CN111123157A - 一种输电线路泄漏电流检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路泄漏电流检测装置及方法，用于对输电线路的泄漏电流进行检测，其特征在于，该装置包括：光信号发射模块，用于输出宽带光谱信号；传输模块，用于将所述宽带光谱信号传输至待测数据采集模块，并且将从所述待测数据采集模块返回的光信号传输至光信号接收解调模块；待测数据采集模块，利用所述宽带光谱信号，将待测泄漏电流转化为特定波长光信号，并通过所述传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；光信号接收解调模块，接收从所述待测数据采集模块返回的光信号，并将所述光信号解调成数字信号；数据处理模块，对所述数字信号进行处理，得到实时泄漏电流数据。通过本发明能够获取输电线路泄漏电流数据。

Description

一种输电线路泄漏电流检测装置及方法

技术领域

本发明属于光电技术领域，涉及电流检测装置，尤其涉及一种对输电线路的泄漏电流进行检测的方法及装置。

背景技术

随着电网市场化进程的不断深入以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，电力行业正面临前所未有的挑战和机遇，建设可控、安全、可靠、环保、经济的智能型电网系统正成为全球电力行业的共同目标。输电线路作为电力流、能源流的重要载体，输电线路的安全性成为亟待解决的问题。

当前我们国家的雾霾越来越严重，空气中的污染物也越来越多。当污染物沉积在输电线路绝缘子串上到达一定程度且绝缘子串周围环境达到一定条件(高湿等)时，绝缘子串的电阻变小，导致绝缘子串导通及绝缘子串外出现电弧，绝缘子串发生闪络现象，闪络严重时会发生电网大面积停电事故。

为了减少绝缘子串闪络的发生，传统的方案是采用人工进行定期巡检。根据以往的闪络数据，探知平均每次可能发生闪络的周期，定期进行人工清扫绝缘子串，这种人工定期巡检方案可以在一定程度上保障电网安全有效的运行。但是随着电力系统不断的建设，架空线路跨越范围广，途径地形复杂，架空线路绝缘子串数量急剧的增多。在这种绝缘子串爆发式增多以及绝缘子串分布广阔的条件下，如果仍然采用人工定期巡检清扫的方法将耗费大量的人力物力，效率低下，不再能有效的保障电网安全。绝缘子串闪络现象在线监测对提高电网运行安全具有重要意义。

由于传统的电子式测量技术以电子信息处理为基础的特点注定了其将受到供电、电磁干扰、信号传输不稳定、数据传输容量受限等因素制约，限制了其安全性与可靠性。因此，亟需一种能够更简便地对输电线路的泄漏电流进行检测和感知的方法和装置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于对输电线路的泄漏电流进行检测的方法和装置，解决了对输电线路的泄漏电流进行实时监测和/或预警的技术问题。

为实现上述发明目的，本申请具体采用以下技术方案。

一种输电线路泄漏电流检测装置，用于对输电线路的泄漏电流进行检测，其特征在于，所述输电线路泄漏电流检测装置包括：

光信号发射模块，用于输出宽带光谱信号；

数据传输模块，用于将所述宽带光谱信号传输至待测数据采集模块，并且将从所述待测数据采集模块返回的光信号传输至光信号接收解调模块；

待测数据采集模块，利用所述宽带光谱信号，将待测泄漏电流转化为特定波长的光信号，并通过所述数据传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；

光信号接收解调模块，接收从所述待测数据采集模块返回的光信号，并将所述光信号解调成数字信号；

数据处理模块，对所述数字信号进行处理，得到实时泄漏电流数据。

本发明进一步包括以下优选方案。

其中，所述待测数据采集模块包括：

泄漏电流采集子模块，用于对泄漏电流进行采集；

泄漏电流转换子模块，用于将采集到的泄漏电流信号转换为特定波长的光信号，所述特定波长是指对应泄漏电流转换子模块中光纤光栅的反射中心波长。所述泄漏电流采集子模块，包括线圈和至少一个绝缘子串；其中，所述至少一个绝缘子串，串接在所述输电线路与杆塔之间，每个所述绝缘子串都包括至少一片绝缘子；其中，所述线圈与所述至少一个绝缘子串的最后一片绝缘子并联连接，即线圈的两端通过引流线将所述最后一片绝缘子短接。

所述线圈为亥姆赫兹线圈对，当泄漏电流通过所述亥姆赫兹线圈对时，产生均匀的磁场。

其中，所述泄漏电流转换子模块，包括悬梁臂、磁铁、以及两个光纤光栅，用于将从所述线圈采集到的泄漏电流信号转换为光信号；

所述悬梁臂的一端固定在一个厚板上，另一端为自由端，在靠近自由端的一侧固定设置一磁铁，所述磁铁背向悬梁臂自由端的一侧与线圈中心轴正对；

在悬梁臂的两侧各贴附一个光纤光栅，当所采集的泄漏电流在线圈中感应出磁场，所述磁铁受所述磁场作用使悬梁臂发生形变或振动时，贴附于其上的光纤光栅的输出波长也将发生偏移，所述光纤光栅将波长偏移量传输至光信号接收解调模块。

所述悬臂梁上任意一点的应变按以下公式计算：

ε表示应变，L为悬梁臂的长度，W为悬梁臂的宽度，H为悬梁臂的厚度，F为悬梁臂在自由端的作用力值，x悬臂梁上所求应变的位置距离固定端的距离，E为悬臂梁所用的材料的杨氏模量。

所述两个光纤光栅分别放置于所述悬梁臂的对称的两侧，并通过光纤连接至所述光信号接收解调模块。

所述光信号接收解调模块获得从所述光纤光栅返回的光信号的波长偏移量；对接收到的光信号的波长偏移量解调成数字信号。

所述数据处理模块接收光信号接收解调模块所上送的数字信号，根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流对应关系的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据。

显示模块，用于对所得到的泄漏电流数据进行显示。

报警装置，用于当检测到的泄漏电流值达到报警阈值时，输出报警信号。

所述报警阈值的设定与绝缘子类型、不同地域环境有关，优选250mA。

本申请还公开了一种基于前述输电线路泄漏电流检测装置的泄漏电流检测方法，用于对输电线路的泄漏电流进行检测，其特征在于，所述泄漏电流检测方法包括以下步骤：

步骤1：光信号发生模块产生宽带光谱信号，并通过数据传输模块将宽带光谱信号发送至待测数据采集模块；

步骤2：所述待测数据采集模块利用宽带光谱信号将待测输电线路泄漏电流转化为特定波长的光信号，并通过所述数据传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；

步骤3：所述光信号接收解调模块将所接收的特定波长的光信号解调为数字信号上传至数据处理模块；

步骤4：所述数据处理模块接收光信号接收解调模块所上送的数字信号，根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流对应关系的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

由于光纤光栅不受强磁场影响，且质量小，灵敏度高、精确度高。通常基于光纤光栅的传感器放置在野外杆塔上，基于光纤光栅的测量装置可以做到无源，不需要供电。需要供电的设备在变电站端。实现了整个光纤无源式绝缘子串泄漏电流不受电磁干扰、不需要供电，且可靠性高。通过本发明实施例给出的方案，能够实时地得到泄漏电流的大小，简单快捷方便，成本低，具有非常好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的泄漏电流检测装置的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的待测数据采集模块对泄漏电流进行采集的示意图；

图3示出了本发明实施例中对泄漏电流进行采集的等效电路原理图；

图4示出了本发明另一实施例提供的一种泄漏电流检测方法的流程示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种光纤无源式绝缘子串泄漏电流监测系统；

图6示出了悬梁臂受力变化示意图；

图7示出了通电线圈及其轴线上的磁场分布情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1示出了一种泄漏电流检测装置的示意图，用于对输电线路的泄漏电流进行检测。如图1所示，该装置包括以下模块：

光信号发射模块，用于将宽带光谱信号输出给传输模块；

其中，该光信号发射模块可以是任何能够发出宽带光谱信号的光源，例如，可以是ASE (放大自发辐射)光源。

传输模块，用于将所述宽带光谱信号传输至待测数据采集模块，并且将从所述待测数据采集模块返回的光信号传输至光信号接收解调模块；

其中，该传输模块可以是光纤；光信号接收解调模块可以是能够对光波长信号解调为数字信号的光纤光栅信号解调模块。

待测数据采集模块，利用所述宽带光谱信号，将待测泄漏电流转化为特定波长的光信号，并通过所述传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；

其中，所述待测数据采集模块包括：

泄漏电流采集子模块，用于对泄漏电流进行采集；

泄漏电流转换子模块，用于将采集到的泄漏电流信号转换为特定波长的光信号。

其中，该泄漏电流采集子模块可以包括线圈和至少一个绝缘子串；其中，所述至少一个绝缘子串，串接在输电线路中，每个所述绝缘子串包括至少一片绝缘子；其中，所述线圈与所述至少一个绝缘子串的最后一片绝缘子并联连接。其中，该线圈可以是亥姆赫兹线圈对，当泄漏电流通过所述亥姆赫兹线圈对时，产生均匀的磁场。所述泄漏电流转换子模块，包括悬梁臂、磁铁、以及两个光纤光栅，用于将从所述线圈采集到的泄漏电流信号转换为光信号。这两个光纤光栅分别放置于所述悬梁臂的两侧，并通过光纤连接至所述光信号接收解调模块。其中，光纤光栅可以是FBG。

其中，悬臂梁是一个机械机构，悬臂梁的一端是固定端，通常固定在一个比较厚的底板上。悬臂梁的另外一端是自由端，可以受到外力作用而导致悬臂梁自由端发生弯曲或者拉伸。当悬梁臂发生形变或振动时，贴附于其上的光纤光栅的输出波长也将发生偏移，通过测量所述光纤光栅的波长偏移量得到所述泄漏电流数据。

本发明实施例中，将悬臂梁与线圈放在恰当的位置，可选的，相对放置。交变的磁场作用于悬臂梁自由端的磁铁。由于磁场的作用，悬臂梁上的磁铁收到了变化的力的作用，变化的力作用于悬臂梁上，使得悬臂梁上下振动，悬臂梁上的光纤光栅也随着悬臂梁的振动波长偏移量也在不断的发生变化。这样，就达到了将待测的绝缘子串泄漏电流量转化为光纤光栅波长偏移量。

光信号接收解调模块，接收从所述待测数据采集模块返回的光信号，并将所述光信号解调成数字信号；

其中，光信号接收解调模块，可以包括光纤光栅信号解调模块，获得从所述光纤光栅返回的光信号的波长偏移量；根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据。

可选地，光纤光栅信号解调模块通过当前已经架设的电力特种光缆，将宽带光信号通过光缆传输到光纤光栅上，由于光纤光栅的本身特性，光纤光栅发生出特定波长的光。特定波长的光又经过光缆传输回光纤光栅信号解调模块，通过光电探测器以及可调谐FP滤波器得到当前返回光的实时波长。光纤光栅数据处理模块是将光纤光栅信号解调模块得到的实时波长导入波长偏移量与绝缘子串泄漏电流的数学模型，求解出当前时刻实时的绝缘子串泄漏电流值。

数据处理模块，对所述数字信号进行处理，得到实时泄漏电流数据。

可选的，该泄漏电流检测装置还可以包括显示模块，用于对所得到的泄漏电流数据进行显示。可以直接显示泄漏电流值，也可以以不同的颜色来标识不同程度的泄漏电流值。

可选的，该泄漏电流检测装置还可以包括报警装置，用于当检测到的泄漏电流值达到报警阈值时，输出报警信号。可以发出警报声音，也可以以特定颜色或者光照效果来发出警报信号。所述报警阈值根据绝缘子类型、不同地域环境具体设定，在本申请的实施例中，报警阈值优选为250mA。

在实际应用中，光纤光栅的波长偏移量会受到光纤光栅所处温度以及所受应力的变化所影响。在实际应用的基于光纤光栅的测量装置中，除了利用光纤光栅测量各种环境的温度的情况，一般都是将待测物理量通过各种结构转化为光纤光栅所受力的大小。然而在实际的测试中发现，光纤光栅传感器放置的位置温度几乎不可能保持不变，这就导致了不能确定光纤光栅产生的波长偏移量是由于受到待测物理量转化完后的力的作用引起的，还是温度作用引起的。

基于此，本发明采用两个光纤光栅，将这两个光纤光栅贴在悬臂梁的对称的两端，当悬臂梁弯折时，其中一个光纤光栅受到拉伸，另一个光纤光栅受到压缩。整个系统总的波长偏移量是两片光纤光栅的总和且抵消了温度对光纤光栅波长偏移量的影响，从而降低了由于温度而产生的波长偏移量占有的比例，提高了测量的准确度的同时，增大了光纤光栅对于相同作用力下光纤光栅波长偏移量的敏感度。

由于光纤光栅不受强磁场影响，且质量小，灵敏度高、精确度高。通常基于光纤光栅的传感器放置在野外杆塔上，基于光纤光栅的测量装置可以做到无源，不需要供电。需要供电的设备在变电站端。实现了整个光纤无源式绝缘子串泄漏电流不受电磁干扰、不需要供电，且可靠性高。通过本发明实施例给出的方案，能够实时地得到泄漏电流的大小，简单快捷方便，成本低，具有非常好的效果。

图2示出了根据本发明实施例的待测数据采集模块对泄漏电流进行采集的示意图，该待测数据采集模块基于线圈和悬臂梁的光纤无源式绝缘子串对泄漏电流数据进行采集。

本发明实施例提供了一个以亥姆赫兹线圈对、双光纤光栅悬臂梁为框架的光纤无源式绝缘子串泄漏电流测量装置，其中亥姆赫兹线圈对为传导部件、光纤光栅悬臂梁为核心部件、小磁铁为无接触式的应力传化部件。通过直接引入绝缘子串产生的泄漏电流，将该电流通过亥姆赫兹线圈对产生均匀的磁场，通过悬臂梁上的小磁铁感受此均匀磁场的变化，磁场与小磁铁之间会有一个力的作用，力的作用带动悬臂梁发生弯曲，通过FBG应变悬臂梁来监测悬臂梁梁表面弯曲产生的应变，FBG发生相应的波长漂移，从而推算出此时的绝缘子串泄漏电流的大小。

如图2所示，首先，将绝缘子串被串联在接入高压线路中，绝缘子串泄漏电流从相线流入，电流流经绝缘子串，并在即将流到最后一片绝缘子前，由于线圈的阻值远小于单片绝缘子的阻值，大部分电流流向线圈，然后电流流经杆塔到达地面。通过短路最后一片绝缘子达到泄漏电流采集的目的。

当绝缘子串泄漏电流流入线圈后，在线圈内部产生磁场。因为绝缘子串泄漏电流是一个交流，即在线圈内部也产生交变的磁场。然后将悬臂梁与线圈放在恰当的位置，交变的磁场作用于悬臂梁自由端的磁铁，由于磁场的作用，悬臂梁上的磁铁收到了变化的力的作用，变化的力作用于悬臂梁上，使得悬臂梁发生形变或者上下振动，悬臂梁上的光纤光栅也随着悬臂梁的振动波长偏移量也在不断的发生变化。这样，就实现了将待测的绝缘子串泄漏电流量转化为光纤光栅波长偏移量。

光纤光栅信号解调模块是通过当前已经架设的电力特种光缆，将宽带光信号通过光缆传输到光纤光栅上，由于光纤光栅的本身特性，光纤光栅发生出特定波长的光，特定波长的光又经过光缆传输回光纤光栅信号解调模块，通过光电探测器以及可调谐FP滤波器得到当前返回光的实时波长，光纤光栅数据处理分发模块是将光纤光栅信号解调模块得到的实时波长导入波长偏移量与绝缘子串泄漏电流的数学模型，求解出当前时刻实时的绝缘子串泄漏电流值。

整个基于线圈和悬臂梁的光纤无源式绝缘子串泄漏电流测量系统无源，不需要额外供电。采用短路最后一片绝缘子的方式引流进线圈，泄漏电流使线圈产生变化的磁场作用于悬臂梁自由端的磁铁，磁铁受到力的作用而使得悬臂梁振动，悬臂梁振动引起光纤光栅的波长偏移量发生变化，将波长偏移量数据通过特种光缆传输进变电站内的服务器内，并通过计算，将数据反馈给各监测端。通过阈值等报警机制，对绝缘子串闪络进行预警。

图3示出了本发明实施例中对泄漏电流进行采集的等效电路原理图。从图3可以知道，绝缘子串可以看成是多个电阻为R_绝缘子的绝缘子串联而成的，泄漏电流I_泄漏电流是从绝缘子串的高电位流向零电势的。根据欧姆定律可以得到

式(1)中U为输电线路相电压，n为绝缘子串绝缘子的个数。

将泄漏电流测量装置并联在单片绝缘子的两端，例如图2中将线圈并联于最后一片绝缘子的两端。可以得到

其中R_并联是单个绝缘子和泄漏电流测量装置并联后的总电阻，可以得到

若满足绝缘子电阻远大于测量装置电阻R_绝缘子＞＞R_测量装置，则可以得到

R_并联≈R_测量装置 (4)

将式(3)、(4)带入(2),并与(1)比较，可以得到

由式(5)可以知道，经过测量装置的电流是原泄漏电流的倍数关系。只要在安装绝缘子串泄漏电流测量装置时，记下绝缘子串的片数，即可以在信号处理公式上进行补偿，从而达到测量泄漏电流的目的。

图4示出了本发明另一实施例提供的一种基于前述输电线路泄漏电流检测装置的泄漏电流检测方法的流程示意图，如图4所示，所述泄漏电流检测方法包括以下步骤：

步骤1：光信号发生模块产生宽带光谱信号，并通过数据传输模块将宽带光谱信号发送至待测数据采集模块；

其中，可以通过任何能够发出宽带光谱信号的光源来输出宽带光谱信号，例如，可以通过ASE(放大自发辐射)光源来发出宽带光谱信号。

步骤2：所述待测数据采集模块利用宽带光谱信号将待测输电线路泄漏电流转化为特定波长的光信号，并通过所述数据传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；

利用所述宽带光谱信号，将待测泄漏电流转化为特定波长的光信号；

其中，将待测泄漏电流转化为特定波长的光信号可以包括：对泄漏电流进行采集；将采集到的泄漏电流信号转换为特定波长的光信号。

可选的，所述对泄漏电流进行采集包括：

将至少一个绝缘子串，串接在输电线路中，每个所述绝缘子串包括至少一片绝缘子；

将线圈与所述至少一个绝缘子串的最后一片绝缘子并联连接，即将线圈的两端连接在最后一片绝缘子的两端，将最后一片绝缘子短接；

当泄漏电流通过所述线圈时，产生均匀的磁场；

将磁铁固定于所述悬梁臂的一侧，与所述线圈相对放置，当有电流流经所述线圈并产生磁场时，所述磁铁受所述磁场作用，引起所述悬梁臂的形变或振动；

将两个光纤光栅分别放置于所述悬梁臂的两侧，并通过光纤连接至所述光信号接收解调模块；

其中，悬臂梁是一个机械机构，悬臂梁的一端是固定端，通常固定在一个比较厚的底板上。悬臂梁的另外一端是自由端，可以受到外力作用而导致悬臂梁自由端发生弯曲或者拉伸。当悬梁臂发生形变或振动时，光纤光栅的输出波长也将发生偏移，通过测量所述光纤光栅的波长偏移量得到所述泄漏电流数据。

本发明实施例中，将悬臂梁与线圈放在恰当的位置。交变的磁场作用于悬臂梁自由端的磁铁。由于磁场的作用，悬臂梁上的磁铁收到了变化的力的作用，变化的力作用于悬臂梁上，使得悬臂梁上下振动，悬臂梁上的光纤光栅也随着悬臂梁的振动波长偏移量也在不断的发生变化。这样，就达到了将待测的绝缘子串泄漏电流量转化为光纤光栅波长偏移量。

当所述悬梁臂发生形变或振动时，所述光纤光栅的输出波长也将发生偏移，通过测量所述光纤光栅的波长偏移量得到所述泄漏电流数据。

可选的，所述线圈为亥姆赫兹线圈对，当泄漏电流通过所述亥姆赫兹线圈对时，产生均匀的磁场。

步骤3：所述光信号接收解调模块将所接收的特定波长的光信号解调为数字信号上传至数据处理模块；

其中，可以通过光纤光栅信号解调模块，获得从所述光纤光栅返回的光信号的波长偏移量，将所述光信号解调成数字信号。

根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据。

可选地，光纤光栅信号解调模块通过当前已经架设的电力特种光缆，将宽带光信号通过光缆传输到光纤光栅上，由于光纤光栅的本身特性，光纤光栅发生出特定波长的光。特定波长的光又经过光缆传输回光纤光栅信号解调模块，通过光电探测器以及可调谐FP滤波器得到当前返回光的实时波长。光纤光栅数据处理分发模块是将光纤光栅信号解调模块得到的实时波长导入波长偏移量与绝缘子串泄漏电流的数学模型，求解出当前时刻实时的绝缘子串泄漏电流值。

步骤4：所述数据处理模块接收光信号接收解调模块所上送的数字信号，根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流对应关系的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据；

对所述数字信号进行处理，得到实时泄漏电流数据。

可选的，该泄漏电流检测方法还可以包括对所得到的泄漏电流数据进行显示。可以直接显示泄漏电流值，也可以以不同的颜色来标识不同程度的泄漏电流值。

可选的，该泄漏电流检测装置还可以包括当检测到的泄漏电流值达到报警阈值时，输出报警信号。可以发出警报声音，也可以以特定颜色或者光照效果来发出警报信号。所述报警阈值根据绝缘子类型、不同地域环境具体设定，在本申请的实施例中，报警阈值优选为250mA。在实际应用中，光纤光栅的波长偏移量会受到光纤光栅所处温度以及所受应力的变化所影响。在实际应用的基于光纤光栅的测量装置中，除了利用光纤光栅测量各种环境的温度的情况，一般都是将待测物理量通过各种结构转化为光纤光栅所受力的大小。然而在实际的测试中发现，光纤光栅传感器放置的位置温度几乎不可能保持不变，这就导致了不能确定光纤光栅产生的波长偏移量是由于受到待测物理量转化完后的力的作用引起的，还是温度作用引起的。

基于此，本发明采用两个光纤光栅，将这两个光纤光栅贴在悬臂梁的对称的两端，当悬臂梁弯折时，其中一个光纤光栅受到拉伸，另一个光纤光栅受到压缩。整个系统总的波长偏移量是两片光纤光栅的总和且抵消了温度对光纤光栅波长偏移量的影响，从而降低了由于温度而产生的波长偏移量占有的比例，提高了测量的准确度的同时，增大了光纤光栅对于相同作用力下光纤光栅波长偏移量的敏感度。

由于光纤光栅不受强磁场影响，且质量小，灵敏度高、精确度高。通常基于光纤光栅的传感器放置在野外杆塔上，基于光纤光栅的测量装置可以做到无源，不需要供电。需要供电的设备在变电站端。实现了整个光纤无源式绝缘子串泄漏电流不受电磁干扰、不需要供电，且可靠性高。通过本发明实施例给出的方案，能够实时地得到泄漏电流的大小，简单快捷方便，成本低，具有非常好的效果。

图5示出了本发明实施例提供的一种光纤无源式绝缘子串泄漏电流监测系统。由图5可以看出，将光纤无源式绝缘子串泄漏电流测量装置安装在野外的输电线路杆塔上，然后通过特种光缆将光纤无源式绝缘子串泄漏电流测量装置中的光纤光栅光信号进行传输，传输进变电站机房内的FBG信息解调仪，将此时的光纤光栅的中心波长信号解调出来，然后将这一部分数据上传到服务器中。根据服务器中建立的数学模型，利用光纤光栅中心波长信息将此时的杆塔上的绝缘子串泄漏电流计算出来，然后进行存储、分发到各个用户端，并在绝缘子串泄漏电流超过某个阈值的时候，页面进行相应预警。

图6示出了悬梁臂受力变化示意图。悬臂梁是一个机械机构，悬臂梁的一端是固定端，通常固定在一个比较厚的底板上，在本申请中底板的厚度为3-7mm。悬臂梁的另外一端是自由端，可以受到外力作用而导致悬臂梁自由端发生弯曲或者拉伸。在结构力学里，通常将悬臂梁结构进行简化处理。悬臂梁的模型如图6所示。

悬臂梁的长度、宽度、厚度分别为L、W、H,当自由端受到一个作用力F后，悬臂梁自由端发生弯曲，自由端移动的相对位移即自由端的挠度为ω。即可得到悬臂梁上距离固定端距离为x的任意点方程

M(x)＝F(L-x) (6)

M为悬臂梁的弯矩。在悬臂梁是在弹性范围内的细长梁时，可以得到微分方程

式(7)中，E、I分别为悬臂梁所用的材料的杨氏模量和悬臂梁截面的惯性矩。将式(7) 带入(6)后积分后可得

将边界条件x＝0，ω＝0，

代入式(8)、式(9)可得

因此可得悬臂梁的自由端挠度的方程为

悬臂梁横截面上任意点的正应力σ为

式(13)中，z为悬臂梁上的待测点到悬臂梁中轴线之间的距离。对于图6中一般的矩形悬臂梁来说

又根据应变定义式

σ＝Eε (16)

联立式(6)、式(14)、式(15)、式(16)可以得到悬臂梁上任意一点的应变为

图7示出了通电线圈及其轴线上的磁场分布情况示意图。线圈是一个常用于测量电流的一个器件，通常将比较难以测量的电流转化为线圈所产生磁场。线圈通过电流时。在通过线圈圆心并与线圈平面垂直的轴线上磁场的分布情况如图7所示。

根据毕奥-萨伐尔定律，轴线上某点的磁感应强度B为

式(18)中I为通过线圈上的电流值的大小，N为线圈的总匝数，R为线圈的半径，x为轴线上的点到线圈圆心点的距离，μ₀为真空磁导率。易知，在线圈圆心处的磁感应强度B₀为

由式(19)可知，通电线圈外磁场的大小与线圈的半径、线圈的匝数以及电流有关，在选用线圈时必须充分考虑。

在本发明实施例的一个可选的实施方式中，装置还包括：

本发明上述实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于:

(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器1010、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子装置。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

本发明实施例提供一种非易失性计算机可读存储介质，非易失性计算机可读存储介质存储有程序指令，当电子设备执行程序指令时，用于执行上述方法实施例中的方法和步骤。

本发明实施例提供了一种计算机程序产品，其中，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，其中，当程序指令被电子设备执行时，使电子设备执行上述任意方法实施例中的方法。

在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或智能终端设备或处理器(Processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器 (Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (13)

1.一种输电线路泄漏电流检测装置，用于对输电线路的泄漏电流进行检测，其特征在于，所述输电线路泄漏电流检测装置包括：

光信号发射模块，用于输出宽带光谱信号；

数据传输模块，用于将所述宽带光谱信号传输至待测数据采集模块，并且将从所述待测数据采集模块返回的光信号传输至光信号接收解调模块；

待测数据采集模块，利用所述宽带光谱信号，将待测泄漏电流转化为某特定波长的光信号，并通过所述数据传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；

光信号接收解调模块，接收从所述待测数据采集模块返回的光信号，并将所述光信号解调成数字信号；

数据处理模块，对所述数字信号进行处理，得到实时泄漏电流数据。

2.根据权利要求1所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

其中，所述待测数据采集模块包括：

泄漏电流采集子模块，用于对泄漏电流进行采集；

泄漏电流转换子模块，用于将采集到的泄漏电流信号转换为某特定波长的光信号，所述特定波长是指对应泄漏电流转换子模块中光纤光栅的反射中心波长。

3.根据权利要求2所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述泄漏电流采集子模块，包括线圈和至少一个绝缘子串；其中，所述至少一个绝缘子串串接在所述输电线路与杆塔之间，每个所述绝缘子串都包括至少一片绝缘子；其中，所述线圈与所述至少一个绝缘子串的最后一片绝缘子并联连接，即线圈的两端通过引流线将所述最后一片绝缘子短接。

4.根据权利要求3所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述线圈为亥姆赫兹线圈对，当泄漏电流通过所述亥姆赫兹线圈对时，产生均匀的磁场。

5.根据权利要求3或4所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

其中，所述泄漏电流转换子模块，包括悬梁臂、磁铁、以及两个光纤光栅，用于将从所述线圈采集到的泄漏电流信号转换为光信号；

所述悬梁臂的一端固定在一个厚板上，另一端为自由端，在靠近自由端的一侧固定设置一磁铁，所述磁铁背向悬梁臂自由端的一侧与线圈中心轴正对；

在悬梁臂的两侧各贴附一个光纤光栅，当所采集的泄漏电流在线圈中感应出磁场，所述磁铁受所述磁场作用使悬梁臂发生形变或振动时，贴附于其上的光纤光栅的输出波长也将发生偏移，所述光纤光栅将波长偏移量传输至光信号接收解调模块。

6.根据权利要求5所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述悬臂梁上任意一点的应变按以下公式计算：

ε表示应变，L为悬梁臂的长度，W为悬梁臂的宽度，H为悬梁臂的厚度，F为悬梁臂在自由端的作用力值，x悬臂梁上所求应变的位置距离固定端的距离，E为悬臂梁所用的材料的杨氏模量。

7.根据权利要求5所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述两个光纤光栅分别放置于所述悬梁臂的对称的两侧，并通过光纤连接至所述光信号接收解调模块。

8.根据权利要求1或7所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述光信号接收解调模块获得从所述光纤光栅返回的光信号的波长偏移量；对接收到的光信号的波长偏移量解调成数字信号。

9.根据权利要求8所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述数据处理模块接收光信号接收解调模块所上送的数字信号，根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流对应关系的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据。

10.根据权利要求1或9所述的泄漏电流检测装置，其中，所述泄漏电流检测装置还包括：

显示模块，用于对所得到的泄漏电流数据进行显示。

11.根据权利要求10所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述泄漏电流检测装置还包括：报警装置，用于当检测到的泄漏电流值达到报警阈值时，输出报警信号。

12.根据权利要求11所述的泄漏电流检测装置，其特征在于：

所述报警阈值根据绝缘子类型、不同地域环境具体设定，优选250mA。

13.一种基于权利要求1-11任一项权利要求所述泄漏电流检测装置的泄漏电流检测方法，用于对输电线路的泄漏电流进行检测，其特征在于，所述泄漏电流检测方法包括以下步骤：

步骤1：光信号发生模块产生宽带光谱信号，并通过数据传输模块将宽带光谱信号发送至待测数据采集模块；

步骤2：所述待测数据采集模块利用宽带光谱信号将待测输电线路泄漏电流转化为特定波长的光信号，并通过所述数据传输模块，将所述特定波长的光信号传输给光信号接收解调模块；

步骤3：所述光信号接收解调模块将所接收的特定波长的光信号解调为数字信号上传至数据处理模块；

步骤4：所述数据处理模块接收光信号接收解调模块所上送的数字信号，根据所述波长偏移量和绝缘子串泄漏电流对应关系的数学模型，获得实时的绝缘子串泄漏电流数据。

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