专利名称：一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统及方法
技术领域：
本发明属于电力线路在线监测技术领域，尤其涉及一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统及方法。
背景技术：
20世纪90年代以来电网大面积污闪事故在全国大范围内频频发生,严重威胁着电力系统的安全运行。输电线路污闪事故的根本原因是绝缘子表面沉积了污秽物质，当它吸收了潮湿空气中的水分后，使绝缘强度急剧下降，承受不住工作电压而发生闪络。绝缘子污秽程度的可靠检测有利于电力维护人员及时准确地掌握绝缘子污秽状 况，是防污闪工作中非常重要的一环。同时，可靠的污秽程度检测可以确保污区划分准确，从而为输变电设备外绝缘设计和绝缘子选型提供科学依据，是防止大面积污闪事故的基本保证。在线监测能有效跟踪绝缘子污秽的变化过程，使之在污秽程度达到临界状态时能先期预警，便于电力工作人员及早采取应对措施，防止污闪事故的发生。国内清华大学、中国电科院、重庆大学、华北电力大学、西安交通大学、华南理工大学、哈尔滨理工大学能多所高等院�：脱芯炕沟男矶嘧已д咴诖肆煊蚶锟沽舜罅孔坑谐尚У墓ぷ鳎⒖⒘舜罅康脑谙呒觳庾爸�。目前，国内外高压绝缘子污秽检测手段和方法包括微波辐射法、紫外脉冲法、红外成像法、声发射法、泄漏电流法以及光强法。微波辐射法，由于污秽成分复杂，测量结果难以与污秽成分对应；紫外法和红外法，由于紫外、红外等光学测量设备价格昂贵，易损坏且需要功耗较大，不适合于长期在线监测；声发射法，由于输电附近电磁环境恶劣，噪声较大，声发射法接收信号很容易被淹没，难以获得真实污秽情况。在现场应用较多的是泄露电流法和光谱法。泄漏电流是运行电压、污秽程度、气候条件三要素综合作用的结果，是动态参数，适宜在线监测。通过泄漏电流传感器实时获取流过绝缘子表面的泄漏电流，形成了大量的输电线路绝缘子污秽在线监测系统。清华大学关志成教授课题组大量试验研究表明对所研究型号绝缘子，泄漏电流最大值和污秽状态关系明显，可用于污秽度的评估。泄漏电流在线监测技术的研究已开展多年，但在实际应用中仍存在大量问题。主要问题有1)泄漏电流的大小与所用绝缘子的类型(材料、伞型、盘径)、污秽成分、等值盐密(ESDD)、灰密、气象条件等多种因素有关，很难利用泄露电流评估绝缘子污秽水平；2)根据泄漏电流判定绝缘子运行状况及预警区间，目前还没有权威的标准可循，也没有积累足够多的运行数据，还要依靠操作人员的经验来确定清洗或维修临界值，其准确度不高；3)装置的运行环境较恶劣，可靠性不高；4)由于测量系统没有针对户外输电线路附近环境进行专门设计，存在易受电磁干扰，老化速度快等缺点。光强法成功的解决了泄露电流法不能直接对污秽量进行测量以及抗电磁干扰能力弱的缺点，其理论基础是介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理。当石英玻璃棒上有污染时，由于污染物改变了高次模及基模的传输条件，同时，污染粒子对光能的吸收和散射等会产生光能损耗，通过检测光能参数可计算出传感器表面盐分的多少。曾有学者试图通过神经网络建立光通量、湿度、尘埃比率与ESDD的关系，但由于样本数量较少，该研究尚不充分。光谱法盐密在线监测系统近几年已在我国北方部分地区挂网运行，但该系统目前尚未在各电力公司推广使用，主要是等值盐密测量的准确性有待验证，同时光强测量存在致命缺点，由于采用了光强作为监测量，光学元器件的不稳定因素对测量结果有较大影响。同时，该系统不能对灰密进行直接测量，对于光通量衰减与湿度、尘埃比率和ESDD之间的关系也需进一步研究。
发明内容
针对上述背景技术中提到现有在线监测系统无法测量灰密、测量结果易受干扰等不足，本发明提出了一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统 及方法。本发明的技术方案是，一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是该系统包括计算机、波长解调系统、接线盒、接线盒输出光缆、百叶箱、第一引出光纤、第二引出光纤、光纤布喇格光栅污移传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器；所述波长解调系统包括太阳能发电模块和无线通讯�？椋凰黾扑慊筒ǔそ獾飨低沉樱徊ǔそ獾飨低惩ü酉吆惺涑龉饫潞徒酉吆辛樱唤酉吆型ü谝灰龉庀撕偷诙龉庀朔直鹩牍庀瞬祭窆庹の刍啻衅髡罅泻凸庀瞬祭窆庹げ钩ゴ衅髁樱还庀瞬祭窆庹げ钩ゴ衅髦糜诎僖断淠冢凰龉庀瞬祭窆庹の垡拼衅髡罅杏傻谝还庀瞬祭窆庹の垡拼衅骱偷诙庀瞬祭窆庹の刍啻衅髯槌桑谝还庀瞬祭窆庹の刍啻衅魑扛驳谝簧瓒ê穸仁舨牧系墓庀瞬祭窆庹ぃ坏诙庀瞬祭窆庹の刍啻衅魑扛驳诙瓒ê穸仁舨牧系墓庀瞬祭窆庹ぃ凰龉庀瞬祭窆庹げ钩ゴ衅鞯囊话胛扛驳谌瓒ê穸仁舨牧系墓庀瞬祭窆庹ぃ庀瞬祭窆庹げ钩ゴ衅鞯牧硪话胛挥型扛彩舨牧系墓庀瞬祭窆庹ぃ庀瞬祭窆庹げ钩ゴ衅骷幼坝型甘莱净ぬ祝凰霾ǔそ獾飨低秤糜诙怨庀瞬祭窆庹の垡拼衅髡罅泻凸庀瞬祭窆庹げ钩ゴ衅鞑杉牟ǔそ薪獾鳎凰黾扑慊貌ǔな菁扑慊竦醚蚊芎突颐�。所述接线盒输出光缆为光纤复合架空地线0PGW、全介质自承式光缆ADSS、0PPC光缆或铠装光缆。所述第一光纤布喇格光栅污移传感器和第二光纤布喇格光栅污移传感器的连接方式为串联或并联。所述湿敏材料为聚酰亚胺或水凝胶。所述计算机和波长解调系统通过网线或无线通讯�？榱�。所述计算机和波长解调系统通过网线连接时，波长解调系统通过市电供电。所述计算机和波长解调系统通过无线通讯�？榱邮保ǔそ獾飨低惩ü裟芊⒌缒？楣┑�。一种输电线路污秽在线监测的方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤I :将所述接线盒、百叶箱、光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器置于输电线的指定位置；步骤2 :将所述光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器采集的数据，通过所述接线盒发送至所述波长解调系统；步骤3 :所述波长解调系统将解调出来的布喇格波长数据发送至所述计算机；步骤4 :所述计算机根据解调出来的布喇格波长数据计算盐密和灰密。所述光纤布喇格光栅补偿传感器温度和湿度的计算公式为
权利要求
1.一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是该系统包括计算机、波长解调系统、接线盒、接线盒输出光缆、百叶箱、第一引出光纤、第二引出光纤、光纤布喇格光栅污移传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器； 所述波长解调系统包括太阳能发电�？楹臀尴咄ㄑ赌？椋� 所述计算机和波长解调系统连接；波长解调系统通过接线盒输出光缆和接线盒连接；接线盒通过第一引出光纤和第二引出光纤分别与光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器连接；光纤布喇格光栅补偿传感器置于百叶箱内； 所述光纤布喇格光栅污移传感器阵列由第一光纤布喇格光栅污移传感器和第二光纤布喇格光栅污秽传感器组成，第一光纤布喇格光栅污秽传感器为涂覆第一设定厚度湿敏材料的光纤布喇格光栅；第二光纤布喇格光栅污秽传感器为涂覆第二设定厚度湿敏材料的光纤布喇格光栅； 所述光纤布喇格光栅补偿传感器的一半为涂覆第三设定厚度湿敏材料的光纤布喇格光栅，光纤布喇格光栅补偿传感器的另一半为没有涂覆湿敏材料的光纤布喇格光栅，光纤布喇格光栅补偿传感器加装有透湿防尘护套； 所述波长解调系统用于对光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器采集的波长进行解调； 所述计算机利用波长数据计算获得盐密和灰密。
2.根据权利要求I所述的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是所述接线盒输出光缆为光纤复合架空地线OPGW、全介质自承式光缆ADSS、OPPC光缆或铠装光缆。
3.根据权利要求I所述的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是所述第一光纤布喇格光栅污移传感器和第二光纤布喇格光栅污移传感器的连接方式为串联或并联。
4.根据权利要求I所述的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是所述湿敏材料为聚酰亚胺或水凝胶。
5.根据权利要求I所述的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是所述计算机和波长解调系统通过网线或无线通讯模块连接。
6.根据权利要求5所述的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是所述计算机和波长解调系统通过网线连接时，波长解调系统通过市电供电。
7.根据权利要求5所述的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统，其特征是所述计算机和波长解调系统通过无线通讯模块连接时，波长解调系统通过太阳能发电模块供电。
8.一种根据权利要求I所述系统进行输电线路污秽在线监测的方法，其特征是该方法包括以下步骤 步骤I :将所述接线盒、百叶箱、光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器置于输电线的指定位置； 步骤2 :将所述光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器采集的数据，通过所述接线盒发送至所述波长解调系统； 步骤3 :所述波长解调系统将解调出来的布喇格波长数据发送至所述计算机；步骤4 :所述计算机根据解调出来的布喇格波长数据计算盐密和灰密。
9.根据权利要求8所述的一种输电线路污秽在线监测的方法，其特征是所述光纤布喇格光栅补偿传感器温度和湿度的计算公式为 [/I3 = anT + OCmHL^4 ^ aT4T + aH4H λ3为光纤布喇格光栅补偿传感器涂覆湿敏材料部分得到的布喇格波长；λ4为光纤布喇格光栅补偿传感器没有涂覆湿敏材料部分得到的布喇格波长；α Τ3为光纤布喇格光栅补偿传感器涂覆湿敏材料部分得到的布喇格波长对温度的敏感系数； α Τ4为光纤布喇格光栅补偿传感器没有涂覆湿敏材料部分得到的布喇格波长对温度的敏感系数； a H3为光纤布喇格光栅补偿传感器涂覆湿敏材料部分得到的布喇格波长对湿度的敏感系数； α Η4为光纤布喇格光栅补偿传感器没有涂覆湿敏材料部分得到的布喇格波长对湿度的敏感系数； T为温度； H为湿度。
10.根据权利要求9所述的一种输电线路污秽在线监测的方法，其特征是所述盐密和灰密的计算公式为 (A1 = aTlT + amH + aslS + aAlA [A2 - αΤ2Τ + αΗ2Η + as2S + α42Α 其中 λI为第一光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长； 入2为第二光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长； α τι为第一光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对温度的敏感系数； α T2为第二光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对温度的敏感系数； α Hl为第一光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对湿度的敏感系数； α Η2为第二光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对湿度的敏感系数； a S1为第一光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对盐度的敏感系数； a S2为第二光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对盐度的敏感系数； α Al为第一光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对灰度的敏感系数； α Α2为第二光纤布喇格光栅污移传感器的布喇格波长对灰度的敏感系数； S为盐度； A为灰度。
全文摘要
本发明公开了电力线路在线监测技术领域中的一种光纤布喇格光栅输电线路污秽在线监测系统。本发明包括计算机、波长解调系统、接线盒、接线盒输出光缆、百叶箱、第一引出光纤、第二引出光纤、光纤布喇格光栅污秽传感器阵列和光纤布喇格光栅补偿传感器；波长解调系统包括太阳能发电�？楹臀尴咄ㄑ赌？�。本系统准确的盐密和灰密测量，适合于在绝缘子所处的强电磁环境和恶劣温湿度环境中使用。
文档编号G01N21/17GK102768183SQ201210246378
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者李成榕, 穆瑞铎, 马国明 申请人:华北电力大学
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