CN103259609A - 一种点式高压输电线路光纤检测网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点式高压输电线路光纤检测网络，包括变电站控制单元、第一波分多路复用器、第二波分多路复用器、第三波分多路复用器和两个基杆塔监测子系统，变电站控制单元包括通信控制模块、光信号解调模块和第四波分多路复用器，每个基杆塔监测子系统包括第一光路选择开关、第二光路选择开关、第三光路选择开关、光电转换模块、控制器、第一电光转换模块、第二电光转换模块和杆塔状态传感器组。本发明提高了高压输电线路导线微风振动、导线温度、杆塔倾斜角度的检测精度，提高上述参数检测的效率。

Description

一种点式高压输电线路光纤检测网络

技术领域

本发明涉及光纤传输技术领域，具体涉及一种点式高压输电线路光纤检测网络。

技术背景

高压输电线路运行状态监控的主要对象包括导线测温、导线微风振动、绝缘子状态、杆塔倾斜角度等，通过对这些量的监测能预防一些对输电线路产生重大灾害的因素。现有的状态监测系统通常只针对一种或几种监测量，如杆塔测量倾斜装置、导线微风振动装置等，采用电信号传感器，通过无线网络将数据远传至接收服务器进行处理。但电信号传感器的感应与传输不可避免地存在易受强电磁场干扰而影响测量精度及绝缘性能的问题。特别对于高压端的传感器，将系统全部挂在高压端，万一发生故障，基本上不可能进行维修操作。

实际应用中，对需要精确定位的监测如导线微风振动、导线测温、杆塔倾斜等的测量通常使用光纤光栅传感器。每一个光栅在测量的范围内占用一定的频带，通常使用的光源带宽只有40nm，这样总共使用的光栅数量就受到限制，即在监测导线以及杆塔状态时使用的传感器数量受到限制。为了建立多基重点杆塔及线路的监测，所需传感器数量超过光源范围能允许的光栅数量，就要考虑采用光开关切换的方式，分多路来巡回检测光栅值。由于上述限制，现有的光传感系统通常都是以一个基杆塔为基础，进行某一单项或几项传感量的监测，得到的信息通过无线方式发送到服务器上。上述一个基杆塔为基础的检测方式明显会带来检测成本高，检测效率低的问题。同时高压电会对无线传输的信号参数干扰，降低了整体的检测精度。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种点式高压输电线路光纤检测网络，该检测网络能提高高压输电线路导线微风振动、导线温度、杆塔倾斜角度的检测精度，提高上述参数检测的效率。

为实现此目的，本发明所设计的点式高压输电线路光纤检测网络，其特征在于：它包括变电站控制单元、第一波分多路复用器、第二波分多路复用器、第三波分多路复用器和两个基杆塔监测子系统，其中，所述变电站控制单元包括通信控制模块、光信号解调模块和第四波分多路复用器，所述每个基杆塔监测子系统包括第一光路选择开关、第二光路选择开关、第三光路选择开关、光电转换模块、控制器、第一电光转换模块、第二电光转换模块和杆塔状态传感器组，其中，第一光路选择开关通过光电转换模块连接控制器，控制器通过第一电光转换模块连接第二光路选择开关，控制器通过第二电光转换模块连接第三光路选择开关，第一光路选择开关还直接与第二光路选择开关连接，杆塔状态传感器组的信号输出端连接第三光路选择开关；所述通信控制模块和光信号解调模块通过第四波分多路复用器连接第一波分多路复用器，所述第一波分多路复用器分别连接第一个基杆塔监测子系统的第一光路选择开关和第三光路选择开关，所述第一个基杆塔监测子系统的第二光路选择开关和第三光路选择开关通过第二波分多路复用器连接第三波分多路复用器，所述第三波分多路复用器分别连接第二个基杆塔监测子系统的第一光路选择开关和第三光路选择开关。

所述通信控制模块包括变电站控制器和第三电光转换模块，所述光信号解调模块包括宽带光源、光解调仪和环行器，其中，所述变电站控制器通过第三电光转换模块接入第四波分多路复用器，宽带光源和光解调仪均通过环行器接入第四波分多路复用器。

所述杆塔状态传感器组包括光纤复合绝缘子机械性能测量传感器、光纤倾斜角度传感器、杆塔应变光纤测量传感器、导线振动光纤测量传感器、导线光纤温度测量传感器和电力金具光纤温度测量传感器。

所述第四波分多路复用器通过OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，光纤复合架空地线）光缆连接第一波分多路复用器；所述第二波分多路复用器通过OPGW光缆连接第三波分多路复用器。

所述光纤复合绝缘子机械性能测量传感器设置在杆塔绝缘子内，所述光纤倾斜角度传感器有两个，一个光纤倾斜角度传感器设置在杆塔塔头，另一个光纤倾斜角度传感器设置在杆塔中部。

本发明的有益效果为：

1）本发明中所有的监测设备多为无源，解决了传统线路监测技术中难以解决的电源问题；光纤传感器以光为媒介，是完全无源的传感方式，不会受到电磁环境的影响；光纤本身绝缘，相比传统电传感器不会影响线路的绝缘水平。因此使用光纤传感器可以大大提高监测系统的稳定性和线路运行的可靠性。

2）导线温度、导线微风振动、杆塔倾斜角度、杆塔应力分布、复合绝缘子机械性能等高压输电线路的重要性能参数都通过对应的光纤传感器采集，并通过本发明的网络实现在线监测，同时实现了同时对多个基杆塔进行相关运行参数的检测，相比现有的以一个基杆塔为基础的检测方式，检测效率明显提高。

3）本发明通过OPGW光缆进行光信号传输，便于信号的分散采集、集中处理，同时减小施工难度，提高网络的复用程度。

4）本发明中光源、调制解调等硬件设备的复用，有利于构建分布式的全光传感输电线路监测网络，有效降低项目建设成本，避免重复投资。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

其中，1—第一波分多路复用器、2—第二波分多路复用器、3—通信控制模块、4—光信号解调模块、5—第三波分多路复用器、6—第一光路选择开关、7—第二光路选择开关、8—第三光路选择开关、9—光电转换模块、10—控制器、11—第一电光转换模块、12—第四波分多路复用器、13—变电站控制器、14—宽带光源、15—光解调仪、16—环行器、17—光纤复合绝缘子机械性能测量传感器、18—光纤倾斜角度传感器、19—杆塔应变光纤测量传感器、20—导线振动光纤测量传感器、21—导线光纤温度测量传感器、22—电力金具光纤温度测量传感器、23—第二电光转换模块、24—第三电光转换模块。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的点式高压输电线路光纤检测网络，包括变电站控制单元、第一波分多路复用器1、第二波分多路复用器2、第三波分多路复用器5和两个基杆塔监测子系统，其中，所述变电站控制单元包括通信控制模块3、光信号解调模块4和第四波分多路复用器12，所述每个基杆塔监测子系统包括第一光路选择开关6、第二光路选择开关7、第三光路选择开关8、光电转换模块9、控制器10、第一电光转换模块11、第二电光转换模块23和杆塔状态传感器组，其中，第一光路选择开关6通过光电转换模块9连接控制器10，控制器10通过第一电光转换模块11连接第二光路选择开关7，控制器10通过第二电光转换模块23连接第三光路选择开关8，第一光路选择开关6还直接与第二光路选择开关7连接，杆塔状态传感器组的信号输出端连接第三光路选择开关8；通信控制模块3和光信号解调模块4通过第四波分多路复用器12连接第一波分多路复用器1，第一波分多路复用器1分别连接第一个基杆塔监测子系统的第一光路选择开关6和第三光路选择开关8，第一个基杆塔监测子系统的第二光路选择开关7和第三光路选择开关8通过第二波分多路复用器2连接第三波分多路复用器5，第三波分多路复用器5分别连接第二个基杆塔监测子系统的第一光路选择开关6和第三光路选择开关8。

上述技术方案中描述的是点式高压输电线路光纤检测网络的一个基础单元，具体实施中可以连接多个基杆塔监测子系统，基杆塔监测子系统的接入个数根据如下方法确定：波分多路复用器的插入损耗约0.5dB，光路选择开关的插入损耗约0.3dB，考虑来回的光反射，一个基杆塔系统的光衰减约1.6dB，假设两基杆塔间的光纤长度约500米，光传输损耗约0.25dB/km，考虑来回，损耗约0.25dB，这样综合计算，一基杆塔的光损耗约1.9dB。以200mW，24dBm的光源为例，光解调仪的分辨功率约为0.5dBm，可以进行级联的杆塔数量约12基。如果加大变电站主机的光功率，可以进行更多的杆塔级联。

上述技术方案中，通信控制模块3包括变电站控制器13和第三电光转换模块24，光信号解调模块4包括宽带光源14、光解调仪15和环行器16，其中，变电站控制器13通过第三电光转换模块24接入第四波分多路复用器12，宽带光源14和光解调仪15均通过环行器16接入第四波分多路复用器12。变电站控制器13为控制信号收发，宽带光源14为光发射器件，用于发射光波，波长为1550nm，光解调仪15为光路解调设备，用于接收光波长的信息，并将波长信息转化为温度或应变的信息。环行器16为多端口输入输出的非互异性器件，使得光信号只能沿着规定的端口顺序传输。

上述技术方案中，杆塔状态传感器组包括光纤复合绝缘子机械性能测量传感器17、光纤倾斜角度传感器18、杆塔应变光纤测量传感器19、导线振动光纤测量传感器20、导线光纤温度测量传感器21和电力金具光纤温度测量传感器22。

上述技术方案中，第四波分多路复用器12通过OPGW光缆连接第一波分多路复用器1；第二波分多路复用器2通过OPGW光缆连接第三波分多路复用器5。

上述技术方案中，光纤复合绝缘子机械性能测量传感器17设置在杆塔绝缘子内，光纤倾斜角度传感器18有两个，一个光纤倾斜角度传感器18设置在杆塔塔头，另一个光纤倾斜角度传感器18设置在杆塔中部。

上述技术方案中，光纤倾斜角度传感器18能监测杆塔倾斜，分辨率为0.05度，测量范围为-10~10度，适应温度范围为-20℃～120℃。

导线光纤温度测量传感器21和电力金具光纤温度测量传感器22分别用于测量基杆塔上导线和金具的温度，上述两个传感器的测温范围为-20℃～120℃，测量精度为-0.5~0.5℃。

导线振动光纤测量传感器20安装在输电线路上，该传感器的测量振幅为1500με，测量频率小于等于200HZ。该传感器用于测量由于微风引起的导线振动。

杆塔应变光纤测量传感器19在塔身上安装四个，每个传感器的测量范围为-1500~1500με，分辨率为1με，适应温度范围为-20℃～120℃，该传感器用于监测杆塔的应变。

本发明工作时：可以在变电站控制单元中采用第四波分多路复用器12将1310nm波段的光通信控制信号和1550nm波段的光传感信号耦合到一芯光纤中，通过OPGW光缆传到第一个基杆塔监测子系统。第一个基杆塔监测子系统通过第一波分多路复用器1将通信控制信号和光传感信号分开，1310nm波段的光通信控制信号通过第一光路选择开关6进入光电转换模块9，转换成电通信控制信号后输入到控制器10，控制器10判断通信控制信号是否测量本基杆塔，如果是，控制器10输出传感器控制信号并由第二电光转换模块23转换成光信号，再经过第三光路选择开关8输送到杆塔状态传感器组，1550nm波段的光传感信号通过第三光路选择开关8输送到杆塔状态传感器组，杆塔状态传感器组将检测到的信号通过OPGW光缆原路返回给变电站控制单元。如果控制器10判断通信控制信号不是测量本基杆塔则将电通信控制信号转换成光信号后经由第二光路选择开关7输送给后续的基杆塔监测子系统，同时光传感信号也经由第三光路选择开关8输送到后续的基杆塔监测子系统。当检测第二个基杆塔监测子系统时以上述同样的方式实现第二个基杆塔参数的检测。

另外，本发明以一芯光纤作为通信传感通道，实际是将光纤上的两个基杆塔监测子系统串联起来，这造成第一个基杆塔监测子系统发生故障时，可能后面正常的基杆塔监测子系统也无法与变电站主机联系，为了不发生这种状态，在塔上设计的光路选择开关采用非稳态光开关，当第一个基塔上设备发生故障，系统瘫痪时，非稳态光开关切换到缺省状态，即图1中第一光路选择开关6与第二光路选择开关7直接相连，使1310nm波段光信号通过第一光路选择开关6与第二光路选择开关7并由第二波分多路复用器2和第三波分多路复用器5进入第二基杆塔监测子系统；第三光路选择开关8与连接第二波分多路复用器2的光纤直通，使1550nm波段的光信号通过并进入第二基杆塔监测子系统。这样出现故障的基杆塔监测子系统不影响后续塔上系统的通信以及传感信号的通过。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种点式高压输电线路光纤检测网络，其特征在于：它包括变电站控制单元、第一波分多路复用器（1）、第二波分多路复用器（2）、第三波分多路复用器（5）和两个基杆塔监测子系统，其中，所述变电站控制单元包括通信控制模块（3）、光信号解调模块（4）和第四波分多路复用器（12），所述每个基杆塔监测子系统包括第一光路选择开关（6）、第二光路选择开关（7）、第三光路选择开关（8）、光电转换模块（9）、控制器（10）、第一电光转换模块（11）、第二电光转换模块（23）和杆塔状态传感器组，其中，第一光路选择开关（6）通过光电转换模块（9）连接控制器（10），控制器（10）通过第一电光转换模块（11）连接第二光路选择开关（7），控制器（10）通过第二电光转换模块（23）连接第三光路选择开关（8），第一光路选择开关（6）还直接与第二光路选择开关（7）连接，杆塔状态传感器组的信号输出端连接第三光路选择开关（8）；所述通信控制模块（3）和光信号解调模块（4）通过第四波分多路复用器（12）连接第一波分多路复用器（1），所述第一波分多路复用器（1）分别连接第一个基杆塔监测子系统的第一光路选择开关（6）和第三光路选择开关（8），所述第一个基杆塔监测子系统的第二光路选择开关（7）和第三光路选择开关（8）通过第二波分多路复用器（2）连接第三波分多路复用器（5），所述第三波分多路复用器（5）分别连接第二个基杆塔监测子系统的第一光路选择开关（6）和第三光路选择开关（8）。

2.根据权利要求1所述的点式高压输电线路光纤检测网络，其特征在于：所述通信控制模块（3）包括变电站控制器（13）和第三电光转换模块（24），所述光信号解调模块（4）包括宽带光源（14）、光解调仪（15）和环行器（16），其中，所述变电站控制器（13）通过第三电光转换模块（24）接入第四波分多路复用器（12），宽带光源（14）和光解调仪（15）均通过环行器（16）接入第四波分多路复用器（12）。

3.根据权利要求1所述的点式高压输电线路光纤检测网络，其特征在于：所述杆塔状态传感器组包括光纤复合绝缘子机械性能测量传感器（17）、光纤倾斜角度传感器（18）、杆塔应变光纤测量传感器（19）、导线振动光纤测量传感器（20）、导线光纤温度测量传感器（21）和电力金具光纤温度测量传感器（22）。

4.根据权利要求1所述的点式高压输电线路光纤检测网络，其特征在于：所述第四波分多路复用器（12）通过OPGW光缆连接第一波分多路复用器（1）；所述第二波分多路复用器（2）通过OPGW光缆连接第三波分多路复用器（5）。

5.根据权利要求3所述的点式高压输电线路光纤检测网络，其特征在于：所述光纤复合绝缘子机械性能测量传感器（17）设置在杆塔绝缘子内，所述光纤倾斜角度传感器（18）有两个，一个光纤倾斜角度传感器（18）设置在杆塔塔头，另一个光纤倾斜角度传感器（18）设置在杆塔中部。

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