CN202494537U

CN202494537U - 一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置

Info

Publication number: CN202494537U
Application number: CN2012200220775U
Authority: CN
Inventors: 肖恺; 刘广贺; 叶青; 蔡海文; 曹进; 朱卫江; 李健威; 赵浩
Original assignee: SHANGHAI SYNETOPTICS TECHNOLOGY CORP; Shanghai Bandweaver Communication Technologies Co ltd; Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: SHANGHAI SYNETOPTICS TECHNOLOGY CORP; Shanghai Bandweaver Communication Technologies Co ltd; Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2022-01-18

Abstract

本实用新型涉及一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，该监测装置包括有光纤光栅应力传感器、通信光纤、光纤光栅解调仪和分析模块，所述的通信光纤设置于架空线的光纤复合相线内，该通信光纤上设有光纤光栅应力传感器，所述的光纤光栅传感器通过通信光纤连接至光纤光栅解调仪上；光纤光栅传感器置于应变连接件内，该应变连接件设置于耐张塔和绝缘子串之间。本实用新型的光纤光栅应力传感器能精确测量应变连接件所受张力，提高了计算架空线的弧垂的准确度。

Description

一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置

技术领域

本实用新型涉及电力监测领域，特别涉及一种架空线的弧垂实时监测装置。

背景技术

随着国民经济的快速增长，我国对电力的需求也急剧增加，作为电网中极其重要的组成部分，高压架空线路运行的安全性越来越受到电力系统运行的关注。其中，高压架空线路的弧垂是线路设计和运行的主要指标，对于高压架空线路的运行安全至关重要。由于线路运行负荷的变化，以及大气温度、风、导线覆冰等周围环境的变化，都会造成线路弧垂的变化，而过大的弧垂不但会带来安全事故的隐患，也限制了线路的输送能力，尤其是在交叉跨越和人口密集地区。因此，对高压架空线路弧垂的巡视和检测就显得尤为重要。但是，随着我国输电线路总长度的不断增长，给线路的巡视和检修等都带来了很大的难度，即使在特定条件下耗费大量的人力物力检测输电线路情况，也难以及时获得或反馈监测数据。

近些年来，一些新建电力线路普遍架设了光纤复合相线光缆，由于其具有传输光信号的光纤通道，因此在线路上安装光纤光栅传感器就显得异常便捷了，并且通过光纤光栅传感器探测线路的温度和应变指标，这使我们能对OPPC的日常运行进行实时监测，对整条线路上的进行全天候的监测，从而可以轻而易举的知道线路运行过程中温度、应力、弧垂及覆冰的变化情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置。本实用新型的监测装置解决了现有技术难以准确测量架空线所受张力的难题，提高了计算架空线的弧垂的准确度。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，该系统包括有光纤光栅应力传感器、通信光纤、光纤光栅解调仪和分析模块，所述的通信光纤设置于架空线的光纤复合相线内，该通信光纤上设有光纤光栅应力传感器，所述的光纤光栅传感器通过通信光纤连接至光纤光栅解调仪上；所述的光纤光栅传感器置于应变连接件内，该应变连接件设置于耐张塔和绝缘子串之间。

在本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置中，所述的光纤光栅解调仪内包括有宽带光源、光纤耦合器、波长检测装置和显示单元，所述的宽带光源连接光纤耦合器，该光纤耦合器还连接有通信光纤和波长检测装置，该波长检测装置内设置有波长检测模块和应力应变转换模块，波长检测装置连接并传输应力应变值至显示单元。

在本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置中，所述的监测系统内还包括有光纤光栅温度补偿传感器，该光纤光栅温度补偿传感器与光纤光栅应力传感器串联地设置于所述的通信光纤上。

在本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置中，所述的应变连接部件包括有应变梁和位于应变梁两侧的两个挂耳，所述应变梁的中部设有受力槽，在受力槽旁设有传感器固定架，该传感器固定架上架设所述的光纤光栅传感器。

在本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置中，在所述的挂耳和应变梁的连接位置处各设有一个护套肩，两个护套肩之间设置有套于应变梁外部的保护套。

在本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置中，在所述护套肩的外侧设有护套栏，该护套栏的外径略大于护套肩的外径且与所述保护套的外径相同。

基于上述技术方案，本实用新型的架空线弧垂实时监测装置在解决架空线弧垂计算方面具有如下技术优点：

1.本实用新型的架空线实时监测装置设计出一个应变连接件代替传统的挂环，并将应变连接件连接于两个U型挂环之间；光纤光栅应力传感器固定于应变连接件的传感器固定架上，用于监测应变连接件上所受的拉力。

2. 本实用新型的架空线弧垂实时监测装置利用光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度补偿传感器的光信号，得到应力连接件所受拉力和温度，并利用内置于光纤光栅解调仪中的分析模块计算架空线的弧垂，具有弧垂计算精确和快速的优点，并且可以做到实时监测。

附图说明

图1是本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置的结构连接示意图。

图2是架空线与耐张塔之间的连接示意图。

图3是本实用新型的实时监测装置中光路连接示意图。

图4是本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置中应力连接件的结构示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本实用新型的架空线弧垂实时监测装置做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解本实用新型的结构组成和工作原理，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1和图3所示，本实用新型用于实时监测架空线弧垂的监测装置在结构上主要包括有光纤光栅应力传感器8、通信光纤7、光纤光栅解调仪3和分析模块。其中，通信光纤7设置于架空线2的光纤复合相线内，该通信光纤7上设有光纤光栅应力传感器8，通信光纤7连接光纤光栅解调仪3，光纤光栅解调仪3连接并输入数据至分析模块，光纤光栅解调仪3位于控制室内，分析模块设置在电脑14中。光纤光栅传感器8通过通信光纤连接至光纤光栅解调仪3上，通信光纤起到信号传导的作用。而光纤光栅传感器8设置于应变连接件4内，该应变连接件4设置于耐张塔1和绝缘子串之间，而绝缘子串则设置在架空线2与耐张塔1连接的一端，所述的应变连接件4一端通过U形挂环连接至架空线上的绝缘子串，另一端通过U形挂环连接耐张塔。

如图2所示，一根架空线2的两端分别通过两个应变连接件4与耐张塔1相连接，通过设置在应变连接件4内的光纤光栅传感器来测知应力应变，通过应力应变与弧垂之间的关系来计算出弧垂值以及其实时变化状态，从而实现本实用新型对架空线弧垂的实时监控。

上述的光纤光栅解调仪3内包括有宽带光源5、光纤耦合器6、波长检测装置18和显示单元11，所述的宽带光源5连接光纤耦合器6，该光纤耦合器6还连接有通信光纤7和波长检测装置10，该波长检测装置10内设置有波长检测模块和应力应变转换模块，波长检测装置连接并输送应力应变值至显示单元11。上述结构如图3所示。这里的光纤光栅解调仪3位于控制室中，并且连接一个电脑14，通过电脑模块来实现的应力应变的转换，电脑14里面的显示器作为显示单元11向用户实时展示数据。由于架空线1非常的长，有时候势必增加至少增加一台电脑15同时进行实时监控。

为了剔除温度在测量过程造成的不良影响，在监测系统内还包括有光纤光栅温度补偿传感器9，该光纤光栅温度补偿传感器9与光纤光栅应力传感器8串联地设置于所述的通信光纤7上。对应于上述的光纤光栅温度补偿传感器8，我们在波长检测装置10内还设置了温度转换模块。该温度转换模块的作用是将温度对此位置处光纤光栅传感器的波长解调出，再将光纤光栅应力传感器所受总波长去除由温度变化产生的波长变化量，即得应力变化产生的应变量。光纤光栅温度补偿传感器9与光纤光栅应力传感器8都放在应变连接件4内。

在本实用新型的架空线弧垂实时监测装置中，如图4所示，所述的应变连接部件4包括有应变梁41和位于应变梁41两侧的两个挂耳42。在应变梁41的中部设有受力槽43，受力槽处在整个应变连接件4中截面积最小的位置，所以在应变连接件4被拉伸时此处单位面积受力最大。由于改变此受力槽的深度可调整截面积，从而调整受力大小，进而调整整个传感单元灵敏度。在受力槽43旁设有传感器固定架44，该传感器固定架44上架设所述的光纤光栅传感器，这里的光纤光栅传感器可以包括有光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度补偿传感器。为了保护光纤光栅传感器，避免外界因素对测量造成不良影响，以确保光纤光栅传感器的正确使用，必须要将光纤光栅传感器包裹起来进行保护，一般是采用圆筒形的保护套来进行保护。为了在应变连接部件4上安装保护套，我们在挂耳42和应变梁41的连接位置处各设有一个护套肩45，两个护套肩45之间设置有套于应变梁41外部的保护套。为了放置保护套向两侧发生移动，我们在护套肩45的外侧设有护套栏46，该护套栏46的外径略大于护套肩45的外径且与所述保护套的外径相同，这样可以确保保护套固定在一定区间而不至于向两侧滑动而露出光纤光栅传感器。

本实用新型的核心是设置了应力应变的测量，利用应力应变与弧垂之间的关系来达到测量弧垂的目的。其测量的原理推导过程如下：

1、应变与弧垂之间的关系

1). 导线比载与应力相关推导

由档内导线水平方向力平衡条件可知, 导线各点处应力水平分量大小相等:

F·cosθ=σS (1)

导线最大的弧垂计算式为：

f=(l/4)(tanθ_A+h/l) (2)

或 f=(l/4)( tanθ_B+h/l) (3)

将无冰导线悬点倾角θ_A0或θ_A0，档距l、悬点高差h、无冰导线横截面积S0代入以上公式，得无冰导线最大弧垂f₀、最低点水平应力σ₀。

再由悬点不等高导线最大弧垂悬链式方程：

f=lg²/8σcosφ （4）

求解无冰导线比载g₀。

同理求解覆冰导线最大弧垂f₁代入（4）式，得覆冰导线比载与最低点水平应力之比g₁/σ₁，记为H，同理，无冰导线g₀/σ₀记为H₀，等效代入以下算法进行推导。

2).求解导线实际线长及等效线长

孤立档等效档距为：

Figure 2012200220775100002DEST_PATH_IMAGE002

（5）

根据导线档内实际线长悬链式方程：

Figure 2012200220775100002DEST_PATH_IMAGE004

（6）

得等效线长悬链式方程：

Figure 2012200220775100002DEST_PATH_IMAGE006

（7）

（6）、（7）两式经H等效代入分别变换为：

Figure 2012200220775100002DEST_PATH_IMAGE008

（8）

Figure 2012200220775100002DEST_PATH_IMAGE010

（9）

求解无冰导线线长L₀、覆冰导线线长L及等效线长L’。

经弧垂监测系统来监测到的耐张塔和绝缘子串之间连接点应力，实时的通过通信光缆传输到放置于控制室内的光纤光栅解调仪中，光纤光栅解调仪可将此处应力计算出，根据上述计算公式，可同时动态计算这一弧垂计所监测的一段导线的弧垂数据。将此数据与所预定的阈值相比较，若超过阈值则触发报警。这样，可以通过在上述监测系统内增加报警装置来实现弧垂超过危险值时的报警，以便采取措施来实现架空线弧垂的实时监测，确保电力输送的安全。本实用新型的光纤光栅应力传感器能精确测量位于两个U型挂环之间的应变连接件所受张力，提高了计算架空线的弧垂的准确度。

毫无疑问，本实用新型的架空线弧垂实时监测装置除了上述结构描述以外，还包括其他结构形式和连接方式，并不局限于上述实施例。总而言之，本实用新型的保护内容还包括其他对于本领域技术人员而言显而易见的变换和替代。

Claims

1.一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，该监测装置包括有光纤光栅应力传感器、通信光纤、光纤光栅解调仪和分析模块，所述的通信光纤设置于架空线的光纤复合相线内，该通信光纤上设有光纤光栅应力传感器，所述的光纤光栅传感器通过通信光纤连接至光纤光栅解调仪上；所述的光纤光栅传感器置于应变连接件内，该应变连接件设置于耐张塔和绝缘子串之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，所述的光纤光栅解调仪内包括有宽带光源、光纤耦合器、波长检测装置和显示单元，所述的宽带光源连接光纤耦合器，该光纤耦合器还连接有通信光纤和波长检测装置，该波长检测装置内设置有波长检测模块和应力应变转换模块，波长检测装置连接并传输应力应变值至显示单元。

3.根据权利要求1所述的一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，所述的监测系统内还包括有光纤光栅温度补偿传感器，该光纤光栅温度补偿传感器与光纤光栅应力传感器串联地设置于所述的通信光纤上。

4.根据权利要求1所述的一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，所述的应变连接部件包括有应变梁和位于应变梁两侧的两个挂耳，所述应变梁的中部设有受力槽，在受力槽旁设有传感器固定架，该传感器固定架上架设所述的光纤光栅传感器。

5.根据权利要求4所述的一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，在所述的挂耳和应变梁的连接位置处各设有一个护套肩，两个护套肩之间设置有套于应变梁外部的保护套。

6.根据权利要求5所述的一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，在所述护套肩的外侧设有护套栏，该护套栏的外径略大于护套肩的外径且与所述保护套的外径相同。

7.根据权利要求2所述的一种用于实时监测架空线弧垂的监测装置，其特征在于，所述的光纤光栅解调仪连接的还有报警装置。