CN111967730A - 一种基于输电线路寿命的评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于输电线路寿命的评估系统，通过主成份分析法求出各个主成份的特征值、方差贡献率及累积贡献率，建立老化评估模型，计算出OPGW光缆实际老化程度值。本发明通过OPGW光缆老化评估模型，实现了OPGW光缆的各项关键参量实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅应用技术领域，具体而言，涉及一种基于输电 线路寿命的评估系统。
背景技术
随着全球资源环境压力的不断增大、电力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，建设更加安全、可靠、环 保、经济的电力系统成为全球电力行业的共同目标。国家电网公司(以 下简称公司)根据国际国内发展趋势，提出建设以统一规划、统一标准、 统一建设为原则，以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网。
随着坚强智能电网建设的全面展开，公司信息化、管理智能化、决 策科学化建设得到全面提升。电网生产调度业务、公司信息管理业务、 通信智能化水平呈现出新的特征。公司发展战略的实施对通信网的安全 性、可靠性和经济性提出更高要求。OPGW光缆作为电力通信网的重要 构成部分，对智能电网的有效运行起到不可替代的支撑作用，因此，对OPGW光缆的可靠性与经济性提出了更高的要求。
我国已建成全世界规模最大的电力专用光纤通信网络，其中，公司 直供直管县级及以上OPGW光缆长度已超过400000千米，OPGW光缆的 使用量已居世界前列。OPGW光缆的应用将进一步大规模增加，其在电 力通信网建设中的主导作用将越来越显著。由于我国的OPGW光缆应用 环境比较恶劣复杂，存在多雷暴、重覆冰地区等，受其影响，OPGW光 缆因雷击、覆冰、电力系统过电压、外力破坏以及工程施工不当、接线 方式不科学而遗留的安全隐患，从而极易造成OPGW光缆故障，大大降 低OPGW的实际寿命。
因此，目前急需一种全面正确认识OPGW光缆老化机理，动态监测OPGW光缆的各项参量、对OPGW光缆寿命做出实时评估的系统，对于确 保电网安全、优质、经济、环保、安全有效的运行具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于输电线路寿命的评估系统，能够解 决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下：
根据本发明的具体实施方式，第一方面，本发明提供一种基于输电 线路寿命的评估系统，包括：
综合处理单元、传感单元、OPGW光缆和杆塔，
所述综合处理单元，通过所述杆塔上的所述OPGW光缆与所述传感 单元相连，所述综合处理单元包括：解调单元、评估单元和监测设备； 所述解调单元，依次与所述评估单元和所述监测设备相连，用于解调出 主成分的值的变化引起第一测量范围参数和第二测量范围参数变化后的 参数值；
其中，所述主成分包括：温度、应变、舞动、衰减；第一测量范围 参数包括：第一测量参数，第二测量范围参数包括：第二测量参数、第 三测量参数和第四测量参数；
所述评估单元，用于接收所述解调单元解调出的所述主成分的值变 化后的参数值，并对所述参数值进行处理；
所述传感单元包括：分立式传感单元和分布式传感单元；
其中，所述分立式传感单元，位于相邻两个杆塔上，依次与所述分 布式传感单元、所述解调单元和评估单元相连；
所述分立式传感单元，用于感知引起第一测量范围参数变化的第一 组环境参数的变化，并以光信号的形式反馈给所述解调单元；
所述分布式传感单元，位于所述OPGW光缆内,用于感知引起第二测 量范围参数变化的第二组环境参数的变化，并以光信号的形式反馈给所 述解调单元，其中，第一组环境参数包括：第一环境参数和第二组环境 参数包括：第二环境参数、第三环境参数第四环境参数和第五环境参数。
可选的，所述评估单元，用于接收所述解调单元解调出的所述主成 分的值变化后的参数值，并对所述参数值进行处理，包括:
基于所述主成分的值变化后的参数值、求得所述主成分对应的权重， 基于所述主成分对应的权重和所述主成分对应的老化程度的值，构建输 电线路寿命评估模型；
所述输电线路寿命评估模型对所述主成分对应的权重和所述主成分 对应的老化程度的值进行相对应关系的计算，获得OPGW光缆实际老化 程度值；
所述评估单元将所述OPGW光缆实际老化程度值，发送至变电站的 所述监测设备。
可选的，基于所述主成分的值变化后的参数值、求得所述主成分对 应的权重，基于所述主成分对应的权重和所述主成分对应的老化程度的 值，构建输电线路寿命评估模型，包括：
通过主成份分析法求出各个主成份的特征值、方差贡献率及累积贡 献率；
通过所述各个主成份的特征值、方差贡献率及累积贡献率建立输电 线路寿命评估模型。
可选的，所述输电线路寿命评估模型对所述主成分对应的权重和所 述主成分对应的老化程度的值进行相对应关系的计算，获得OPGW光缆 实际老化程度值，包括：
取所述每个主成份的方差贡献率作为相应权重系数的值的大小，再 通过因子载荷矩阵及因子方差极大正交旋转矩阵确定各权重系数的正、 负号，获得权重系数；
将所述每个主成分的权重系数与相应主成分老化程度的乘积加和， 得到OPGW光缆实际老化程度值。
可选的，所述OPGW光缆实际老化程度值满足如下计算关系：
Z＝W1Z1+W2Z2+W3Z3+W4Z4
其中，变化后的温度、变化后的应变、变化后的舞动、变化后的衰 减的权重系数分别为W1、W2、W3、W4，各温度、应变、舞动、衰减对应 的老化程度的值分别为Z1、Z2、Z3、Z4，OPGW光缆实际老化程度值为Z。
可选的，所述评估单元将所述OPGW光缆实际老化程度值，发送至 变电站的所述监测设备之后，还包括：
所述监测设备对OPGW光缆老化状态的结果进行显示。
可选的，所述主成分的选取，包括：
任意分别选取3个参数、4个参数、5个参数分别标为第一组、第 二组、第三组；
分别对第一组、第二组、第三组作χ2检验之后，选取温度、应变、 舞动、衰减作为主成分。
可选的，所述解调单元，包括：光纤光栅解调单元、分布式光纤传 感解调单元、布里渊分布式解调单元，
所述光纤光栅解调单元，与所述分布式光纤传感解调单元和所述布 里渊分布式解调单元相互独立，用于解调所述第一测量范围参数变化后 的参数值；
所述分布式光纤传感解调单元，用于解调所述第二测量参数变化后 的参数值和所述第三测量参数参数变化后的参数值；
所述布里渊分布式解调单元，用于解调所述第四测量参数变化后的 参数值。
本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：
本发明通过光纤传感方式对OPGW光缆应变、OPGW光缆温度、OPGW 光缆舞动、OPGW光缆衰减等各项OPGW光缆老化关键参数实时测量并形 成OPGW光缆老化评估模型，实现在网运行的OPGW光缆的各项关键参量 实时监测；本发明能够及时发现线路上发生的故障和存在的隐患，便于 采取必要的维护措施，确保线路安全、稳定运行。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合 本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的基于输电线路寿命的评估系统的示 意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图 对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一 部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都 属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的， 而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单 数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文 清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象 的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单 独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字 符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三 等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将…… 区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以 被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为 “在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类 似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事 件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在 涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包 括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这 种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包 括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
如图1所示，本发明提供的一种基于输电线路寿命的评估系统，整 个系统包括：综合处理单元11、传感单元1、OPGW光缆14和杆塔12；
其中，综合处理单元11，通过所述杆塔12上的OPGW光缆14与所 述传感单元1相连，综合处理单元11包括：解调单元10、评估单元8 和监测设备9；
其中，解调单元10依次与评估单元8和监测设备9相连；其中， 整个系统还包括接续盒13，杆塔之间通过OPGW光缆上的接续盒13相 连；其中，OPGW，全拼为Optical FiberComposite Overhead Ground Wire，也称光纤复合架空地线。
由解调单元10发出光传到传感单元1，当传感单元1感知引起测 量范围参数变化的环境参数的变化时，便以光信号的形式反馈给解调单 元10，解调单元10会解调出测量范围参数变化后的参数值，并基于测 量范围参数变化后的参数值，由评估单元根据相应关系求得引起相应测 量范围参数变化的环境参数变化后的参数值、在环境参数选取四个作为主成分，将求得的变化后的主成分的值对应的权重(以下简称主成分对 应的权重)和主成分对应的老化程度的值构建输电线路寿命评估模型， 由输电线路寿命评估模型经过评估单元8，计算得出OPGW光缆14实际 老化程度值，再将OPGW光缆14实际老化程度值传输至监测设备9显示。
其中，测量范围参数包括：波长、光强、相位和频移；环境参数包 括：温度、衰减、舞动、应变、湿度等；其中，主成分的选取,是在环 境参数温度、应变、舞动、衰减和湿度中任意分别选取3个参数、4个 参数、5个参数分别标为第一组、第二组、第三组；分别对第一组、第二组、第三组作χ2检验之后，选取效果最明显的温度、应变、舞动、 衰减作为主成分。其中,χ2检验即卡方检验,就是统计样本的实际观测 值与理论推断值之间的偏离程度，实际观测值与理论推断值之间的偏离 程度就决定卡方值的大小，如果卡方值越大，二者偏差程度越大；反之， 二者偏差越小；若两个值完全相等时，卡方值就为0，表明理论值完全 符合。其中，衰减是指光在光纤传输过程中的损耗,光在光纤中利用全 反射原理进行传输,但是性能再优秀的光纤在光全反射时候都有一小部 分折射出去，传输长度越长,全反射次数越多,损耗也越明显。
解调单元10用于解调出主成分变化后的参数值，解调单元，包括： 光纤光栅解调单元5、分布式光纤传感解调单元6、布里渊分布式解调 单元7，其中，光纤光栅解调单元5、分布式光纤传感解调单元6和布 里渊分布式解调单元7呈并联形式排列并相互独立；
其中,分布式光纤传感解调单元6包括：OTDR和DAS两部分，OTDR， 全拼为OpticalTime Domain Reflectometer，即光时域反射仪；DAS, 全拼为Distributed fiberAcoustic Sensing，即分布式光纤声波传 感技术。
传感单元1包括：分立式传感单元2和3、分布式传感单元4；
分立式传感单元2和3分别位于相邻两个杆塔上,每两个杆塔间距 约为50m，通过OPGW光缆接续盒相连，分立式传感单元2和3依次与 分布式传感单元4、光纤光栅解调单元5和评估单元8相连，分立式传 感单元2和3将感受到的引起中心波长变化的温度的变化以光信号的方 式反馈给光纤光栅解调单元5，由光纤光栅解调单元5解调出变化后的 温度值。
其中,分立式传感单元2分立式传感单元3分别位于两个相邻的杆 塔上,分立式传感单元3所在杆塔较分立式传感单元2所在杆塔距离综 合处理单元近些。
其中，以上描述只是为说明两种传感单元的位置关系，而不对该位 置关系做唯一的限定，两种传感单元的位置关系和杆塔数量视具体情况 而灵活确定。
分布式传感单元4,位于OPGW光缆内,依次与分布式光纤传感解调 单元6和评估单元8相连，分布式传感单元4将感受到的引起光强变化 的衰减程度的变化以光信号的方式反馈给分布式光纤传感解调单元6， 由分布式光纤传感解调单元6解调出变化后的衰减值(单位是分贝/千 米(dB/km)；
其中，OPGW光缆内包含若干根光纤，分布式传感单元4是OPGW光 缆内其中的一根光纤，它贯穿于OPGW光缆且与综合处理单元相连；
其中，衰减是指光在光纤传输过程中的损耗；
分布式传感单元4将感受到的引起振幅和频率的变化的舞动的变化 以光信号的方式反馈给分布式光纤传感解调单元6，由分布式光纤传感 解调单元6解调出变化后的振幅值和频率值；
其中，振幅和频率是舞动的体现。
分布式传感单元4依次与布里渊分布式解调单元7和评估单元8相 连，并将感受到的引起频移变化的应变的变化以光信号的方式反馈给光 纤光栅解调单元5，由布里渊分布式解调单元7解调出变化后的应变值。 对解调出的变化后的温度值、舞动的值(即振幅值、频率值和相位值)、 衰减值和应变值分别求方差贡献率,并将各个方差贡献率分别作为相应权 重系数的绝对值，再由因子载荷矩阵及因子方差极大正交旋转矩阵确定 各权重系数的正、负号，即获得权重系数W1、W2、W3和W4的值分别为 0.1、0.3、0.2和0.4。将W1、W2、W3和W4作为输入数据建立评估单元8 中的老化评估模型，老化评估模型将各个主成分在OPGW光缆14中老化 程度中的占比与相应权重系数相乘得到相应主成分的老化程度值，再将 各个主成分的老化程度值进行相加，即获得OPGW光缆14实际老化程度。 当各个主成分在OPGW光缆14中老化程度中的占比Z1、Z2、Z3和Z4分别为 10％,30％,30％,20％时，OPGW光缆实际老化程度为Z满足如下关系式：Z＝ W1Z1+W2Z2+W3Z3+W4Z4。
本发明，通过光纤传感方式对OPGW光缆应变、OPGW光缆温度、 OPGW光缆舞动、OPGW光缆衰减等各项OPGW光缆老化关键参数实时测量 并形成OPGW光缆老化评估模型，对实现在网运行的OPGW光缆的各项关 键参量实时监测；
本发明能够及时发现线路上发生的故障和存在的隐患，便于采取必 要的维护措施，确保线路安全、稳定运行。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案 进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。
Claims (8)
1.一种基于输电线路寿命的评估系统，其特征在于，包括：综合处理单元、传感单元、OPGW光缆和杆塔，
所述综合处理单元，通过所述杆塔上的所述OPGW光缆与所述传感单元相连，所述综合处理单元包括：解调单元、评估单元和监测设备；所述解调单元，依次与所述评估单元和所述监测设备相连，用于解调出主成分的值的变化引起第一测量范围参数和第二测量范围参数变化后的参数值；其中，所述主成分包括：温度、应变、舞动、衰减；第一测量范围参数包括：第一测量参数，第二测量范围参数包括：第二测量参数、第三测量参数和第四测量参数；所述评估单元，用于接收所述解调单元解调出的所述主成分的值变化后的参数值，并对所述参数值进行处理；
所述传感单元包括：分立式传感单元和分布式传感单元；其中，所述分立式传感单元，位于第相邻两个杆塔上，依次与所述分布式传感单元、所述解调单元和评估单元相连；
所述分立式传感单元，用于感知引起第一测量范围参数变化的第一组环境参数的变化，并以光信号的形式反馈给所述解调单元；所述分布式传感单元，位于所述OPGW光缆内，用于感知引起第二测量范围参数变化的第二组环境参数的变化，并以光信号的形式反馈给所述解调单元，其中，第一组环境参数包括：第一环境参数和第二组环境参数包括：第二环境参数、第三环境参数第四环境参数和第五环境参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述评估单元，用于接收所述解调单元解调出的所述主成分的值变化后的参数值，并对所述参数值进行处理，包括:
基于所述主成分的值变化后的参数值、求得所述主成分对应的权重，基于所述主成分对应的权重和所述主成分对应的老化程度的值，构建输电线路寿命评估模型；
所述输电线路寿命评估模型对所述主成分对应的权重和所述主成分对应的老化程度的值进行相对应关系的计算，获得OPGW光缆实际老化程度值；
所述评估单元将所述OPGW光缆实际老化程度值，发送至变电站的所述监测设备。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，基于所述主成分的值变化后的参数值、求得所述主成分对应的权重，基于所述主成分对应的权重和所述主成分对应的老化程度的值，构建输电线路寿命评估模型，包括：
通过主成份分析法求出各个主成份的特征值、方差贡献率及累积贡献率；
通过所述各个主成份的特征值、方差贡献率及累积贡献率建立输电线路寿命评估模型。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输电线路寿命评估模型对所述主成分对应的权重和所述主成分对应的老化程度的值进行相对应关系的计算，获得OPGW光缆实际老化程度值，包括：
取所述每个主成份的方差贡献率作为相应权重系数的值的大小，再通过因子载荷矩阵及因子方差极大正交旋转矩阵确定各权重系数的正、负号，获得权重系数；
将所述每个主成分的权重系数与相应主成分老化程度的乘积加和，得到OPGW光缆实际老化程度值。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述OPGW光缆实际老化程度值满足如下计算关系：
Z＝W1Z1+W2Z2+W3Z3+W4Z4
其中，变化后的温度、变化后的应变、变化后的舞动、变化后的衰减的权重系数分别为W1、W2、W3、W4，各温度、应变、舞动、衰减对应的老化程度的值分别为Z1、Z2、Z3、Z4，OPGW光缆实际老化程度值为Z。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述评估单元将所述OPGW光缆实际老化程度值，发送至变电站的所述监测设备之后，还包括：
所述监测设备对OPGW光缆老化状态的结果进行显示。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主成分的选取，包括：
任意分别选取3个参数、4个参数、5个参数分别标为第一组、第二组、第三组；
分别对第一组、第二组、第三组作χ2检验之后，选取温度、应变、舞动、衰减作为主成分。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述解调单元，包括：光纤光栅解调单元、分布式光纤传感解调单元、布里渊分布式解调单元，
所述光纤光栅解调单元，与所述分布式光纤传感解调单元和所述布里渊分布式解调单元相互独立，用于解调所述第一测量范围参数变化后的参数值；
所述分布式光纤传感解调单元，用于解调所述第二测量参数变化后的参数值和所述第三测量参数参数变化后的参数值；
所述布里渊分布式解调单元，用于解调所述第四测量参数变化后的参数值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010737641.0A CN111967730A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 一种基于输电线路寿命的评估系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010737641.0A CN111967730A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 一种基于输电线路寿命的评估系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111967730A true CN111967730A (zh) | 2020-11-20 |
Family
ID=73362870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010737641.0A Pending CN111967730A (zh) | 2020-07-28 | 2020-07-28 | 一种基于输电线路寿命的评估系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111967730A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113267149A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-08-17 | 广东电网有限责任公司 | 一种等值覆冰厚度测量系统及方法 |
-
2020
- 2020-07-28 CN CN202010737641.0A patent/CN111967730A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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