 1999: 457-458.

[18] 黃新波, 趙隆, 舒佳, 等. 輸電線路導(dǎo)線微風振動在線監(jiān)測技術(shù)[J]. 高電壓技術(shù), 2012, 38(8): 1863-1870.

HUANG XINBO, ZHAO LONG, SHU JIA, et al. Online monitoring conductor aeolian vibration of transmission lines[J]. High Voltage Engineering, 2012, 38(8): 1863-1870(in Chinese).

[19] LIN R, ZHU Y, TIAN L, et al. On-situ monitoring of sleet-thawing for OPGW based on long distance BOTDR[J]. Optoelectronics Letters, 2021, 17(4): 226-230.

Monitoring of the Maximum Allowable Current-carrying Capacity of Lines Based on Multi-parameter DOFS

HE Weiming1, TANG Chong1, HUANG Shaochuan1, BIN Po1, WANG Minxue2, LI Li2

(1. Qingyuan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Qingyuan 511518, China; 2. School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan, 430074, China)

If the instantaneous maximum carrying capacity of the line can be calculated in real time, the transmission capacity of the region can be improved without additional investment and construction of transmission lines. This paper proposes a real-time calculation method for the maximum allowable carrying capacity of transmission lines based on the multi-parameter distributed optical fiber technology. The multi-parameter distributed optical fiber host integrates the Brillouin scattering module and the phase-sensitive Rayleigh scattering module. The equipment can be monitored online by using the real-time data of wind speed and temperature at each point along the OPGW, the maximum allowable current carrying capacity of the line can be calculated the with the heat balance equation. This method has a high reliability for date transmission and simple and requires light maintenance. The calculation error of the maximum current carrying capacity obtained by this method is less than 5%.

heat balance equation; distributed optical fiber sensing; maximum allowable current carrying capacity; power transmission line

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2021.11.006

TM726; TM744

A

1672-0792(2021)11-0052-10

2021-07-27

南方電網(wǎng)公司科技項目（GDKJXM20198376）

何偉明（1969—），男，工程師，主要研究方向為輸電線路運維；

唐 翀（1994—），男，助理工程師，主要研究方向為輸電線路運維；

黃紹川（1991—），男，工程師，主要研究方向為輸電線路運維；

王敏學(xué)（1995—），男，碩士研究生，主要研究方向為輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)；

李 黎（1976—），男，研究員，主要研究方向為高電壓工程新技術(shù)。