一種光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀、分布式光纖傳感器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息處理單元，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀安裝在高壓輸電線路輸變電站內(nèi)，所述的分布式光纖傳感器為光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光纖，光纖復(fù)合架空地線的傳感光纖通過變電站內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息處理單元相連。本發(fā)明監(jiān)測(cè)全線各檔距的弧垂分布，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)；采用在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)性好、效率高；檢測(cè)設(shè)備主機(jī)置于變電站內(nèi)，受環(huán)境影響?。滑F(xiàn)場(chǎng)無(wú)額外的傳感器，易維護(hù)。
【專利說明】一種光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力運(yùn)維領(lǐng)域，特別涉及一種光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,即0PGW)的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 弧垂測(cè)量對(duì)于控制線路的安全運(yùn)行起到很重要的作用，尤其是新架線路經(jīng)過一段 運(yùn)行時(shí)間后，導(dǎo)地線均會(huì)有不同程度的下垂，為了安全，就很有必要對(duì)弧垂進(jìn)行觀測(cè)記錄， 為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)；如線路的弧垂不符合規(guī)定要求，過大或過小都可能因線 路應(yīng)力超過允許值而造成斷線接地故障，甚至破壞架設(shè)導(dǎo)線的桿塔結(jié)構(gòu)或風(fēng)吹擺線造成短 路，產(chǎn)生電弧、跳閘的事故。因此，導(dǎo)線與地線的弧垂檢查也成了線路施工、巡線中非常重要 的一部分。
[0003] 但是現(xiàn)階段，導(dǎo)地線的弧垂測(cè)量基本靠巡線人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用肉眼判斷，只在特 殊時(shí)候才會(huì)進(jìn)行觀測(cè)；雖然也有一些弧垂在線監(jiān)測(cè)方法，但是均需要在線路的每個(gè)檔距上 安裝傳感器，每個(gè)傳感器只能監(jiān)測(cè)一個(gè)檔距的弧垂，這些方式施工復(fù)雜、傳感器受環(huán)境影響 容易損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為了要解決的上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種以電力系統(tǒng)基本 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的輸電線路的光纖復(fù)合架空地線（0PGW)的分布式弧垂在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法， 該監(jiān)測(cè)方法無(wú)需在0PGW上安裝傳感器，而是以光纖復(fù)合地線作為傳感器，通過檢測(cè)輸電線 路的應(yīng)變及溫度，并根據(jù)0PGW的弧垂分布模型，實(shí)現(xiàn)輸電線路光纖復(fù)合地線全線的弧垂檢 測(cè)。
[0005] 光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào) 儀、分布式光纖傳感器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息處理單元，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀安裝在 高壓輸電線路輸變電站內(nèi)，所述的分布式光纖傳感器為光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光 纖，光纖復(fù)合架空地線的傳感光纖通過變電站內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào) 儀，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息處理單元相連。所述的光纖復(fù)合架 空地線內(nèi)的一根傳感光纖為單模光纖。以光纖復(fù)合架空地線0PGW內(nèi)的一根單模光纖作為 分布式光纖傳感器，無(wú)需在輸電線路上另外安裝傳感器。
[0006] 所述的分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀，原理為向光纖復(fù)合架空地線也就是分布式 光纖傳感器發(fā)射脈沖激光信號(hào)，光信號(hào)在光纖中傳播時(shí)，受光纖材料的影響會(huì)產(chǎn)生后向散 射光信號(hào)；當(dāng)0PGW的溫度、應(yīng)變發(fā)生變化后，0PGW的弧垂就會(huì)發(fā)生變化；同時(shí)光纖的微結(jié)構(gòu) 也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致后向散射光的中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生偏移；通過檢測(cè)后向散射光的返回時(shí)間 就可以計(jì)算出溫度、應(yīng)變發(fā)生變化的位置。
[0007] 所述的分布式光纖傳感器也就是光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根單模光纖，利用光纖 復(fù)合架空地線中的一根單模光纖作為傳感器，監(jiān)測(cè)傳感器的溫度與應(yīng)變參數(shù)。
[0008] 所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理單元通過USB接口與分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào) 儀連接，接收分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀發(fā)送的分布式光纖傳感器上各空間位置上的溫 度與應(yīng)變信息；并完成存儲(chǔ)、管理、計(jì)算、顯示信息，通過現(xiàn)有相應(yīng)算法計(jì)算出輸電線路的弧 垂，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)0PGW弧垂?fàn)顟B(tài)的目的。
[0009] 弧垂指線路上任意一點(diǎn)到懸掛點(diǎn)連線之間的鉛垂距離；最大弧垂指架空線在無(wú)風(fēng) 氣象條件下，垂直平面內(nèi)檔距中央弧垂的最大值。通常電力部門所說的弧垂就是指最大弧 垂。在電力系統(tǒng)中，線路的狀態(tài)方程描述了線路應(yīng)力隨著氣象條件變化的規(guī)律，在已知某一 狀態(tài)的比載、溫度、應(yīng)力之后（任何線路在初始安裝時(shí)就會(huì)存在一個(gè)安裝曲線，相當(dāng)于記錄 了出初始的比載、溫度與應(yīng)力），可以利用狀態(tài)方程計(jì)算出其他狀態(tài)下的應(yīng)力，進(jìn)而計(jì)算出 弧垂等參量。
[0010] 利用所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在 于按以下步驟進(jìn)行：1)分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀測(cè)量出線路當(dāng)前的溫度t 2與應(yīng)力σ 2 ; 2)同時(shí)根據(jù)線路安裝時(shí)的初始溫度、應(yīng)力〇1與比載參數(shù)，根據(jù)公式⑴計(jì)算出線路 當(dāng)前條件下的比載Y 2 ;3)進(jìn)而由公式（2)或公式（3)計(jì)算出線路的最大弧垂，鑒于分布式 光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀測(cè)量能測(cè)量0PGW的分布式溫度與應(yīng)變，因此能測(cè)量出線路上各點(diǎn) 的分布式弧垂；4)系統(tǒng)將自動(dòng)判斷線路的弧垂是否正常，若不正常，則進(jìn)行報(bào)警；且無(wú)論弧 垂正常與否，都將進(jìn)行下一次的測(cè)量。
[0011] 相鄰兩個(gè)桿塔之間無(wú)高差時(shí)，狀態(tài)方程可以表示為式（1)，
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào) 儀、分布式光纖傳感器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息處理單元，其特征在于：分布式光纖溫度與應(yīng)變 解調(diào)儀安裝在高壓輸電線路輸變電站內(nèi)，所述的分布式光纖傳感器為光纖復(fù)合架空地線內(nèi) 的一根傳感光纖，光纖復(fù)合架空地線的傳感光纖通過變電站內(nèi)的接口接入分布式光纖溫度 與應(yīng)變解調(diào)儀，分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息處理單元相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于：所述的光纖復(fù)合架空地線內(nèi)的一根傳感光纖為單模光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于：所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理單元通過USB接口與分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀連 接，接收分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀發(fā)送的分布式光纖傳感器上各空間位置上的溫度與 應(yīng)變信息；并完成存儲(chǔ)、管理、計(jì)算及信息顯示，通過現(xiàn)有相應(yīng)算法計(jì)算出輸電線路的弧垂。
4. 利用根據(jù)權(quán)利要求1 一 3之一所述的光纖復(fù)合架空地線的分布式弧垂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：1)分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀測(cè)量出線路當(dāng) 前的溫度〖 2與應(yīng)力〇2;2)同時(shí)根據(jù)線路安裝時(shí)的初始溫度h、應(yīng)力〇1與比載參數(shù)，根 據(jù)公式⑴計(jì)算出線路當(dāng)前條件下的比載Y 2 ;3)進(jìn)而由公式⑵或公式（3)計(jì)算出線路 的最大弧垂，鑒于分布式光纖溫度與應(yīng)變解調(diào)儀測(cè)量能測(cè)量OPGW的分布式溫度與應(yīng)變，因 此能測(cè)量出線路上各點(diǎn)的分布式弧垂；4)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)判斷線路的弧垂是否正常，若 不正常，則進(jìn)行報(bào)警；且無(wú)論弧垂正常與否，都將進(jìn)行下一次的測(cè)量； 相鄰兩個(gè)桿塔之間無(wú)高差時(shí)，狀態(tài)方程可以表示為式（1)，
式中，σ i、σ 2--1、2狀態(tài)下線路最低點(diǎn)的應(yīng)力，N/mm2 ; Υ 1> Y 2-1、2狀態(tài)下線路的比載，N/(m · mm2); tpt2--1、2狀態(tài)下的大氣溫度，°C ; α--線路的溫度膨脹系數(shù)，1/°C ; E--線路的彈性系數(shù)，N/mm2 ; 1-檔距，對(duì)于直線桿塔的連續(xù)檔，則為耐張段的代表檔距，m。 相鄰兩個(gè)桿塔無(wú)高差時(shí)，最大弧垂的計(jì)算公式為：
(2) 式⑵中，fm為最大弧垂，γ為線路的自重比載，1為線路的檔距，〇為線路最低點(diǎn)的 應(yīng)力； 相鄰兩個(gè)桿塔之間有高差時(shí)，最大弧垂的計(jì)算公式為： 式（3)中，β為兩懸掛點(diǎn)連線與水平線的夾角。 (3)
【文檔編號(hào)】G01D5/353GK104121945SQ201410266756
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】張文舉, 張哲民, 楊帆, 張坤, 劉洪凱 申請(qǐng)人:武漢康普常青軟件技術(shù)股份有限公司