基于光纤传感技术的输电线路在线监测技术的研究

工业技术与实践　基于光纤传感技术的输电线路在线监测技术的研究　ＲＥＳＥ＿ＡＲＣＨ　ＯＮ　ＯＮ　ＬＩＮＥ　ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ　ＬＩＮＥ　ＢＡＳＥＤ　ＯＮ　ＯＰＴＩＣＡＬ　ＦＩＢＥＲ　ＳＥＮＳｌＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ　国网浙江省电力公司宁波供电公司俞佳捷吴忠平吴笑　标、重复性、稳定性、工程适用性满足要求，如重复性与稳定・Ｉ生　就应该在１％。（２）双波长矩阵法。双波长矩阵法可以分为温度参　考光栅法、双光栅法等，如果采用双光栅法，那么需要对两个波　长之间的灵敏度与精度进行控制，可以利用两个波长检测装置与　光源装置【＿】。（３）双参量法。双参量法是将一个其他和温度、应力　中图分类号：ＴＢ４７２文献标识码：Ａ　文章编码：１　６７２—７０５３（２０１　７）１　０—０１　３３—０２　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｆｏｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｆｂｅｒ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｒｏｓｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｔｈｅｔａｐｅｒｅｄｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｔｏ　ｍａｋｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｓｏｍｅ　Ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　摘要：基于光纤传感器技术的输电线路在线监测技术中具有良好的发展前景。　本文首先对光纤光栅传感器设计中的性能、温度应力交叉以及系统结构进行分　析，然后对锥形光纤传感器的设计做出探究，结合研究结果，提出几点能够让　输电线路在线监测中光纤传感技术得以实现的方法。　关键词：光纤传感技术；在线检测技术；检测软件需求　成线性关系的参量与光纤光栅进行结合，共同组成矩阵方程的方　法，通过方程求解，可以得到应力值与温度值。　１．３光纤传感器系统结构　在设计光纤光栅传感器时，其系统结构主要包含了光纤复合　架空地线／相线、在变电站内部的光谱解调仪、ＦＢＧ传感以及相　关监控软件。其中ＦＢＧ传感器需要安装在杆塔上，利用解调仪　可以对光纤光栅返回的布拉格波长予以接收，并利用输电线路光　缆可以完成数据的传输工作。　ｌｉｎｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｃｈｎｏｌｅｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＯＤ妇ｆ　ｉｆｂｅｒ　ｓｎｓ￣ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｏｎ　ｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃ￣ｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ；Ｄｅｔｏｅｃｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｒｅｑｕｉｅｍｅｎｔｒｓ　２锥形光纤传感器设计　２．１锥形光纤传感器解决交叉敏感　在光纤光栅中，一旦有光摄入，就会出现反射，并形成特定　波长的反射光线，根据耦合理论，中心反射波长射出，其与反射　光纤传感技术的快速发展是在２０世纪７Ｏ年代，这种技术的　波长原路返回，因此会出现光纤光栅的交叉敏感，最终影响温度　载体是光波，媒质是光纤，它是一种能够对信号进行感知与传输　环境和应力。为了解决这一现象，需要借助两个光纤光栅，通过　的新型传感技术，可以将其分为两种类型，即准分布式传感技术　制作，使其形成均匀的锥形形状，从而使线性蚀刻ＦＢＧ会受到　与光纤传感技术。在输电线路中，因为有源电子设备传感器的发　应力作用而发生改变，并连同光栅周期一同沿Ｚ轴呈现线性增大。　展受到电磁干扰以及电源问题的制约，因此，基于光纤传感技术　通过公式推导可以了解到，锥形的光纤光栅所具有的反射波长与　的相应设备成为了研究热点。　其所具有的应力具有线性相关关系，因此在当应力和温度达到传　１光纤光栅传感器设计　１．１光纤光栅性能分析　经过耦合器，一束极光会射入单模光纤，经过光纤光栅会返　感器时，光纤波长可以表示为布拉格波长温度和应力之间的敏感　系数。　２．２锥形光纤在输电线路监测中的应用　在锥形光纤的实际应用中，锥形光纤能够实现对输电线路覆　回特定波长，其他波长光会投射出去，利用光谱调解仪可以观察　冰、输电线路舞动和微风振动、输电线路的杆塔倾斜的检测，因　到反射回波长进而完成波长变化的监测工作。如果外界环境温度　此在具体的输电线路监测过程当中，输电线路应当充分借鉴以往　和应力发生改变，那么光纤光栅的光栅周期也会随之变化，同时　ＦＧＢ传感器在其他领域设计和安装的宝贵经验，通过光缆熔接或　发生变化的还有有效折射率，但其变化相对较小。对于温度与应　光缆保护等方法实现覆冰、舞动、倾斜等的检测能力，从而完成　力变化量来说，光纤光栅可以对其进行直接反应。　硬件方面的布设。本文在进行布设中，将ＦＧＢ覆冰传感器布设　１．２光纤光栅温度应力交叉　在杆塔的顶端，并利用ＡＤＳＳ和光纤复合架空线路共同与ＦＧＢ　光纤光栅传感器存在温度应力交叉敏感问题，对其进行解决　舞动传感器相连接。而杆塔倾角传感器则布置在杆塔中杆上部，　时，可采用三种方法：（１）温度补偿法。温度补偿法的使用相对广　与ＯＰＧＷ光缆接线盒相连接。而光缆接线盒则通过光纤解调仪　　泛，其原理主要是利用一些手段将反射波长受到的温度影响予以　连接到监控中心，完成传感监控数据的传输。３　ＢＯＴＤＲ技术　剔除，保留应力变化，如将光纤光栅用负温度膨胀系数材料封装　２．等，如果采用这种方法，那么需要光纤传感器在设计时的性能指　作者简介　俞佳捷／１９８６年生／男／浙江宁波人／硕士／工程师／研究方向为电力通信（浙江宁波３１５０４８）　ＢＯＴＤＲ技术即布里渊散射技术，是目前光纤传感器分布式　ＮＤＵＳＴＲＩＡＬ　ＤＥＳＩＧＮ工业设计／１　３３　工，＿ＥＫＥ术与实践　设计的重要理论基础，在不均匀的介质当中，光的传播会出现散　判断出传感器所面对的真实环境【３】。例如在对覆冰情况进行传输　射现象，而频率和强度都会发生变化，在光纤材料当中，声速　时，传感器就会想覆冰情况生成数据传输到接收模块当中，接收　在受到热光特性与谭光特１生影响下会使布里渊频移和强度发生改　模块通过对数据的解析，了解到覆冰质量和覆冰厚度，最终存档　变，同时温度和湿度都会发生变化。基于这一特点，耦合器在接　作为历史数据。　收激光器和传感光之后，会形成检测单来反应二者所带来的变化，　３．４系统管理模块　从而在温度和应变的影响下借助脉冲测定完成分布温度和应变的　测量。　３　系统管理模块主要负责对数据信息的存储和回传进行管理，　在管理模块中　管理者登录进管理界面，可以对传感器信息、线　路信息、传感器监测情况进行查看，并对所需要的历史数据进行　调阅。在管理过程中，管理人员能够在模块中，直接对传感器和　线路的参量进行操作，从而完成添加、修改、删除。为了保证数　３．１监测软件需求分析　对于输电线路进行在线监测的目的是为了对输电线路的运行　据库信息显示具有及时性，管理模块的设计应当保证线路和传感　状况进行实Ｂ－，Ｊ￣Ｕ量，从而避免在运行过程中遭受到线路覆冰和杆　塔倾斜的危害。以往的电信号传感器在使用过程中，一旦受到强　电磁干扰，就会出现信号丢失造成参量无法实现监测的精准，为　了解决这一问题，需要借助能够克服这些缺点的锥形光纤传感器　来实现参量的精准测量。在输电线路当中，线路受到覆冰、振动、　舞动、倾斜等恶劣的自然情况，会出现线路设施的损坏，影响输　电效率和输电质量，因此在利用锥形光纤传感器进行监测软件设　计时，应当根据监测要求，实现数据同步和存储算法分析，同时　还应该具备用户管理和历史数据生成，从而在监测过程中能够对　线路威胁起到预防作用。因此，为了实现监测功能，软件可以根　据需要分为四大功能模块，每个功能模块负担不同的功能任务。　最终构成对整个输电线路的监测。　３．２用户管理模块　用户管理模块是锥形光纤传感器在线监测软件中第一大功能　模块，其主要目的是为了实现用户的身份信息识别和权限管理　。　在模块当中，用户登录到监控软件系统需要具备基本的用户个人　信息，如登录名和密码等，普通用户通过登录名和密码进行登录，　管理员用户则需要通过管理员用户名和管理员密码进行登录，从　而使系统根据不同的身份验证来授予不同的管理权限。用户权限　是软件系统当中的重要管理手段，系统通过身份和权限将用户区　分为普通用户和管理用户，在管理用户当中又可以根据具体的身　份信息区分普通管理和高级管理，从而在一定程度上防止了操作　失误，例如普通管理者在没有用户身份和权限区分的情况下进入　到监测参量设置的界面当中，很容易因其本身不具有管理能力而　出现严重的误操作，最终导致删除掉类似于传感器或者导线等重　要信息。因此需要通过身份识别和权限授予来进行管理身份的区　隔，对于高级管理用户，才能够开放全部权限。　３．３信号接收模块　信号接收模块主要负责光纤传感器实时监控的数据信号接收　和信号处理。其中信号接收需要经过中间设备光纤解调仪将传感　器所形成的监控数据进行转换，并利用解调仪自身具备的通信协　议，完成与计算机终端和软件系统端的对接，最终实现数据的传　递和接收。监测软件需要借助接收模块来对固定地址所发出的数　据进行套接字接收，并需要对数据情况进行检测，从而保证数据　的速率、实时性和完整性达到标准要求。数据信号的分析则需要　利用信号解析处理来完成，在模块终端接收到信号之后，需要对　传感器信号进行整理并存储，并对各种信号数据进行关联性的分　析，最后将信号数据与信号数据之间存在的联系进行揭示，从而　１３４／工业设计ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ　ＤＥＳＩＧＮ　器之间拥有严格的对应关系逻辑，避免出现错误和　＇，ＥＥｌ乱。在软件　编写过程中，软件编写者需要考虑两个方面的内容。首先信息管　理应当具备原子性强和独立性强的特点，作为基础数据平台，编　写软件应该通过基础数据的ｆＤ字段建立索引方式，从而使管理　人员能够更加轻松地对所需要获取的内容进行查阅；其次，数据　库中的数据部分是管理用户十分关心的，而有些数据则是管理用　户并不关心的，因此在软件设计过程中，这部分信息数据则可以　不进行显示。此外，在传感器回传数据的管理过程中，管理模块　要能够对数据进行存储和调用，以传感器测量到的杆塔信息为例，　在系统当中，就需要管理模块完成对各个时期的杆塔形态的存储，　并根据其变化规律进行图形显示，实时显示在表盘之上。　３．５信息显示模块　信息显示设计时系统与管理人员进行接触的桥梁，信息显示　的设计需要简洁、美观、人性化。首先，对于表盘的设计，应当　避免长时间使用对人体所造成的疲劳，颜色的选择和使用可以使　用淡色色调，颜色种类以少为宜，不能存在巨大的色彩反差，避　免产生视觉误差；界面的排版要保证简洁，各项目之间的距离应　当适当，按照功能的不同可以进行区域的划分，使用户能够准确　选种所需要进行操作的内容；监控中心的管理可以采用树形图进　行显示，从而更加清晰地展示系统所管辖的各种线路，并能够准　确体现各个杆塔；数据实时显示界面则应当按照接受数据的不同　来进行表盘显示，表盘需要能够完成数据的实施刷新，从而保证　数据具有时效性。　４结论　综上所述，结合光纤光栅传感器的设计、锥形光纤传感器的　设计，对监测软件需求进行分析，通过建立用户接收模块、信号　接受模块、系统管理模块和信息显示模块可以让输电线路在线检　测中光纤传感技术得到应用，进而使得输电线路的运行更为可靠。　参考文献　…李立涅，阳林，郝艳捧架空输电线路覆冰在线监测技术评述［Ｊ】电网技术，２０１２，　３６（０２１：２３７－２４３．　［２］肖渊，马龙涛，黄新波输电线路导线舞动在线监测技术研究现状＿Ｊ］机电一体化，　２０１４，ｆ０６）：１１—１５＋２１．　［３Ｊ曹永兴，张昌华，黄琦．输电线路覆冰在线监测及预警技术的国Ｆｇ￣Ｉ＂研究现状＿Ｊ】ｌ华东电　力，２０１１，３９（０１）：９６—９９