CN104634476A - 一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，在两站点间架设新型OPPC线路，所述新型OPPC内设置有两个光单元，其中第一光单元位于光缆中心，至少有一根没有余长的紧套光纤，第二光单元位于光缆绞合层，至少有一根余长为0.5-0.8%的松套光纤，紧套光纤和松套光纤的一端分别与监测装置的两个光端口相连，紧套光纤和松套光纤的另一端分别进入光纤配线架后相连，启动该监测装置开始温度测量。本发明所提出的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，实现了对电力架空光缆温度全程连续实时监测，保障电网安全运行。

Description

一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法

技术领域

本发明涉及对OPPC输电线路的监测，特别是一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法。

背景技术

架空输电线路是电力系统中实现电能远距离传输的一个重要环节，是电力系统的动脉。传统的架空输电线路检查主要依靠运行维护人员周期性巡视，存在实时性差、监测范围有限等很多局限性。电力架空光缆是一种特殊的架空输电线路，主要有介质自承重光缆ADSS、光纤复合架空地线OPGW和光纤复合架空相线OPPC，尤其是OPGW和OPPC是电力通信、调度的主要载体，应用广泛。加强电力架空光缆在线监测意义重大。

近年来，国内外提出了将光传感系统用于电力架空光缆线路在线监测领域，实现光缆温度、应变等参数测量。中国专利CN 203163769 U“一种基于分布式光纤传感器的架空线路安全监测系统”，由架空线应力传感装置、架空线温度传感装置及架空线环境监测装置组成，其架空线应力传感装置基于分布式光纤布里渊时域光时域反射(BOTDR)传感原理，架空线温度传感装置基于分布式光纤拉曼测温(ROTDR)传感原理，实现对整条架空输电线路的温度进行实时在线分布式监测。中国专利CN 102840928 A“一种用于光纤复合相线的在线温度监测系统及其监测方法”及中国专利CN 203310540 U“一种融合光纤复合相线的温度与应变在线监测装置”，提出利用多模光纤对运行的OPPC光缆温度进行实时分区监测，测量距离受限，不能实现长距离OPPC全程实时连续监测。美国专利授权号US7412117(PCT/GB2004/004383)Apparatus and method for distributed temperaturesensing,并没有考虑OPPC线路复杂热传导特点，没有考虑到架空光缆多点接续的特殊性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，通过测量新型OPPC线路中待测光纤的温度达到测量输电线路中导线温度的目的，以克服现有技术中存在缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于，按照如下步骤实现：

S1：在两个站点之间架设包括双管异构OPPC线路，在其中一个站点内设置第一光纤配线架和监测装置，在另一个站点内设置第二光纤配线架，所述线路的两端分别通过导引光缆引入对应的站点；所述新型OPPC包括：第一光单元和第二光单元，且沿所述新型OPPC径向由内向外依次设置有中心层和绞合层；在所述新型OPPC的中心层设置所述第一光单元；在所述第一光单元内置有至少一根没有余长紧套光纤；在所述新型OPPC的绞合层设置所述第二光单元，在所述第二光单元内置有至少一根有余长的松套光纤；所述导引光缆采用与所述新型OPPC中第一光单元和第二光单元同类型同数量光纤的ADSS或普通光缆；

S2：分别获取所述线路和两条导引光缆对应端口内的紧套光纤和松套光纤；将所述线路一端和其中一导引光缆一端中的紧套光纤和松套光纤分别熔接，并将熔接后的紧套光纤和松套光纤盘绕固定在一接续盒内，且该接续盒设置在一终端塔上；将所述线路另一端和另一导引光缆一端中的紧套光纤和松套光纤分别熔接，并将熔接后的紧套光纤和松套光纤盘绕固定在另一接续盒内，且该接续盒设置在另一终端塔上；分别将两条导引光缆另一端分别对应成端于所述第一光纤配线架和所述第二光纤配线架；用跳纤将所述第一光纤配线架与所述监测装置相连，用跳纤将成端于所述第二光纤配线架上的紧套光纤和松套光纤进行连接，以构成一监测回路；

S3：启动所述监测装置，对所述线路中光纤温度进行实时全程连续测试，并每隔T秒自动记录和保存一组采集的温度值。

在本发明一实施例中，所述监测装置设置有温度分离计算模块，并采用如下方式计算所述线路的温度： $\mathrm{\ΔT}\left(L\right)=\mathrm{\Δ}{T}_2\left(L\right)=\frac{{\mathrm{\Δ\υ}}_{B2}\left(L\right)}{C_2^T},$ 其中L为光单元到监测装置的距离，△υ_B2(L)为第二光单元的布里渊频谱分布信息，△T₂(L)为第二光单元温度的变化量，为第二光单元布里渊频移温度系数。

在本发明一实施例中，所述第二光单元布里渊频移温度系数通过测试所述新型OPPC中第二光单元松套光纤获取。

在本发明一实施例中，所述监测装置具有两个光端口，第一光端口具有发送连续激光信号功能，第二光端口用于发送脉冲激光信号，同时具有接收反馈的布里渊频谱信号功能；所述监测装置从第二光端口接收到反馈信号后解调出光纤温度值。

在本发明一实施例中，在所述新型OPPC中还设置有铝包钢线和/或铝线；所述铝包钢线和/或铝线设置于所述新型OPPC的绞合层。 

在本发明一实施例中，所述接续盒是一种能抗高压、绝缘性能良好的专用接续盒。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所提出的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，在两变电站间架设由新型OPPC构成的线路，并在该新型OPPC中设置松套光纤和紧套光纤，采用布里渊散射分布式监测装置，实现了全程连续监测电力架空光缆温度的目的。该监测方法实现了长度不大于75km输电线路全程实时监测，采样间隔达0.1～1m；每隔20S测量一组温度和应变数据，并自动记录和保存，温度精度达±1℃，温度分辨率为0.1℃。

克服了传统对电力架空光缆温度测量过程存在的测量点获取难、测量不准确以及带来的温度监测不及时等弊端，有效地改善了输电线路中电力架空光缆温度的监测手段，保障了电力架空光缆局部温度骤变等故障的提前预警以及针对该故障的后续抢修工作，提高了输电线路的监测能力，保障了电力输送的安全。

附图说明

图1为本发明中由新型OPPC构成的线路温度监测系统连接示意图。

图2为本发明中全程分布式的电力架空光缆温度监测流程图。

图3为本发明中新型OPPC结构示意图。

图4为本发明一实施例中测量OPPC温度与光纤温度关系的连接示意图。

图5为本发明一实施例中#1热电偶温度测量值分布曲线和布里渊光时域分析仪温度测量曲线示意图。

图6为本发明一实施例中#1热电偶温度测量值与布里渊光时域分析仪温度测量值差异示意图。

图7为本发明一实施例中#2热电偶温度测量值分布曲线和布里渊光时域分析仪温度测量曲线示意图。

图8为本发明一实施例中#3热电偶温度测量值分布曲线和布里渊光时域分析仪温度测量曲线示意图。

图9为本发明一实施例中#4热电偶温度测量值分布曲线和布里渊光时域分析仪温度测量曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于，如图2所示，按照如下步骤实现：

S1：如图1所示，在两个站点之间架设OPPC线路，在其中一个站点内设置第一光纤配线架和监测装置，在另一个站点内设置第二光纤配线架，所述线路的两端分别通过导引光缆引入对应的站点；所述新型OPPC包括：第一光单元和第二光单元，且沿所述新型OPPC径向由内向外依次设置有中心层和绞合层；在所述新型OPPC的中心层设置所述第一光单元；在所述第一光单元内置有至少一根没有余长紧套光纤；在所述新型OPPC的绞合层设置所述第二光单元，在所述第二光单元内置有至少一根有余长的松套光纤；所述导引光缆采用与所述新型OPPC中第一光单元和第二光单元同类型同数量光纤的ADSS或普通光缆；

S2：分别获取所述线路和两条导引光缆对应端口内的紧套光纤和松套光纤；将所述线路一端和其中一导引光缆一端中的紧套光纤和松套光纤分别熔接，并将熔接后的紧套光纤和松套光纤盘绕固定在一接续盒内，且该接续盒设置在一终端塔上；将所述线路另一端和另一导引光缆一端中的紧套光纤和松套光纤分别熔接，并将熔接后的紧套光纤和松套光纤盘绕固定在另一接续盒内，且该接续盒设置在另一终端塔上；分别将两条导引光缆另一端分别对应成端于所述第一光纤配线架和所述第二光纤配线架；用跳纤将所述第一光纤配线架与所述监测装置相连，用跳纤将成端于所述第二光纤配线架上的紧套光纤和松套光纤进行连接，以构成一监测回路；所述接续盒是一种能抗高压、绝缘性能良好的专用接续盒。

S3：启动所述监测装置，对所述线路中光纤温度进行实时全程连续测试，并每隔T秒自动记录和保存一组采集的温度值。

在本实施例中，如图3所示，所述新型OPPC包括：第一光单元1、第二光单元2、铝包钢线3和铝线4，且沿所述光纤复合架空相线径向由内向外依次为中心层和绞合层；所述第一光单元1设置于所述光纤复合架空相线的中心层；所述第一光单元1内设置有用于输电线路应变监测的2芯紧套光纤11，且该紧套光纤11的余长为零，芯直径为0.9mm；进一步的，所述第一光单元1还包括用于放置所述紧套光纤11的不锈钢管，且该不锈钢管直径为2.7mm；此外，所述第一光单元1还填充有油膏。所述第二光单元2和所述铝包钢线3均设置于所述光纤复合架空相线的绞合层；所述第二光单元2内设置有用于输电线路温度监测的12芯松套光纤21，且该松套光纤21的与余长为0.5％～0.8％，芯直径为250微米；进一步的，所述第二光单元2还包括用于放置所述松套光纤21的不锈钢管，且该不锈钢管直径为2.7mm；此外，所述第二光单元2内还均填充有油膏。在本实施例中，分别取第一光单元1中的1芯紧套光纤11用于应变监测和第二光单元2中的1芯松套光纤21用于温度采集。

在本实施例中，所述绞合层包括5根铝包钢线，且每根铝包钢线的直径为2.7mm。进一步的，所述铝线4绞合在所述绞合层的外围；在本实施例中，在所述绞合层的外围绞合有两层直径为3.45mm的铝线，其中，第一层绞合有10根铝线，第二层绞合有16根铝线，且整个光纤复合架空相线的直径是21.90mm。此外，在本实施例中，设置在绞合层的铝包钢线3可采用铝线。

进一步的，所述监测装置设置有温度分离计算模块，且在本实施例中，温度分离计算模块采用一布里渊光时域分析仪，布里渊光时域分析仪是一种实时测量光纤布里渊频谱分布的新型设备，布里渊频谱同时对光纤的温度、应变交叉敏感，因此利用布里渊光时域分析仪可以获得光纤沿线的温度或/和应变分布信息。布里渊光时域分析仪接收到电力架空光缆内部第一光单元、第二光单元内光纤散射信号后，实时计算出第一光单元内光纤的布里渊频谱全程分布信息△υ_B1(L)和第二光单元内光纤的布里渊频谱全程分布信息△υ_B2(L)，L为光单元到布里渊光时域分析仪的距离。第一光单元、第二光单元内光纤的布里渊频谱与温度及应变的对应关系分别记为如下公式：

${\mathrm{\Δ\υ}}_{B1}\left(L\right)=C_1^T\mathrm{\Δ}{T}_1\left(L\right)+C_1^{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\Δ\ϵ}}_1\left(L\right)---\left(1\right)$

${\mathrm{\Δ\υ}}_{B2}\left(L\right)=C_2^T\mathrm{\Δ}{T}_2\left(L\right)+C_2^{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\Δ\ϵ}}_2\left(L\right)---\left(2\right)$

式中分别为第一光单元、第二光单元的布里渊频移温度系数， 分别为第一光单元、第二光单元的布里渊频移应变系数。△T₁(L)、△T₂(L)分别为第一光单元、第二光单元温度的变化量，△ε₁(L)、△ε₂(L)分别为第一光单元、第二光单元应变的变化量。

在架空光缆相同位置，第一光单元、第二光单元内光纤所承受的温度变化量相同，即△T₁(L)＝△T₂(L)；并且第一光单元和第二单元均处于电力架空光缆的内部，其外部为多层铝绞线，架空线横截面可近似为一个均匀分布的热场，即第一光单元、第二光单元内光纤的温度变化△T₁(L)、△T₂(L)可等效为架空光缆的温度变化，另外由于第二光单元内部为余长较大的松套光纤，即使架空光缆存在应变而发生拉伸形变时，也并不会使松套光纤受力，因此第二光单元中的松套光纤仅仅与架空线路的温度有关，而与应变无关，即△ε₂(L)始终为0。通过式(2)中第二光单元的布里渊频移得出第一光单元、第二光单元相同位置的温度变化量为：

$\mathrm{\Δ}{T}_1\left(L\right)=\mathrm{\Δ}{T}_2\left(L\right)=\frac{{\mathrm{\Δ\υ}}_{B2}\left(L\right)}{C_2^T}---\left(3\right)$

第一光单元、第二光单元布里渊频移温度系数及第一光单元、第二光单元布里渊频移应变系数可以通过标定得出，因此通过式(3)可以得到电力架空光缆温度的全程分布。进一步的，第一光单元、第二光单元布里渊频移温度系数及第一光单元、第二光单元布里渊频移应变系数 通过测试所述新型OPPC中第一光单元、第二光单元中紧套光纤和松套光纤获取。

在本实施例中，所述监测装置具有两个光端口，第一光端口具有发送连续激光信号功能，第二光端口用于发送脉冲激光信号，同时具有接收反馈的布里渊频谱信号功能；所述布里渊型光时域分析仪从第二光端口接收到反馈信号后解调出光纤温度值。

为了让本领域技术人员进一步理解本发明所提出的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，下面结合具体实例说明通过测量OPPC光纤温度能够获得电力架空光缆温度的方法。

在本实施例中，如图4所示，将新型OPPC构成的线路的两端分别连接到大电流发生器的OPPC接头处，将线路中新型OPPC的一端中紧套光纤的一端与松套光纤的一端熔接，将线路中新型OPPC的另一端中紧套光纤的一端与松套光纤的一端分别经光纤跳线接入布里渊型光时域分析仪。将一温度巡检仪的16路热电偶平均分成四组，#1、#2、#3和#4，并分别安装于线路的四个位置，分别为5m，10m，15m，20m处。每个位置选取3只热电偶插入新型OPPC内部，测量线路导线温度，另外1只热电偶布置在该位置距线路10cm处，测量环境温度。与热电偶连接的温度巡检仪每隔1min自动保存温度数据，系统精度为±0.5℃。由于采用分布式测量，系统设置的空间分辨率约80cm，因而每组3只热电偶间隔约20cm布置于OPPC上。

按照以下步骤进行：

步骤1：确保环境温度稳定，记录环境温度。

步骤2：开启布里渊型光时域分析仪与热电偶温度巡检仪，实现在线监测，布里渊型光时域分析仪与热电偶温度巡检仪每隔50s记录保存一组温度数据。

步骤3：线路中的新型OPPC空载测量20分钟之后，加载100A交流电流。该电流保持90分钟；之后施加200A电流，保持90分钟；300A电流保持90分钟；400A电流保持90分钟；500A电流保持90分钟。在试验中每隔10分钟，用钳形电流表测量一次电流，以确定电流是否稳定。

步骤4：关闭大电流发生器，线路断电降温，持续1小时。

整个过程中，温度巡检仪获取4组热电偶温度变化数据，而布里渊型光时域分析仪则记录了整段线路中新型OPPC的温度变化情况。热电偶所测量温度即为OPPC的温度，为了验证利用新型OPPC光纤温度进行导线温度测量的准确性，将每组热电偶的平均温度与布里渊型光时域分析仪对应的温度变化情况绘制于同一图表中，如图5、图7、图8和图9所示，分别为#1、#2、#3和#4对应温度测量，每次加载新型OPPC负载电流量，温度均缓慢上升，然后趋于稳定。如图5所示，1#热电偶组的平均温度与布里渊型光时域分析仪测量结果呈现一致的变化规律，其中较为平稳的为热电偶温度测量、细微上下波动为布里渊型光时域分析仪温度测量。而且二者的温度差异在2℃以内。而且在整个电流加载过程中，热电偶温度普遍较布里渊型光时域分析仪测量的光纤温度低1℃左右，如图6所示，该差异由OPPC输电线路截面上温度分布细微不均 引起。在本是实施例中，热电偶安装位置为最外层与次外层之间，布里渊型光时域分析仪则是测量OPPC输电线路第二层的温度，OPPC输电线路中心温度略高，沿着半径方向，温度缓慢下降。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于，按照如下步骤实现：

S1：在两个站点之间架设OPPC线路，在其中一个站点内设置第一光纤配线架和监测装置，在另一个站点内设置第二光纤配线架，所述线路的两端分别通过导引光缆引入对应的站点；所述新型OPPC包括：第一光单元和第二光单元，且沿所述新型OPPC径向由内向外依次设置有中心层和绞合层；在所述新型OPPC的中心层设置所述第一光单元；在所述第一光单元内置有至少一根没有余长紧套光纤；在所述新型OPPC的绞合层设置所述第二光单元，在所述第二光单元内置有至少一根有余长的松套光纤；所述导引光缆采用与所述新型OPPC中第一光单元和第二光单元同类型同数量光纤的ADSS或普通光缆；

S2：分别获取所述线路和两条导引光缆对应端口内的紧套光纤和松套光纤；将所述线路一端和其中一导引光缆一端中的紧套光纤和松套光纤分别熔接，并将熔接后的紧套光纤和松套光纤盘绕固定在一接续盒内，且该接续盒设置在一终端塔上；将所述线路另一端和另一导引光缆一端中的紧套光纤和松套光纤分别熔接，并将熔接后的紧套光纤和松套光纤盘绕固定在另一接续盒内，且该接续盒设置在另一终端塔上；分别将两条导引光缆另一端分别对应成端于所述第一光纤配线架和所述第二光纤配线架；用跳纤将所述第一光纤配线架与所述监测装置相连，用跳纤将成端于所述第二光纤配线架上的紧套光纤和松套光纤进行连接，以构成一监测回路；

S3：启动所述监测装置，对所述线路中光纤温度进行实时全程连续测试，并每隔T秒自动记录和保存一组采集的温度值。

2.根据权利要求1所述的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于：所述监测装置设置有温度分离计算模块，并采用如下方式计算所述线路的温度：其中L为光单元到监测装置的距离，△υ_B2(L)为第二光单元的布里渊频谱分布信息，△T₂(L)为第二光单元温度的变化量，为第二光单元布里渊频移温度系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于：所述第二光单元布里渊频移温度系数通过测试所述新型OPPC中第二光单元松套光纤获取。

4.根据权利要求1所述的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于：所述监测装置具有两个光端口，第一光端口具有发送连续激光信号功能，第二光端口用于发送脉冲激光信号，同时具有接收反馈的布里渊频谱信号功能；所述监测装置从第二光端口接收到反馈信号后解调出光纤温度值。

5.根据权利要求1所述的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于：在所述新型OPPC中还设置有铝包钢线和/或铝线；所述铝包钢线和/或铝线设置于所述新型OPPC的绞合层。

6.根据权利要求1所述的一种基于全程分布式的电力架空光缆温度监测方法，其特征在于：所述接续盒是一种能抗高压、绝缘性能良好的专用接续盒。