Page 43 - 电力与能源2022年第四期

曾繁祎, 等: 基于光纤传感技术的输电线路在线监测技术 3 3
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析信号, 绘制图像, 最终表现出更加直观的状态, 在此背景下, 需要准确地确定光纤的断纤、 衰
可以为技术人员提供参考。采用光纤传感技术可 耗、 光缆故障、 光缆质量等相关信息。在气候相对
以有效防止传统传感 技术无法大量传输信号的 复杂、 地形多变的区域, 还需要监测光缆的扰动与
弊端。 覆冰等数据, 以此规避光缆风灾与冰灾的产生。
1.2 恶劣天气造成的故障 对光缆的监测需求以及监测内容如表 1 所示。
恶劣天气会造成高压电力输 电 线 路 产 生 故 表 1 光缆的监测需求以及监测内容
障, 比如雷雨天气由于潮湿短路而形成的故障, 或 监测类别 监测内容
者是其他相对严重自然灾害所产生的问题。为了 光纤质量监测 断点、 衰耗、 连接头、 微弯等
光缆应力监测 拉力、 弯折、 侧压力
安全, 输电线路通常会架设到人烟稀少的地方, 这 光缆故障定位 光缆全球定位系统( GPS ) 定位、 光缆故障点
些地方通常环境比较恶劣, 需要充分考虑天气和 光纤光缆拓扑 连接查找、 拓扑结构、 状态显示
环境对输电线路所产生的影响。气温过低时如果 光缆覆冰 OPGW 地线覆冰厚度

有降雨或者是浓雾, 输电线路上便会产生覆冰。 传统光缆仅仅能够监测断点与衰耗等指标,
在现有输电线路故障中, 最为常见的故障就是由 并且容易受到强电磁环境的干扰, 难以实现精准
化的监测。现在使用分布式光传感技术能够通过
覆冰导致的。
光纤传感技术是采用特定方法在输电线路电 对光纤中光波信号的振幅、 波长、 相位频移以及偏
缆中添加光纤单元, 将输电线路拉伸程度转换为 振态等特征量的变化, 获得光缆的拉力、 弯折以及
传感器信号, 并最终将信息传送到数据中心, 这样 扰动等数据, 从而提前预判光缆发生故障的可能
就能够对输电线路的变化情况进行分析, 从而实 性, 降低光缆的运维成本。
现对线路的有效监测。 2.2 输电线路在线监测系统的功能
因为天气原因造成的输电线路故障, 就会对 电力网络系统中, 无线通信是使用最为广泛
的在线监测技术, 通过无线接入技术能够在现在
用电用户产生影响, 甚至会导致严重的经济损失,
因此需要尤其注重电力输电线路自身的抵抗性。 网络架构下, 完成输电线路的有效组网。然而, 这
1.3 人为原因造成的故障 种方式的保密效果相对较差, 传播的速度比较慢,
输电线路稳定与否还和社会群体有着较大的 公网维护相对困难。输电线路在线监测系统需要
关联, 人为因素也是近年来造成电力输电故障的 完成的功能主要是使用光纤传感器监测线路的覆
重要影响因素。 冰厚度、 质量、 舞动位移和加速度、 杆塔倾斜角等
从近期的新闻报道中可以发现, 很多输电线 内容。其原理是利用光纤传感器得到需要的物理
路都遭到了盗抢和损害, 部分人为了攫取利益盗 量, 然后利用光纤解调仪对光纤信号进行解调, 并
窃国家电力设施, 造成高压电力设施产生问题, 甚 将数据传输到系统中, 系统通过算法获得所需要
至造成了一些地区电力突然中断, 产生经济损失。 的信息, 通过相关的表盘将应变与温度等内容显
示出来, 并且最终将数据传入到数据库中, 便于后
2 光纤传感技术在输电线路在线监测中
续使用。
的应用
因此, 可以将自乘式光缆、 光线复合架空地线
2.1 输电线路监测需求 和光纤复合架空相线的安全性、 传播速度快以及
伴随着本地网络规模以及长途传输的持续扩 无源器件等优势融合在一起, 从而在线监测输电
大, 为了充分满足通信的基本要求, 提升光缆的使 线路的舞动、 覆冰与振动, 突破传统无线通信方式
用效率, 消除维护力短缺的问题, 需要对光缆网的 的束缚。输电线路的在线监测主要是光栅传感器
实际运行状态进行实时监控, 及时地发现问题, 并 使用光刻把光纤的纤芯实施折射率调制, 使其产
确保光缆的正常运转。在光缆产生劣化或者是断 生周期性变动, 并最终产生光纤传感器。布拉格
纤的时候, 可以准确定位、 快速响应、 缩短查找排 光栅传感器可以反射规定波长的光波, 反射出的

除障碍耗费的时间。与此同时, 大量和光缆管理、 波长满足布拉格定律:
维护有关的割接、 施工以及维护等资料信息, 也需 λ B =2n effΛ ( 1 )

要使用电子化手段完成记录、 处理与查询。 式中 n eff ———等效折射率; Λ ———光栅常数。