CN102141434A - 一种输电线路舞动在线监测*** - Google Patents

一种输电线路舞动在线监测*** Download PDF

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马国明
李成榕
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North China Electric Power University
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Abstract

本发明公开了输电线路在线监测技术领域中的一种输电线路舞动在线监测***。该***包括光纤光栅拉力测量传感器、光纤复合架空地线、动态波长解调***和监控计算机；该***利用光纤光栅拉力测量传感器测量的拉力动态变化信息对输电线路的舞动现象进行在线监测。该***不需要现场电源，具有抗电磁干扰、不受光强波动影响的特点，可对输电线路进行长期有效监测。

Description

一种输电线路舞动在线监测***
技术领域
本发明属于输电线路在线监测技术领域，尤其涉及一种输电线路舞动在线监测***。
背景技术
在冬季，当水平方向的风吹到因覆冰而变为非圆截面的导线时，将产生一定的空气动力，由此会诱发导线产生一种低频率(0.1～3.0赫兹)、大振幅(可达10米以上)的自激振动，其形态上下翻飞，形如龙舞，称为舞动。另外，在覆冰较薄或者无覆冰的情况下，也可能发生舞动。我国是架空输电线路舞动多发的国家，近年来，随着电网建设的发展，架空输电线路向着大截面、多***的方向发展，线路舞动事故更趋频繁，其造成的损失也更加巨大，严重威胁着电网的安全稳定运行。线路舞动会引起诸如：导线电弧烧伤、金具损坏、导线断股、断线、倒塔等事故。
现有输电线路舞动在线监测***主要有以下几种：
1)基于数字图像处理技术
通过安装在输电线路现场的监测终端采集摄像头画面，应用数字图像处理技术处理现场图像数据，从而得出舞动的特征参数，并结合现场气象条件判定输电线的舞动级别。这种***需要使用太阳能电池板供电，当遇到连续阴雨天气时，***无法工作，而且***的采集摄像头在夜间无法正常使用。
2)加速度传感器
该***由加速度传感器、短距离无线模块、基站和无线全球移动通讯***模块组成。其中，加速度传感器直接安装在导线上，测量输电导线舞动时的加速度变化，然后通过短距离无线方式将测量数据传输给安装在杆塔上的基站，基站再利用全球移动通讯***模块将测得的数据无线传输到远方的值班监控机上，然后使用专家***进行舞动分析。在这种监测***中，加速度传感器直接安装在输电导线上，这种安装方式容易使加速度传感器受到电磁干扰的影响；此外，加速度传感器的电源由内置电池提供，而电池需要经常更换。
3)导线应变测量
在挪威，研究人员在输电导线上分别安装3个光纤光栅应变传感器，测量了无覆冰情况下，微风振动和大风振动时输电导线舞动的温度和应力数据，并观测了导线舞动波形。在这种方法中，需要使用光纤将安装在高电位导线上的光纤光栅应变传感器与安装在低电位杆塔上的解调仪连接。对于高压输电线路而言，雨雪天气容易导致沿传输光纤击穿。
光纤光栅具有抗电磁干扰、使用寿命长、可进行分布测量等优点，发明专利“用于输电线路的光纤光栅监测***”(公开号101701859A)中提出了一种用于输电线路覆冰监测的拉力倾角传感器，通过这种传感器的静态测量结果计算输电线路覆冰情况。本发明基于这种光纤光栅技术，利用光纤光栅拉力测量传感器测量的拉力动态变化信息对输电线路的舞动现象进行在线监测。
发明内容
针对上述背景技术中现有输电线路舞动监测***存在的需要现场电源、易受电磁干扰、结构复杂等不足，本发明提出了一种输电线路舞动在线监测***。
本发明的技术方案是，一种输电线路舞动在线监测***，其特征是所述***包括光纤光栅拉力测量传感器、光纤复合架空地线、动态波长解调***和监控计算机；所述光纤光栅拉力测量传感器与所述光纤复合架空地线连接，所述光纤复合架空地线与所述动态波长解调***连接，所述动态波长解调***与所述监控计算机连接；
所述光纤光栅拉力测量传感器用于接收由所述动态波长解调***传来的宽频带光，并将该光信号反射后的窄频带光经所述光纤复合架空地线，传输给所述动态波长解调***；
所述光纤复合架空地线用于传输所述光纤光栅拉力测量传感器的入射和反射的光信号；
所述动态波长解调***用于发送宽频带光信号，并接受所述光纤光栅拉力测量传感器返回的窄带光信号，并从中解调出光纤光栅的中心波长；
所述监控计算机通过网口或串口方式与所述动态波长解调***连接，根据其解调出的光纤光栅的中心波长来计算输电线路所承受的拉力变化，根据导线拉力的频率和幅值计算得到导线的舞动频率和舞动幅值。
所述光纤光栅拉力测量传感器安装在绝缘子串和杆塔之间。
所述动态波长解调***的扫描频率为10赫兹，测量分辨率为1皮米，重复性为2皮米。
所述监控计算机采用指定软件对数据进行分析。
本发明的监测***有以下优点：(1)适合在恶劣气候环境下工作，抗电磁干扰强，可进行长期有效的监测；(2)电源由远方变电站提供，采用光纤光栅技术，克服了现有电子***抗电磁干扰能力差、需要现场电源等缺点；(3)测量得到的应变通过光的波长传递，光纤光栅舞动监测***不受光源的光强波动、光纤连接耦合损耗、光波偏振态变化等因素的影响。
附图说明
图1是输电线路舞动在线监测***示意图。
图2是光纤光栅拉力测量传感器的安装位置。
图3是输电线路舞动时的拉力测量结果。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是根据本发明的示意图，包括：光纤光栅拉力测量传感器1、光纤复合架空地线2、动态波长解调***3和监控计算机4，其中：
光纤光栅拉力测量传感器1：用于接收由动态波长解调***3传来的宽频带光，并将该光信号反射后的窄频带光经光纤复合架空地线2，传输给动态波长解调***3；光纤光栅拉力测量传感器的弹性体上粘贴有光纤光栅，根据光纤光栅的应变变化反应弹性体的受力情况。具体方法是：将两根光纤光栅粘贴到弹性体发生应变区域的不同位置或增设一根不受力影响而只监测温度的光纤光栅。该方法同时解决了温度与应变的交叉敏感问题；
光纤复合架空地线2：用于传输光纤光栅拉力测量传感器1的入射和反射的光信号；
动态波长解调***3：用于发送宽频带光信号，并接受光纤光栅拉力测量传感器1返回的窄带光信号，并从中解调出光纤光栅的中心波长；动态波长解调***的扫描频率为10赫兹或以上，分辨率为1皮米，重复性为2皮米。
监控计算机4：通过网口或串口等方式与动态波长解调***3连接，根据其解调出的光纤光栅的中心波长来计算输电线路所承受的拉力变化，根据导线拉力的频率和幅值变化计算得到导线的舞动频率和舞动幅值，监控计算机含有报警单元，当专家***分析得到的舞动幅值大于预先设定值时，监控计算机发出警报信号。
现场仅放置光纤光栅拉力传感器，宽频带光反射后的窄频带光信号通过光纤复合架空地线传输给位于监控中心的动态波长解调***，因此可以采用同一动态波长解调***处理不同的光纤光栅拉力传感器反射的窄带光，从而实现分布式测量，克服了现有技术中每个测量点(即每个测量杆塔)都需包括测量模块、取电模块和无线发射模块，而导致的***整体成本高的问题。
如图2所示，光纤光栅拉力测量传感器安装在绝缘子串和杆塔之间，取代了现有技术中的金具，现场为无源测量，光信号通过光纤复合架空地线在变电站和测量端之间传输。
图3是本发明实施例获得的输电线路舞动时的拉力变化测量结果。由图3可知，导线未舞动时的初始拉力为T0牛，舞动后光纤光栅拉力传感器测量到的拉力发生了变化。***获得导线舞动拉力数据后，用快速傅里叶变换对数据进行分析，从而获得导线舞动时拉力的频率和该频率发生时刻的拉力幅值，监控计算机使用这两个数据计算获得导线的舞动频率和舞动幅值。
由上述描述可以知，本发明的实施实现了如下技术效果：本发明的监测***适合各种气候条件使用，该***抗电磁干扰能力强、测量精度高、速度快、频率响应好、性能稳定；该***测量到的应变信号通过波长编码，不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态变化等因素的影响；该***测量灵敏度高、分辨率高；该***采用分布式测量技术，可以使用一套解调***对多个导线易舞动区域进行同时监测，大大降低了***成本；动态波长解调***由变电站电源***供电，电源安全稳定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种输电线路舞动在线监测***，其特征是所述***包括光纤光栅拉力测量传感器、光纤复合架空地线、动态波长解调***和监控计算机；所述光纤光栅拉力测量传感器与所述光纤复合架空地线连接，所述光纤复合架空地线与所述动态波长解调***连接，所述动态波长解调***与所述监控计算机连接；
所述光纤光栅拉力测量传感器用于接收由所述动态波长解调***传来的宽频带光，并将该光信号反射后的窄频带光经所述光纤复合架空地线，传输给所述动态波长解调***；
所述光纤复合架空地线用于传输所述光纤光栅拉力测量传感器的入射和反射的光信号；
所述动态波长解调***用于发送宽频带光信号，并接受所述光纤光栅拉力测量传感器返回的窄带光信号，并从中解调出光纤光栅的中心波长；
所述监控计算机通过网口或串口方式与所述动态波长解调***连接，根据其解调出的光纤光栅的中心波长来计算输电线路所承受的拉力变化，根据导线拉力动态变化的频率和幅值计算得到导线的舞动频率和舞动幅值。
2.根据权利要求1所述一种输电线路舞动在线监测***，其特征是所述光纤光栅拉力测量传感器安装在绝缘子串和杆塔之间。
3.根据权利要求1所述一种输电线路舞动在线监测***，其特征是所述动态波长解调***的扫描频率为10赫兹，测量分辨率为1皮米，重复性为2皮米。
4.根据权利要求1所述一种输电线路舞动在线监测***，其特征是所述监控计算机采用指定软件对数据进行分析。
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