CN102879706A - 基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，该方法包括：1)将检测用传感光纤以一定角度固定在高压输电导线上；2)光时域反射仪发射探测激光到检测用传感光纤入射端；3)检测用传感光纤向光时域反射仪返回背向瑞利散射光信号；4)光时域反射仪接收到背向瑞利散射光信号后，对该信号进行抽样采集和分析处理，得到光纤传输线路各个不同位置处的背向瑞利散射光功率，并将检测结果曲线显示在光时域反射仪的示波器的面板上；5)获得检测用传感光纤状态信息，进而检测并定位出高压输电导线上存在的断股和损伤。与现有技术相比，本发明具有定位精确、提高输电线路巡检效率、提高电力系统可靠性等优点。

Description

基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路的故障检测方法，尤其是涉及一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法。

背景技术

高压输电线路被称为国家电力系统的“血管”，直接关系到国家的经济建设及国防建设。随着近些年国民经济的日益发展，现代电力系统不断向着大机组、大容量和高电压的方向迅速发展，电力系统的运行条件更加苛刻，电力输送距离日益增加，对输电线路安全性的要求也越来越高。而高压输电导线是输电线路电功率的载体，是直接保证电力系统安全稳定运行的重要组成部分。

高压输电导线通常布置在野外露天环境中，长期处于日晒、风吹、冰冻等恶劣的运行条件下，极易受到各种自然条件的影响。一般认为输电导线一直处于微风振动状态，微风引起的振动幅度虽然比较小，但是由于常用的输电导线为钢芯铝绞线，这种导线是由内层钢芯与外层铝绞线通过一定角度缠绕在一起组成的。在长期的弯曲作用与轴向拉力的共同作用下，导线的股与股之间、导线与线夹之间会产生局部微小的相对滑动，导致各接触面发生微动磨损，经历年复一年的累积，导致输电导线断股、损伤，造成输电线路破坏。输电导线的断股、损伤，轻则降低载流量，重则造成断线事故，严重危害输电线路的安全运行。国内外由于输电导线断股、损伤引起的事故时有发生。

目前，对输电线路进行巡视主要有地面目测和直升飞机航测两种方法，地面目测通过人工巡线的方式进行，采用肉眼或望远镜对输电线路进行观测，由于输电线路所处地理位置等条件限制，人工巡线精度低、劳动强度大，且存在盲区；直升飞机可携带多种仪器设备对输电线路进行航测，精度和效率较高，但由于受巡视区域地理、气候等条件的影响，存在安全隐患，且巡线费用高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能进行精确定位、提高输电线路巡检效率、提高电力系统可靠性的基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法。输电导线断股、损伤处裂缝宽度的变化引起相应传感光纤产生光损耗，本发明方法就是利用光时域反射仪(OTDR)技术对光损耗进行测量，从而对高压输电导线的断股、损伤情况进行检测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，该方法包括：

1)将检测用传感光纤固定在高压输电导线上，且检测用传感光纤与高压输电导线间形成一个夹角；

2)光时域反射仪发射探测激光到检测用传感光纤入射端，该探测激光沿着检测用传感光纤传输；

3)检测用传感光纤向光时域反射仪返回背向瑞利散射光信号；

4)光时域反射仪接收到背向瑞利散射光信号后，对该信号进行抽样采集和分析处理，得到光纤传输线路各个不同位置处的背向瑞利散射光功率，并将检测结果曲线显示在光时域反射仪的示波器的面板上；

5)光时域反射仪根据步骤4)得到的背向瑞利散射光功率和检测结果曲线获得检测用传感光纤状态信息，进而检测并定位出高压输电导线上存在的断股和损伤。

所述的检测用传感光纤与高压输电导线间的夹角小于45°。

所述的光时域反射仪包括依次连接的光源、方向耦合器、光检测器、取样分析器和示波器。

所述的探测激光为大功率窄脉冲探测激光。

所述的探测激光沿着检测用传感光纤传输时，探测激光在检测用传感光纤内发生瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。

所述的背向瑞利散射光信号是由部分瑞利散射信号沿着与探测激光传播方向成180°的方向传播形成。

所述的不同位置处的背向瑞利散射光功率P(x)的计算方程如下：

$P\left(x\right)=\frac{1}{2}S\left(x\right)\mathrm{\β}\left(x\right)\exp \{-\underset{0}{\overset{x}{\∫}}[{\mathrm{\α}}_b\left(x\right)+{\mathrm{\α}}_f\left(x\right)\left]\mathrm{dx}\right\}$

其中：x为发生瑞利散射的部位与检测用传感光纤入射端间的距离，S(x)为背向瑞利散射光的捕获比率，β(x)为光纤的衰减系数，α_b(x)为光纤的正向衰减系数，α_f(x)为光纤的背向衰减系数。

所述的检测用传感光纤状态信息包括光纤传输线路的长度、线路的衰减系数、内部相邻光纤的连接处的位置和光纤发生断裂的部位。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)体发明方法采用光时域反射仪(OTDR，Optical Time Domain Reflect meter)进行断股和损伤检测，具有抗电磁辐射、抗干扰性能好的优点，提高了检测的精度，提高输电导线的巡检效率；

2)本发明所用的传感光纤的各个点都是可以用来实现测量的感应区，这使得OTDR这种测试技术能够充分利用传感光纤所具有的一维空间分布特性，当需要检测输电导线断股、损伤这种空间随机行信号时，它可以同时得到被测各个点相应的物理量在空间和时间上的分布信息，于此同时，也大大将定了获得单位检测信息的成本；

3)本发明的检测用传感光纤本身具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、可远距离传输等优点，符合了高压输电导线存在强电磁干扰的特点；

4)本发明可对输电导线的断股或损伤部位进行精确的定位，从而大大提高线路巡检的工作效率。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，该方法利用输电导线断股、损伤处裂缝宽度的变化引起相应传感光纤产生光损耗的原理，通过光时域反射仪(OTDR)对光损耗进行测量，从而对高压输电导线的断股、损伤情况进行检测，该方法具体包括以下步骤：

在步骤s101中，将检测用传感光纤固定在高压输电导线上，且检测用传感光纤与高压输电导线间形成一个夹角，该夹角小于45°。

在步骤s102中，光时域反射仪发射大功率窄脉冲探测激光到检测用传感光纤入射端，该探测激光沿着检测用传感光纤传输。本实施例采用的OTDR包括依次连接的光源、方向耦合器、光检测器、取样分析器和示波器。所述的探测激光沿着检测用传感光纤传输时，探测激光在检测用传感光纤内发生瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。

在步骤s103中，检测用传感光纤向光时域反射仪返回背向瑞利散射光信号；所述的背向瑞利散射光信号是由部分瑞利散射信号沿着与探测激光传播方向成180°的方向传播形成。

在步骤s104中，光时域反射仪接收到背向瑞利散射光信号后，对该信号进行抽样采集和分析处理，得到光纤传输线路各个不同位置处的背向瑞利散射光功率，并将检测结果曲线显示在光时域反射仪的示波器的面板上。

所述的不同位置处的背向瑞利散射光功率P(x)的计算方程如下：

$P\left(x\right)=\frac{1}{2}S\left(x\right)\mathrm{\β}\left(x\right)\exp \{-\underset{0}{\overset{x}{\∫}}[{\mathrm{\α}}_b\left(x\right)+{\mathrm{\α}}_f\left(x\right)\left]\mathrm{dx}\right\}$

其中：x为发生瑞利散射的部位与检测用传感光纤入射端间的距离，S(x)为背向瑞利散射光的捕获比率，β(x)为光纤的衰减系数，α_b(x)为光纤的正向衰减系数，α_f(x)为光纤的背向衰减系数。由上述公式可以看出，瑞利散射功率是一种连续的、单值的函数，可以用来描述整个光纤传输线路各点信息的物理量。

在步骤s105中，光时域反射仪根据步骤4)得到的背向瑞利散射光功率和检测结果曲线获得光纤传输线路的长度、线路的衰减系数、内部相邻光纤的连接处的位置、光纤发生断裂的部位以及线路中存在的其他故障点，进而检测并定位出高压输电导线上存在的断股和损伤。

当高压输电导线产生断股、损伤时，固定在其上的传感光纤相应位置会产生弯折，导致光纤核心处传输的光信号向周围扩散，引起背向瑞利散射光功率降低，通过OTDR的测量，可以检测到高压输电导线的断股、损伤并对其进行定位。

Claims (8)

1.一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，该方法包括：

1)将检测用传感光纤固定在高压输电导线上，且检测用传感光纤与高压输电导线间形成一个夹角；

2)光时域反射仪发射探测激光到检测用传感光纤入射端，该探测激光沿着检测用传感光纤传输；

3)检测用传感光纤向光时域反射仪返回背向瑞利散射光信号；

4)光时域反射仪接收到背向瑞利散射光信号后，对该信号进行抽样采集和分析处理，得到光纤传输线路各个不同位置处的背向瑞利散射光功率，并将检测结果曲线显示在光时域反射仪的示波器的面板上；

5)光时域反射仪根据步骤4)得到的背向瑞利散射光功率和检测结果曲线获得检测用传感光纤状态信息，进而检测并定位出高压输电导线上存在的断股和损伤。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的检测用传感光纤与高压输电导线间的夹角小于45°。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的光时域反射仪包括依次连接的光源、方向耦合器、光检测器、取样分析器和示波器。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的探测激光为大功率窄脉冲探测激光。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的探测激光沿着检测用传感光纤传输时，探测激光在检测用传感光纤内发生瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。

6.根据权利要求5所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的背向瑞利散射光信号是由部分瑞利散射信号沿着与探测激光传播方向成180°的方向传播形成。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的不同位置处的背向瑞利散射光功率P(x)的计算方程如下：

$P\left(x\right)=\frac{1}{2}S\left(x\right)\mathrm{\β}\left(x\right)\exp \{-\underset{0}{\overset{x}{\∫}}[{\mathrm{\α}}_b\left(x\right)+{\mathrm{\α}}_f\left(x\right)\left]\mathrm{dx}\right\}$

其中：x为发生瑞利散射的部位与检测用传感光纤入射端间的距离，S(x)为背向瑞利散射光的捕获比率，β(x)为光纤的衰减系数，α_b(x)为光纤的正向衰减系数，α_f(x)为光纤的背向衰减系数。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤弯曲损耗原理的导线断股和损伤的检测方法，其特征在于，所述的检测用传感光纤状态信息包括光纤传输线路的长度、线路的衰减系数、内部相邻光纤的连接处的位置和光纤发生断裂的部位。