CN109991511B

CN109991511B - 一种架空线路雷击监测装置及监测方法

Info

Publication number: CN109991511B
Application number: CN201811231802.8A
Authority: CN
Inventors: 曾宪武; 李生福; 徐朝; 王先锋; 毛天奇; 田地; 仇国滔; 吴雪冬; 杨隽奎
Original assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: CN109991511A

Abstract

本发明公开了一种架空线路雷击监测装置及监测方法，它包括：PC机，其特征在于：脉冲激光器与掺饵光纤放大器连接，掺饵光纤放大器与偏振分光器连接，偏振分光器与架空线路中的光纤一端连接；架空线路中的光纤另一端与检偏器连接，检偏器与光纤探测器连接，光纤探测器与数据采集器连接，数据采集器与信号处理器连接，信号处理器与PC机连接；解决了现有技术对架空线路雷击监测存在的故障定位不准确，误差大等技术问题。

Description

一种架空线路雷击监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于架空线路雷击监测技术，尤其涉及一种架空线路雷击监测装置及监测方法。

背景技术

随着智能电网的建设，电力传输网和通信网融合成为主要发展趋势，线路的安全稳定运行对电网可靠性具有重要意义。目前输电线路经常遭受雷击且雷击点难以精确定位，出现故障点排查困难，严重影响了电力通信系统的运行。尤其对于110kV及以下架空线路，线路运维水平低，雷击后往往因为故障巡查量大而被忽视。

为了定位架空线路的雷击点，现在已经发展了诸如电磁场测量定位法、阻抗法、行波故障定位法等非光纤探测技术和基于法拉第效应的光纤探测技术，对于非光纤探测技术，多存在线路有盲区、精度低、误差大、实用性不强的问题，不方便维护。因此上述方法大多在实际应用中都面临很大的问题。此外，上述探测雷击的方法只能应用于粗略的雷击定位，定位不够准确。

目前应用较多的主要有光时域反射仪（OTDR）进行光纤的故障定位，但由于OTDR测量的局限性，主要用于判断光链路通断、故障定位，而落雷点不一定在光纤线路上，则其不能直接对雷击点进行故障定位，以致于无法完成实时监测与定位。

现有技术存在的问题；非光纤检测技术：阻抗法，依据测量的电压、电流是故障距离的函数来建立方程进行求解，但该方法受线路实际参数变化的影响，测量不准确；行波法，利用输电线路行波传输的原理进行测量定位，但高频的暂态行波在传输过程中存在色散及波速不确定问题，有时对远处传来的故障信号辨别不准确，定位误差大，不准确;光时域反射仪（OTDR）：主要用于判断光链路通断、故障定位，不能直接用于输电线路雷击定位。

发明内容：

本发明要解决的技术问题：提供一种架空线路雷击监测装置及监测方法，以解决现有技术对架空线路雷击监测存在的故障定位不准确，误差大等技术问题。

本发明技术方案：

一种架空线路雷击监测装置，它包括：PC机，脉冲激光器与掺饵光纤放大器连接，掺饵光纤放大器与偏振分光器连接，偏振分光器与架空线路中的光纤一端连接；架空线路中的光纤另一端与检偏器连接，检偏器与光纤探测器连接，光纤探测器与数据采集器连接，数据采集器与信号处理器连接，信号处理器与PC机连接。

所述偏振分光器由两组起偏器与分光器件组成。

所述架空线路中的光纤包含两条光纤线路。

所述的架空线路雷击监测装置的监测方法，它包括：

步骤1、将激光光源注入到光纤；

步骤2、获取架空线路正常运行下的光信号偏振态数据；

步骤3、利用雷击突变量到达探测主机的时间定位雷击点。

步骤3所述利用雷击突变量到达探测主机的时间定位雷击点的方法为：

雷击点距尾端延时光纤中点的距离L1为：

L1=v(t2−t1)/2

式中t1为雷击监测装置在t1时第1次接收到A点的偏振突变信息；t2为在t2时第2次接收到B点的偏振突变信息；v为光纤中的光速。

本发明有益效果：

本发明采用POTDR实现架空线路雷击的实时在线监测，利用雷击引起的光信号偏振态突变量信息进行雷击监测；和OTDR技术相比，本发明可测量传输光的偏振态，且可使散射光与入射光偏振方向一致，其对偏振态突变量监测与雷击定位具有十分重要的作用；

本发明为了提高雷击点定位的准确性，装置集成两组偏振参数不同的偏振器件，分别对线路的两组光纤线路进行监测，获取多组数据进行对比/求均值，实现更高精度的雷击点定位和诊断。

解决了现有技术对架空线路雷击监测存在的故障定位不准确，误差大等技术问题。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式：

所述偏振分光器由两组起偏器与分光器件组成。

所述架空线路中的光纤包含两条光纤线路。

所述的架空线路雷击监测装置的监测方法，它包括：

步骤1、将激光光源注入到光纤；

步骤2、获取架空线路正常运行下的光信号偏振态数据；

步骤3、利用雷击突变量到达探测主机的时间定位雷击点。

雷击点距尾端延时光纤中点的距离L1为：

L1=v(t2−t1)/2

式中t1为偏振解调设备在t1时第1次接收到A点的偏振突变信息；t2为在t2时第2次接收到B点的偏振突变信息；v为光纤中的光速。

本发明采用偏振态光时域反射技术（POTDR），将POTDR系统与架空线路中的光纤进行连接，激光器发射脉冲激光经偏振器注入到光纤中，脉冲光在光纤中会发生散射，包含瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，系统仅收集光纤中的背向瑞利散射偏振光信号，以获取架空线路正常运行下的光纤沿线每一点的时域数据。POTDR系统对时域数据进行频谱变换，并进行分析处理，以获取该架空线路的偏振光信号曲线。由于磁场、电场能够对光纤中光的偏振态进行调制,因此该技术可用于实现雷击产生的磁场测量。一旦发生雷击，光纤中光信号偏振态将发生突变，经小波降噪分析处理后，提取偏振态突变量信息，经系统诊断识别并定位雷击点，实现实时在线监测。

怎样提高监测数据的准确性和实现雷击点的精准定位是本装置的关键技术。该装置集成了偏振器，使入射光与散射光的偏振态一致，其可使装置在光纤输出端得到单一的偏振光。激光光源经过起偏器后进入线路的一根光纤，经过几十公里后通过尾端一定长度的延时光纤进入线路中的另一根光纤传输回来，通过计算雷击点处的偏振态突变量传到装置中的时刻来进行雷击点定位。为提高监测数据的准确性及定位可靠性，该装置集成两组起偏器与分光器件组成偏振分光器，选择两条光纤线路，通过同时采集和计算多组数据的方法提高定位精度和监测的可靠性。

本发明技术特点：

（1）采用背向瑞利散射技术（POTDR），将POTDR系统与架空线路中的光纤进行连接，将POTDR的激光光源注入到光纤，光在光纤中会发生散射，包含瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，本系统仅收集光纤中的背向瑞利散射偏振光信号，以获取大量架空线路正常运行下的光信号偏振态数据。

（2）POTDR系统分析光的偏振态数据，通过检测偏振态的变化以监测架空线路线路状态；雷击时，在介质中沿光的传播方向会产生磁场，此时偏振态发生变化，此现象即为法拉第效应，用公式表示为θ=VBｌ。

式中：θ为偏振光的偏转角度，其变化方向与介质和磁场方向有关；V为费尔德常数，与光纤性质及光波长、温度等有关；B为平行于光传播方向的磁感应强度；ｌ为偏振光在磁场中的穿越长度。

并利用雷击突变量到达探测主机的时间定位雷击点。

（3）所述的EDFA（掺饵光纤放大器）对瑞利散射信号进行放大，由于产生的信号强度较弱，经EDFA放大的信号便于检测与分析处理。

（4）所述偏振分光器包含分光器及两个或多个起偏器，偏振分光器是构成以偏振或者相位为主要检测特征的光纤系统的重要光无源器件之一,其重量轻,体积小,与光纤系统的兼容性强且高消光比，其可使光纤输出端得到单一的偏振光。

（5）所述的光探测器,主要特点是噪声低,灵敏度高,带宽较窄,放大倍数高。用于获取可靠的偏振态数据。

Claims

1.一种架空线路雷击监测装置的监测方法，所述架空线路雷击监测装置包括：PC机，脉冲激光器与掺饵光纤放大器连接，掺饵光纤放大器与偏振分光器连接，偏振分光器与架空线路中的光纤一端连接；架空线路中的光纤另一端与检偏器连接，检偏器与光纤探测器连接，光纤探测器与数据采集器连接，数据采集器与信号处理器连接，信号处理器与PC机连接；其特征在于：所述偏振分光器由两组起偏器与分光器件组成；偏振器使入射光与散射光的偏振态一致，使装置在光纤输出端得到单一的偏振光；所述监测方法，它包括：

步骤1、将激光光源注入到光纤；

步骤2、获取架空线路正常运行下的光信号偏振态数据；

步骤3、利用雷击突变量到达探测主机的时间定位雷击点；

雷击点距尾端延时光纤中点的距离L1为：

L1=v(t2−t1)/2，式中t1为雷击监测装置在t1时第1次接收到A点的偏振突变信息；t2为在t2时第2次接收到B点的偏振突变信息；v为光纤中的光速。

2.根据权利要求1所述的一种架空线路雷击监测装置的监测方法，其特征在于：所述架空线路中的光纤包含两条光纤线路。