專利名稱：一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力線路在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
20世紀90年代以來電網(wǎng)大面積污閃事故在全國大范圍內(nèi)頻頻發(fā)生,嚴重威脅著電力系統(tǒng)的安全運行。輸電線路污閃事故的根本原因是絕緣子表面沉積了污穢物質(zhì)，當它吸收了潮濕空氣中的水分后，使絕緣強度急劇下降，承受不住工作電壓而發(fā)生閃絡(luò)。絕緣子污穢程度的可靠檢測有利于電力維護人員及時準確地掌握絕緣子污穢狀 況，是防污閃工作中非常重要的一環(huán)。同時，可靠的污穢程度檢測可以確保污區(qū)劃分準確，從而為輸變電設(shè)備外絕緣設(shè)計和絕緣子選型提供科學依據(jù)，是防止大面積污閃事故的基本保證。在線監(jiān)測能有效跟蹤絕緣子污穢的變化過程，使之在污穢程度達到臨界狀態(tài)時能先期預(yù)警，便于電力工作人員及早采取應(yīng)對措施，防止污閃事故的發(fā)生。國內(nèi)清華大學、中國電科院、重慶大學、華北電力大學、西安交通大學、華南理工大學、哈爾濱理工大學能多所高等院校和研究機構(gòu)的許多專家學者在此領(lǐng)域里開展了大量卓有成效的工作，并開發(fā)了大量的在線檢測裝置。目前，國內(nèi)外高壓絕緣子污穢檢測手段和方法包括微波輻射法、紫外脈沖法、紅外成像法、聲發(fā)射法、泄漏電流法以及光強法。微波輻射法，由于污穢成分復(fù)雜，測量結(jié)果難以與污穢成分對應(yīng)；紫外法和紅外法，由于紫外、紅外等光學測量設(shè)備價格昂貴，易損壞且需要功耗較大，不適合于長期在線監(jiān)測；聲發(fā)射法，由于輸電附近電磁環(huán)境惡劣，噪聲較大，聲發(fā)射法接收信號很容易被淹沒，難以獲得真實污穢情況。在現(xiàn)場應(yīng)用較多的是泄露電流法和光譜法。泄漏電流是運行電壓、污穢程度、氣候條件三要素綜合作用的結(jié)果，是動態(tài)參數(shù)，適宜在線監(jiān)測。通過泄漏電流傳感器實時獲取流過絕緣子表面的泄漏電流，形成了大量的輸電線路絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)。清華大學關(guān)志成教授課題組大量試驗研究表明對所研究型號絕緣子，泄漏電流最大值和污穢狀態(tài)關(guān)系明顯，可用于污穢度的評估。泄漏電流在線監(jiān)測技術(shù)的研究已開展多年，但在實際應(yīng)用中仍存在大量問題。主要問題有1)泄漏電流的大小與所用絕緣子的類型(材料、傘型、盤徑)、污穢成分、等值鹽密(ESDD)、灰密、氣象條件等多種因素有關(guān)，很難利用泄露電流評估絕緣子污穢水平；2)根據(jù)泄漏電流判定絕緣子運行狀況及預(yù)警區(qū)間，目前還沒有權(quán)威的標準可循，也沒有積累足夠多的運行數(shù)據(jù)，還要依靠操作人員的經(jīng)驗來確定清洗或維修臨界值，其準確度不高；3)裝置的運行環(huán)境較惡劣，可靠性不高；4)由于測量系統(tǒng)沒有針對戶外輸電線路附近環(huán)境進行專門設(shè)計，存在易受電磁干擾，老化速度快等缺點。光強法成功的解決了泄露電流法不能直接對污穢量進行測量以及抗電磁干擾能力弱的缺點，其理論基礎(chǔ)是介質(zhì)光波導中的光場分布理論和光能損耗機理。當石英玻璃棒上有污染時，由于污染物改變了高次模及基模的傳輸條件，同時，污染粒子對光能的吸收和散射等會產(chǎn)生光能損耗，通過檢測光能參數(shù)可計算出傳感器表面鹽分的多少。曾有學者試圖通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立光通量、濕度、塵埃比率與ESDD的關(guān)系，但由于樣本數(shù)量較少，該研究尚不充分。光譜法鹽密在線監(jiān)測系統(tǒng)近幾年已在我國北方部分地區(qū)掛網(wǎng)運行，但該系統(tǒng)目前尚未在各電力公司推廣使用，主要是等值鹽密測量的準確性有待驗證，同時光強測量存在致命缺點，由于采用了光強作為監(jiān)測量，光學元器件的不穩(wěn)定因素對測量結(jié)果有較大影響。同時，該系統(tǒng)不能對灰密進行直接測量，對于光通量衰減與濕度、塵埃比率和ESDD之間的關(guān)系也需進一步研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)中提到現(xiàn)有在線監(jiān)測系統(tǒng)無法測量灰密、測量結(jié)果易受干擾等不足，本發(fā)明提出了一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng) 及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括計算機、波長解調(diào)系統(tǒng)、接線盒、接線盒輸出光纜、百葉箱、第一引出光纖、第二引出光纖、光纖布喇格光柵污移傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器；所述波長解調(diào)系統(tǒng)包括太陽能發(fā)電模塊和無線通訊模塊；所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)連接；波長解調(diào)系統(tǒng)通過接線盒輸出光纜和接線盒連接；接線盒通過第一引出光纖和第二引出光纖分別與光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器連接；光纖布喇格光柵補償傳感器置于百葉箱內(nèi)；所述光纖布喇格光柵污移傳感器陣列由第一光纖布喇格光柵污移傳感器和第二光纖布喇格光柵污穢傳感器組成，第一光纖布喇格光柵污穢傳感器為涂覆第一設(shè)定厚度濕敏材料的光纖布喇格光柵；第二光纖布喇格光柵污穢傳感器為涂覆第二設(shè)定厚度濕敏材料的光纖布喇格光柵；所述光纖布喇格光柵補償傳感器的一半為涂覆第三設(shè)定厚度濕敏材料的光纖布喇格光柵，光纖布喇格光柵補償傳感器的另一半為沒有涂覆濕敏材料的光纖布喇格光柵，光纖布喇格光柵補償傳感器加裝有透濕防塵護套；所述波長解調(diào)系統(tǒng)用于對光纖布喇格光柵污移傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器采集的波長進行解調(diào)；所述計算機利用波長數(shù)據(jù)計算獲得鹽密和灰密。所述接線盒輸出光纜為光纖復(fù)合架空地線0PGW、全介質(zhì)自承式光纜ADSS、0PPC光纜或鎧裝光纜。所述第一光纖布喇格光柵污移傳感器和第二光纖布喇格光柵污移傳感器的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。所述濕敏材料為聚酰亞胺或水凝膠。所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)通過網(wǎng)線或無線通訊模塊連接。所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接時，波長解調(diào)系統(tǒng)通過市電供電。所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)通過無線通訊模塊連接時，波長解調(diào)系統(tǒng)通過太陽能發(fā)電模塊供電。一種輸電線路污穢在線監(jiān)測的方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟I :將所述接線盒、百葉箱、光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器置于輸電線的指定位置；步驟2 :將所述光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過所述接線盒發(fā)送至所述波長解調(diào)系統(tǒng)；步驟3 :所述波長解調(diào)系統(tǒng)將解調(diào)出來的布喇格波長數(shù)據(jù)發(fā)送至所述計算機；步驟4 :所述計算機根據(jù)解調(diào)出來的布喇格波長數(shù)據(jù)計算鹽密和灰密。所述光纖布喇格光柵補償傳感器溫度和濕度的計算公式為
權(quán)利要求
1.一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括計算機、波長解調(diào)系統(tǒng)、接線盒、接線盒輸出光纜、百葉箱、第一引出光纖、第二引出光纖、光纖布喇格光柵污移傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器； 所述波長解調(diào)系統(tǒng)包括太陽能發(fā)電模塊和無線通訊模塊； 所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)連接；波長解調(diào)系統(tǒng)通過接線盒輸出光纜和接線盒連接；接線盒通過第一引出光纖和第二引出光纖分別與光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器連接；光纖布喇格光柵補償傳感器置于百葉箱內(nèi)； 所述光纖布喇格光柵污移傳感器陣列由第一光纖布喇格光柵污移傳感器和第二光纖布喇格光柵污穢傳感器組成，第一光纖布喇格光柵污穢傳感器為涂覆第一設(shè)定厚度濕敏材料的光纖布喇格光柵；第二光纖布喇格光柵污穢傳感器為涂覆第二設(shè)定厚度濕敏材料的光纖布喇格光柵； 所述光纖布喇格光柵補償傳感器的一半為涂覆第三設(shè)定厚度濕敏材料的光纖布喇格光柵，光纖布喇格光柵補償傳感器的另一半為沒有涂覆濕敏材料的光纖布喇格光柵，光纖布喇格光柵補償傳感器加裝有透濕防塵護套； 所述波長解調(diào)系統(tǒng)用于對光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器采集的波長進行解調(diào)； 所述計算機利用波長數(shù)據(jù)計算獲得鹽密和灰密。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述接線盒輸出光纜為光纖復(fù)合架空地線OPGW、全介質(zhì)自承式光纜ADSS、OPPC光纜或鎧裝光纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述第一光纖布喇格光柵污移傳感器和第二光纖布喇格光柵污移傳感器的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述濕敏材料為聚酰亞胺或水凝膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)通過網(wǎng)線或無線通訊模塊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接時，波長解調(diào)系統(tǒng)通過市電供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述計算機和波長解調(diào)系統(tǒng)通過無線通訊模塊連接時，波長解調(diào)系統(tǒng)通過太陽能發(fā)電模塊供電。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述系統(tǒng)進行輸電線路污穢在線監(jiān)測的方法，其特征是該方法包括以下步驟 步驟I :將所述接線盒、百葉箱、光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器置于輸電線的指定位置； 步驟2 :將所述光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過所述接線盒發(fā)送至所述波長解調(diào)系統(tǒng)； 步驟3 :所述波長解調(diào)系統(tǒng)將解調(diào)出來的布喇格波長數(shù)據(jù)發(fā)送至所述計算機；步驟4 :所述計算機根據(jù)解調(diào)出來的布喇格波長數(shù)據(jù)計算鹽密和灰密。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種輸電線路污穢在線監(jiān)測的方法，其特征是所述光纖布喇格光柵補償傳感器溫度和濕度的計算公式為 [/I3 = anT + OCmHL^4 ^ aT4T + aH4H λ3為光纖布喇格光柵補償傳感器涂覆濕敏材料部分得到的布喇格波長；λ4為光纖布喇格光柵補償傳感器沒有涂覆濕敏材料部分得到的布喇格波長；α Τ3為光纖布喇格光柵補償傳感器涂覆濕敏材料部分得到的布喇格波長對溫度的敏感系數(shù)； α Τ4為光纖布喇格光柵補償傳感器沒有涂覆濕敏材料部分得到的布喇格波長對溫度的敏感系數(shù)； a H3為光纖布喇格光柵補償傳感器涂覆濕敏材料部分得到的布喇格波長對濕度的敏感系數(shù)； α Η4為光纖布喇格光柵補償傳感器沒有涂覆濕敏材料部分得到的布喇格波長對濕度的敏感系數(shù)； T為溫度； H為濕度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種輸電線路污穢在線監(jiān)測的方法，其特征是所述鹽密和灰密的計算公式為 (A1 = aTlT + amH + aslS + aAlA [A2 - αΤ2Τ + αΗ2Η + as2S + α42Α 其中 λI為第一光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長； 入2為第二光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長； α τι為第一光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對溫度的敏感系數(shù)； α T2為第二光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對溫度的敏感系數(shù)； α Hl為第一光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對濕度的敏感系數(shù)； α Η2為第二光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對濕度的敏感系數(shù)； a S1為第一光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對鹽度的敏感系數(shù)； a S2為第二光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對鹽度的敏感系數(shù)； α Al為第一光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對灰度的敏感系數(shù)； α Α2為第二光纖布喇格光柵污移傳感器的布喇格波長對灰度的敏感系數(shù)； S為鹽度； A為灰度。
全文摘要
本發(fā)明公開了電力線路在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域中的一種光纖布喇格光柵輸電線路污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明包括計算機、波長解調(diào)系統(tǒng)、接線盒、接線盒輸出光纜、百葉箱、第一引出光纖、第二引出光纖、光纖布喇格光柵污穢傳感器陣列和光纖布喇格光柵補償傳感器；波長解調(diào)系統(tǒng)包括太陽能發(fā)電模塊和無線通訊模塊。本系統(tǒng)準確的鹽密和灰密測量，適合于在絕緣子所處的強電磁環(huán)境和惡劣溫濕度環(huán)境中使用。
文檔編號G01N21/17GK102768183SQ201210246378
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者李成榕, 穆瑞鐸, 馬國明 申請人:華北電力大學