CN106226636A - 一种高压输电线路异常报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压输电线路异常报警系统，所述高压输电线路异常报警系统包括：中央控制器、第一光源、第一光纤传感器、第一衍射分光器、第一光谱接收器、第二光源、第二光纤传感器、第二衍射分光器、第二光谱接收器、解调器、第一信号收发装置、位置编码模块，所述中央控制器包括高温报警模块、断路报警模块、覆冰报警模块、第二信号收发装置。本发明采用两套光纤传感器进行输电线路的监测，第一套光纤传感器采用分布式传感器，能够监测到各个温度监测点的温度，但受风力、拉力、摆动等的干扰较大，为了保证测量的准确，本发明采用了与之互补的另一套传感器，管式传感器，管式传感器的光纤温度传感部分设置在管内，不受拉力、摆动等的影响。

Description

一种高压输电线路异常报警系统

技术领域

本发明涉及电力系统的安全保障领域，具体涉及一种用于对高压带电线路的多种异常情况进行综合监控和报警的系统。

背景技术

输电线路状态监测技术是指直接安装在线路设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量系统及技术，是实现状态监测、状态检修的重要手段。监测的对象包括：杆塔、导线、地线、绝缘子以及这些设备所处环境的气象信息等。监测的信息量包括：杆塔倾斜、杆塔防盗、导线覆冰、导线温度、导线舞动、导线振动、雷电流、绝缘子污秽以及环境温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、日照强度等气象因素。

对运行状态下的电力设备直接进行监测的要求非常高，监测既不能影响系统正常的运行，又要能直接反映运行中的设备状态，比停止运行时进行的离线检测更难、要求更高。实现设备状态的在线监测的主要困难在于：(1)不能影响设备的运行状态；(2)监测不受收到高压带电设备以及环境因素的干扰。

而且，对于输电线路而言，需要监测的内容也比较多，比如，冬天需要监测线路是否发生覆冰，夏天需要监测输电线路或输电塔上是否存在局部由于受损或其他原因带来的电阻过大造成的高温，而且，输电线路还需要监测是否发生了局部断路，一旦发生断路，必须要尽早的确定断路位置，才能及时进行抢修。

但是目前所采用的输电线路的监测手段还不能实现上面所要求的监测内容。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明希望提供一种能够对上面所提到的各种 输电线路所遇到的问题都能够进行统一监测并及时发出报警和定位的监测和报警系统。

因此，本发明提供一种高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述高压输电线路异常报警系统包括：中央控制器、第一光源、第一光纤传感器、第一衍射分光器、第一光谱接收器、第二光源、第二光纤传感器、第二衍射分光器、第二光谱接收器、解调器、第一信号收发装置、位置编码模块，所述中央控制器包括高温报警模块、断路报警模块、覆冰报警模块、第二信号收发装置。

在一种优选实现方式中，所述第一光源耦合至所述第一光纤传感器，并且发出第一预定波长范围的光，输入至所述第一光纤传感器；

所述第一光纤传感器的输出端耦合至所述第一衍射分光器，所述衍射分光器用于对所述第一光纤传感器的输出光进行衍射分光；

所述第一光谱接收器接收所述第一衍射分光器的输出光并测量所述输出光的光谱信息；

所述第二光源耦合至所述第二光纤传感器，并且发出第二预定波长范围的光，输入至所述第二光纤传感器；

所述第二光纤传感器的输出端耦合至所述第二衍射分光器，所述第二衍射分光器用于对所述第二光纤传感器的输出光进行衍射分光；

所述第二光谱接收器接收所述第二衍射分光器的输出光并测量所述输出光的光谱信息；

所述解调器接收第一和第二光谱接收器测得的光谱信息并基于所述光谱信息解调出相应的传感信息；

所述位置编码模块与所述第一信号收发装置相连，用于将位置编码信息提供给所述第一信号收发装置；

所述第一信号收发装置将所述传感信息和所述位置编码信息提供发送给所述第二信号收发装置，所述第一信号收发装置位于输电线路处；

所述第二信号收发装置与所述中央控制器相连，用于接收所述传感信息和所述位置编码信息并输出给所述中央控制器；

所述高温报警模块基于所述传感信息判断所述高压输电线路的温度是 否高于温度阈值，如果高于温度阈值的发出高温报警；

所述断路报警模块基于所述传感信息判断所述传感信息返回值是否为异常值，如果为异常值则发出断路报警；

所述覆冰报警模块基于所述传感信息中的温度信息判断所述输电线路是否覆冰，如果覆冰则发出覆冰报警。

在另一种优选实现方式中，所述第一光纤传感器为分布式光纤温度传感器，所述第二光纤传感器包括第一传输光缆、管式光纤温度传感器、第二传输光缆，所述管式光纤温度传感器包括壳体、光纤光栅和两个耦合端头，所述第一传输光缆与所述管式光纤温度传感器的一个耦合端头耦合，所述管式光纤温度传感器的第二个耦合端头与所述第二传输光缆耦合。

在另一种优选实现方式中，所述中央监控系统还包括风摆报警模块。

在另一种优选实现方式中，所述第一光纤传感器和所述第二光纤传感器均沿高压输电线路的地线平行设置。

在另一种优选实现方式中，所述第一光纤传感器和所述第二光纤传感器均沿高压输电线路的火线平行设置。

在另一种优选实现方式中，所述高压输电线路异常报警系统包括两套第一光纤传感器和第二光纤传感器，每套光纤传感器沿一根输电线路设置。

在一种优选实现方式中，所述覆冰报警模块基于第一光纤传感器或第二光纤传感器所测得的温度梯度来进行覆冰状况的监测，这是因为，输电线路一旦覆冰之后，其温度变化的速度将会减慢。因此，在一种优选实现方式中，对不同的时间点以及室外平均温度设定温度梯度阈值，一旦温度梯度小于温度梯度阈值，则发出覆冰预警。

考虑到室外温度本身也存在温度梯度比较平稳的时候，在另一种优选实现方式中，在高压输电线路上，设置参考测量点，在参考测量点处，设置干燥箱，在其内进行温度测量，并将所测得的参考温度及温度梯度送至覆冰状况监测服务器，监测服务器以该参考温度梯度为基准判断输电线路上温度和温度梯度的变化是否与其偏差超过阈值，一旦超过阈值则认为存在覆冰。

有益效果：

本发明采用两套光纤传感器进行输电线路的监测，第一套光纤传感器采用分布式传感器，分布式传感器能够监测到各个温度监测点的温度，但是，分布式传感器受风力、拉力、摆动等的干扰较大，为了保证测量的准确，本发明采用了与之互补的另一套传感器，管式传感器，管式传感器的光纤温度传感部分设置在管内，不受拉力、摆动等的影响。

本发明的用于高压输电线路的异常报警系统能够提供输电线路的高温、覆冰以及断路三重报警，并且，一旦输电线路出现故障，能够及时地将故障位置发送给中央控制器，这样便于锁定故障地点，有利于维修人员的检修。

在对覆冰状况的监测中本发明另辟蹊径，基于光纤传感器所测得的温度以及温度梯度来进行覆冰状况的监测。通过温度梯度来进行覆冰状况的监测，准确度更高、不受风力或其他外力的影响，能够更准确地反映出覆冰情况。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的高压输电线路异常报警系统的示意图。

图2是本发明实施例中所采用的管式温度传感器的结构示意图。

图3是本发明实施例中的第二光纤传感器7的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的高压输电线路异常报警系统包括：中央控制器1、第一光源2、第一光纤传感器3、第一衍射分光器4、第一光谱接收器5、第二光源6、第二光纤传感器7、第二衍射分光器8、第二光谱接收器9、解调器10、第一信号收发装置11、位置编码模块12，中央控制器1包括高温报警模块1-1、断路报警模块1-2、覆冰报警模块1-3、第二信号收发装置1-4。

中央控制器1为设置在电力监控中心的服务器，其具有处理器、显示器等服务器应该具备的各种常规部件。

第一光源2耦合至第一光纤传感器3，并且发出第一预定波长范围的光，输入至第一光纤传感器。光源2可以采用半导体激光二极管或者其他光源。第一光纤传感器3采用分布式光纤温度传感器，即，该光纤温度传感器主要是基于光纤内部光色散的温度特性，利用光时域反射测试技术，将高功率窄带光脉冲送入光纤，光在光纤中会发生拉曼散射，然后，测量散射光强度随时间的变化，可以获得不同散射位置处的温度(关于分布式温度传感器的具体技术细节可以参见南昌大学学报工科版2004年12月的文章光纤温度传感器原理及应用)。

第一光纤传感器3的输出端耦合至第一衍射分光器4，衍射分光器4用于对第一光纤传感器3的输出光进行衍射分光，进而更好地测得散射光的强度。

第一光谱接收器5接收第一衍射分光器4的输出光并测量输出光的光谱信息。该光谱信息包括输出光所包含的光的波长、强度、峰值等。

第二光源6耦合至第二光纤传感器7，并且发出第二预定波长范围的光，输入至第二光纤传感器。第二光纤传感器7包括第一传输光缆7-1、管式光纤温度传感器7-2、第二传输光缆7-3，管式光纤温度传感器包括壳体7-4、光纤光栅7-5和两个耦合端头7-6、7-7，第一传输光缆7-1与管式光纤温度传感器7-2的一个耦合端头7-6耦合，管式光纤温度传感器7-2的第二个耦合端头与第二传输光缆7-3耦合。管式光纤温度传感器中的光纤光栅可以采用普通的用于测温的布拉格光栅。

第二光纤传感器7的输出端耦合至第二衍射分光器8，第二衍射分光器8用于对第二光纤传感器7的输出光进行衍射分光。第二光谱接收器9接收第二衍射分光器8的输出光并测量输出光的光谱信息。该光谱信息包括输出光所包含的光的波长、强度、峰值等。

解调器10接收第一和第二光谱接收器测得的光谱信息并基于光谱信息解调出相应的温度信息(基于光谱信息解调出温度信息是本领域的公知技术，这里不再详述)。对于两个光纤传感器可以采用一个解调器，也可以分别采用各自的解调器。对于第一光纤温度传感器，解调器解调出在光纤传感器不同位置处的温度以及温度随时间的变化。对于第二光纤温度传感器， 由于其不是分布式的，所以解调出测温位置处的温度和温度随时间的变化。

位置编码模块11与第一信号收发装置12相连，用于将位置编码信息提供给第一信号收发装置12。第一信号收发装置12将传感信息和位置编码信息提供发送给第二信号收发装置24，第一信号收发装置位于输电线路处，第二信号收发装置与中央控制器1相连，用于接收传感信息和位置编码信息并输出给中央控制器1；

高温报警模块1-1基于分布式传感器测得的温度信息判断高压输电线路的温度是否高于温度阈值，如果高于温度阈值，则发出高温报警。断路报警模块1-2基于第一和第二光纤传感器是否返回正常值，来判断是否发生断路事故，如果返回异常值，则表示发生断路，发出断路报警同时指示出断路的位置信息；

覆冰报警模块1-3首先判断第一光纤传感器和第二光纤传感器测得的温度是否均低于零度，若均低于零度则判断二者的温度梯度是否均小于预定阈值，若均小于预定阈值，则发出覆冰报警。本申请的发明人发现，输电线路在没有覆冰的情况下，其温度会随环境变化较快，一阵风吹过就会带来温度的较大变化，而一旦输电线路覆冰，则其温度随环境的变化会由于覆冰层的作用而变缓慢，因此，本申请提出了一种基于温度梯度来进行覆冰状况监测的装置。覆冰报警的温度阈值可以根据输电线路的耐受程度而适应性地调整。考虑到单一通过温度梯度进行温度测量可能存在一定误报情况。本发明基于温度和温度梯度二者结合进行报警。

中央监控系统还包括风摆报警模块，所述风摆报警模块计算第一光纤传感器测得的分布式温度(即在各个测温点处的温度与平均温度)的方差，若该方差大于预定阈值，则说明光纤温度传感器测得的温度受风摆的影响较大，可以进行风摆报警。之所以采用方差来进行风摆报警是因为申请人发现，光纤温度传感器在输电线路上进行测温时，会受到应力的影响，当光纤受到拉扯时，测温会发生变化。因此，通过方差能够判断出不同位置处偏离平均温度的程度，进而对风摆情况进行判断。方差阈值与测温点的数目、输电线路长度都有一定关系，这个需要针对不同的输电线路和传感器种类进行适应性调整。

在第一光纤传感器3和第二光纤传感器可以均沿高压输电线路的地线平行设置。也可以均沿高压输电线路的火线平行设置，不过这种方式并不推荐。

或者，高压输电线路异常报警系统包括两套第一光纤传感器3和第二光纤传感器，每套光纤传感器沿一根输电线路设置。

需要说明的是，附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本发明的原理进行说明，并非意在对本发明进行限制。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述高压输电线路异常报警系统包括：中央控制器、第一光源、第一光纤传感器、第一衍射分光器、第一光谱接收器、第二光源、第二光纤传感器、第二衍射分光器、第二光谱接收器、解调器、第一信号收发装置、位置编码模块，所述中央控制器包括高温报警模块、断路报警模块、覆冰报警模块、第二信号收发装置。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路异常报警系统，其特征在于，

所述第一光源耦合至所述第一光纤传感器，并且发出第一预定波长范围的光，输入至所述第一光纤传感器；

所述第一光纤传感器的输出端耦合至所述第一衍射分光器，所述第一衍射分光器用于对所述第一光纤传感器的输出光进行衍射分光；

所述第一光谱接收器接收所述第一衍射分光器的输出光并测量所述输出光的光谱信息；

所述第二光源耦合至所述第二光纤传感器，并且发出第二预定波长范围的光，输入至所述第二光纤传感器；

所述第二光纤传感器的输出端耦合至所述第二衍射分光器，所述第二衍射分光器用于对所述第二光纤传感器的输出光进行衍射分光；

所述第二光谱接收器接收所述第二衍射分光器的输出光并测量所述输出光的光谱信息；

所述解调器接收第一和第二光谱接收器测得的光谱信息并基于所述光谱信息解调出相应的传感信息；

所述位置编码模块与所述第一信号收发装置相连，用于将位置编码信息提供给所述第一信号收发装置；

所述第一信号收发装置将所述传感信息和所述位置编码信息提供发送给所述第二信号收发装置，所述第一信号收发装置位于输电线路处；

所述第二信号收发装置与所述中央控制器相连，用于接收所述传感信息和所述位置编码信息并输出给所述中央控制器；

所述高温报警模块基于所述传感信息判断所述高压输电线路的温度是否高于温度阈值，如果高于温度阈值的发出高温报警；

所述断路报警模块基于所述传感信息判断所述传感信息返回值是否为异常值，如果为异常值则发出断路报警；

所述覆冰报警模块基于所述传感信息中的温度信息判断所述输电线路是否覆冰，如果覆冰则发出覆冰报警。

3.根据权利要求2所述的高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述第一光纤传感器为分布式光纤温度传感器，所述第二光纤传感器包括第一传输光缆、管式光纤温度传感器、第二传输光缆，所述管式光纤温度传感器包括壳体、光纤光栅和两个耦合端头，所述第一传输光缆与所述管式光纤温度传感器的一个耦合端头耦合，所述管式光纤温度传感器的第二个耦合端头与所述第二传输光缆耦合。

4.根据权利要求2所述的高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述中央监控系统还包括风摆报警模块。

5.根据权利要求1所述的高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述第一光纤传感器和所述第二光纤传感器均沿高压输电线路的地线平行设置。

6.根据权利要求1所述的高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述第一光纤传感器和所述第二光纤传感器均沿高压输电线路的火线平行设置。

7.根据权利要求1所述的高压输电线路异常报警系统，其特征在于，所述高压输电线路异常报警系统包括两套第一光纤传感器和第二光纤传感器，每套光纤传感器沿一根输电线路设置。