输电线路导线分布式弧垂的监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种输电线路导线分布式弧垂的监测装置，它包括计算机及信息处理单元、设置在输电线路上的光纤复合架空地线，光纤复合架空地线中的一根传感光纤作为分布式光纤传感器，包括布里渊光时域反射仪、设置在输电线路导线上的点式温度传感器，所述分布式光纤传感器连接布里渊光时域反射仪的第一通信端，布里渊光时域反射仪的第二通信端连接计算机及信息处理单元的第一数据通信端，所述点式温度传感器的信号输出端连接计算机及信息处理单元的第二数据通信端。本发明专利技术智能化程度高，便于计算机进行自动计算，可实时显示输电线路上导线的分布式弧垂，具有重要的经济价值和社会价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压输电线路电力运维
，具体涉及一种输电线路导线分布式 弧垂的监测装置及方法。
技术介绍
为保证高压输电线的正常运行，输电线路必须与周围环境保持一定的电气间隔， 从而有效避免输电线路出现不必要的闪络、停电、跳闸甚至安全故障。输电线路的弧垂直接 反映了输电线路与周围环境之间的电气间隔情况，因此对输电线路的弧垂监测能快速有效 的掌握输电线路的安全运行状态。 目前，对于高压输电线路导线弧垂的在线监测方法，主要采用在导线和绝缘子串 处安装张力传感器、倾角传感器等方法来实现，这些方法只能对输电线路特殊段的弧垂进 行监测，并不能实现对输电线路全路段弧垂的分布式监测，不能实时掌握输电线路全路段 的安全运行情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该装 置及方法以输电线路中的光纤复合架空地线（〇PGW，OpticalFiberCompositeOverhead GroundWire)内部光纤作为传感器和信息传输通道，通过监测输电线路的温度分布，采用 导地线之间的稳态热平衡关系，推算出导线的分布式温度，并引入输电线路导线的线路参 数，采用输电线路的状态方程计算导线各档距的弧垂，实现输电导线的分布式弧垂监测。 为解决上述技术问题，本专利技术公开的输电线路导线分布式弧垂的监测装置，它包 括计算机及信息处理单元、设置在输电线路上的光纤复合架空地线，光纤复合架空地线 中的一根传感光纤作为分布式光纤传感器，其特征在于：它还包括布里渊光时域反射仪 (BOIDR)、设置在输电线路导线上的点式温度传感器，所述分布式光纤传感器连接布里渊光 时域反射仪的第一通信端，布里渊光时域反射仪的第二通信端连接计算机及信息处理单元 的第一数据通信端，所述点式温度传感器的信号输出端连接计算机及信息处理单元的第二 数据通信端。 -种利用上述监测装置进行输电线路导线分布式弧垂监测的方法，它包括如下步 骤： 步骤1 :利用点式温度传感器和布里渊光时域反射仪分别得到输电线路上一点的 温度值和光纤复合架空地线的温度分布T。^，并将温度值和温度分布^^传输给计算机及 信息处理单元； 步骤2 :在计算机及信息处理单元内建立输电线路和光纤复合架空地线的稳态热 平衡关系，从而获得输电线路导线温度、输电线路导线载流量和温度分布T。^之间的关系 式，如公式（8)所示： 其中，I为输电线路导线的载流量、R为输电线路导线的单位长度电阻、31为圆周 率、Dw为输电线路导线直径，e为光纤复合架空地线的表面辐射系数、〇斯蒂芬-玻尔兹 曼常数、Tw为输电线路导线分布温度、T为光纤复合架空地线的温度分布、k为输电线路 导线与空气之间的对流传热系数，公式（8)中只有输电线路导线的载流量I和输电线路导 线温度Tw为未知量； 步骤3:以上公式（8)中输电线路导线的载流量I，在整条输电线路上均一致，因 此，将点式温度传感器获取的输电线路上一点的温度值，作为输电线路导线分布温度1；的 某一个值，带入公式（8)计算得到输电线路导线的载流量I，此时公式（8)中的输电线路导 线载流量I也成为已知量，此时，公式（8)中只存在一个未知变量输电线路导线分布温度 Tw； 将布里渊光时域反射仪得到的光纤复合架空地线的温度分布T。^带入（8)式，便 可计算获得输电线路导线分布温度Tw; 步骤4 :在输电线路的每个耐张段区段内计算输电线路导线的平均温度并采 用架空线状态方程，如公式（9)所示，计算输电线路导线的耐张段区段在温度变化后的水 平应力值；(9) 式中〇M、〇。2分别为温度变化前和变化后输电线路导线水平应力值；yi、丫2分别为温度变化前和变化后输电线路导线的比载；Tw。、分别为温度变化前和变化后输电线路导线在对应耐张段区段的平均温度； 1D、0D分别为对应耐张段区段的代表档距和代表高差角；a、E分别为对应耐张段区段输电线路导线的温度膨胀系数和弹性系数； 步骤5 :根据公式（9)计算得到的输电线路的耐张段区段在温度变化后输电线路 导线的水平应力值通过以下公式（10)获得输电线路导线在对应耐张段区段内的代表 档距弧垂： 其中，f为输电线路导线在对应耐张段区段内的代表档距弧垂，y2为温度变化后 输电线路导线的比载，1D为对应耐张段区段的代表档距，〇 <：2为温度变化后输电线路导线的 水平应力，为对应耐张段区段的代表高差角； 步骤6 :通过代表档距弧垂与耐张段区段内各档距弧垂的分配关系，即如下公式 (11)，即可莊徨綸由钱路夂裆距弧垂，( 11 ) 匕为输电线路各档距弧垂，1^为对应耐张段区段的任意一个档距，f为输电线路导 线在对应耐张段区段内的代表档距弧垂，eD为对应耐张段区段的代表高差角，1D为对应耐 张段区段的代表档距； 这样即可获得整条输电线路的所有档距的弧垂值。 本专利技术的监测原理为：布里渊光时域反射仪向光纤复合架空地线也就是分布式光 纤传感器发射脉冲激光信号，光信号在光纤中传播时，受光纤材料的影响会产生后向散射 光信号；当光纤复合架空地线的温度发生变化后，光纤的微结构也会发生变化，导致后向散 射光的中心波长会发生偏移；通过检测后向散射光的返回时间就可以计算出温度发生变化 的位置，实现线路监测的空间定位，并解调出沿线各位置的温度大小。将布里渊光时域反射 仪获得的温度信息通过USB接口传输给计算机及数据处理单元，同时将点式传感器监测的 温度数据传输给计算机及数据处理单元，进行整条输电线路的载流量计算，并将载流量作 为已知量计算获得导线分布式温度，对计算获得的导线分布式温度结合线路参数计算获得 导线的分布式弧垂值，并完成数据的存储、管理、计算、结果显示以及异常报警等，达到对导 线分布式弧垂的实时监测目的。 采用布里渊光时域反射仪，将线路上每一探测点的温度！^,和应力〇解调出 来，解调出温度和应力，利用布里渊光时域反射仪解调得到光纤复合架空地线的温度分布 T。^，根据光纤复合架空地线和输电线路导线的稳态热平衡方程计算输电线路导线的载流 量，并将载流量作为已知量，计算获得导线的分布式温度；引入线路参数，采用架空线状态 方程计算获得输电线路导线的水平张力，计算获得输电线路导线各耐张段的代表档距弧 垂，进而计算获得导线的分布式弧垂。 本专利技术的有益效果： 本专利技术采用布里渊光时域反射仪与光纤复合架空地线内的一根单模光纤连接，布 里渊光时域反射仪对光纤复合架空地线进行分布式温度监测，在输电线路一端采用点式温 度传感器监测导线上一点的温度，采用输电线路导线和光纤复合架空地线之间的稳态热平 衡关系，计算获得输电线路的载流量大小；并根据导线和光纤复合架空地线之间的热平衡 关系计算获得输电线路导线的温度分布，结合输电线路的线路参数信息，通过现有的计算 方法实现输电线路导线的分布式弧垂计算与监测。 本专利技术以布里渊光时域反射仪监测到的光纤复合架空地线上的温度数据为基础 进行导线分布式温度在线监测，该监测方法只需额外在导线上安装一个点式温度传感器， 本监测设备不直接监测导线弧垂，而是以布里渊光时域反射仪测量得到的光纤复合架空地 线温度分布作为数据基础，进而通过数据处理间接得到导线的温度分布，最后通过相应算 法获得导线的分布式弧垂。该方法智能化程度高，便于计算机进行自动计算，可实时显示输 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线路导线分布式弧垂的监测装置，它包括计算机及信息处理单元(3)、设置在输电线路(6)上的光纤复合架空地线(2)，光纤复合架空地线(2)中的一根传感光纤作为分布式光纤传感器，其特征在于：它还包括布里渊光时域反射仪(1)、设置在输电线路(6)导线上的点式温度传感器(4)，所述分布式光纤传感器连接布里渊光时域反射仪(1)的第一通信端，布里渊光时域反射仪(1)的第二通信端连接计算机及信息处理单元(3)的第一数据通信端，所述点式温度传感器(4)的信号输出端连接计算机及信息处理单元(3)的第二数据通信端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡炜，冯万兴，王海涛，李涛，潘尔生，徐立新，姜国义，罗汉武，李文鹏，刘海波，王剑，吕军，向念文，严碧武，章涵，苏杰，郑路遥，陈诚，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，国网内蒙古东部电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42