基于融合型分布式光纤传感的输电线覆冰舞动监测

作     者：刘品一 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张旭苹;张益昕

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：融合型分布式光纤传感 输电线路 覆冰舞动 

摘      要：电网对于国家发展至关重要,然而输电过程中由于沿途环境复杂,易遭受自然灾害发生损毁,其中以水汽或水滴凝结在输电线上形成的覆冰现象以及不均匀覆冰的输电线在风激励下形成的舞动现象最为常见,且危害最大。但是传统的电学覆冰舞动检测技术具有成本高、无法完全覆盖电网、高压环境下工作不稳定、供电困难等不足。而全分布式光纤传感技术把整条光纤作为传感单元,凭借其良好的抗干扰性、全分布式、无源性等特点可以克服以上不足。目前在电网中分布式光纤传感技术的应用仍存在三个问题:一是频谱拟合数-据量大耗时多,从而不能实现实时测量。二是缺少输电线实际环境中的温度应变分离系数。如果直接使用实验室中的分离系数,会造成分离后精度严重下降。三是因为覆冰舞动是由温度、湿度、地理环境等因素共同造成的,若只采用单一参量对覆冰舞动事件进行监测,只能反应一种因素,所以常常伴随有高漏报率。不仅难以实现对潜在事故的预警,而且给工程应用推广带来困难。针对上述问题,采用融合型分布式光纤传感系统进行多参量监测。在频谱拟合过程中本文设计了一种快速寻峰算法。选取峰值附近的点进行基于最小二乘拟合的多项式拟合,得到方程后,根据系数求得频移和峰值功率。该算法在相同精度下,速度提高一倍,从而保证监测的实时性。提出了一种现场标定布里渊温度应变系数的方法实现温度和应变的精准分离。该方法通过选取光纤接续区域,实现现场环境下的快速标定。设计多参量的监测和预测方案,基于融合型分布式光纤传感技术实时监测电缆沿线温度、应力和振动变化。通过对三个参量的综合分析,可以有效反映光缆沿线小气候变化。采用积温、局部剧烈天气变化和输电线温度昼夜温差三种方式,进行覆冰舞动预测。在外场进行了的挂网监测,实验数据显示,一个月内电缆沿线的温度变化数据良好地反映了局部的小气候变化。采用温度数据计算积温对覆冰进行预测,并结合昼夜温差预测出覆冰发生概率较大的区域。在覆冰概率较大的区域内,光纤受到的应力变大。在该区域内进行振动频谱对比,可以观测到在有风天气时发生舞动并伴随落雪现象。通过振动信息成功确定舞动的范围并定位舞动中心位置。结合积温结果可以判断在该区域内覆冰会持续增长。综上所述,本方案能够实现对覆冰舞动事件的监测和预测,提高的对事件判别的准确性。能给电网安全维护人员在检修过程指导性建议,适合在人工巡检不方便的地区和地形恶劣的山区进行监测覆冰,或在无人值守地区实现远程在线监测。