劉小燕+張學典

摘要： 為保證輸電線路的安全運行，對高壓輸電線路的實時運行溫度進行了研究。采用光纖復合架空地線作為傳感器和通信通道，并利用布里淵光時域反射技術對輸電線路在下雨過程中的溫度進行實時監(jiān)控。根據(jù)實際測實的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在雨后溫度回升的過程中，留在線纜上的雨水因重力作用而向中間匯集，使得桿塔的溫度回升速度高于中間，輸電線纜桿塔處的溫度會高于兩個桿塔中間線路的溫度，因而出現(xiàn)溫差。

關鍵詞： 溫度； 光纖復合架空地線； 布里淵頻移； 在線監(jiān)測

中圖分類號： TP 212 文獻標志碼： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.05.008

文章編號： 1005-5630（2016）05-0416-07

引 言

隨著科技的發(fā)展、社會的進步，智能化輸電線路在高壓輸電線路領域的研究和應用越來越廣泛。其中輸電線路的工作溫度是反映輸電線路運行狀態(tài)中的一項重要參數(shù)，對其的監(jiān)測和管理具有非常重要的意義。目前對輸電線路溫度的監(jiān)測主要是在線路的關鍵部位布設點式傳感器[1]，這種方式雖可以有效監(jiān)控關鍵位置的溫度參數(shù)，但是對于整個線路上的線纜溫度卻沒有明確的監(jiān)控，尤其是在雨天，因雨水的原因線路每個檔距上兩端與中間的位置會出現(xiàn)溫度差。本文采用布里淵光時域反射技術（BOTDR）[2]，利用光纖復合架空地線（OPGW）上現(xiàn)有的光纖對線路的溫度分布進行監(jiān)控，從而監(jiān)測整條線路的溫度狀態(tài)，由此獲取下雨天輸電線路上的溫度分布狀況。

2 溫度監(jiān)測的實驗研究

2.1 溫度監(jiān)測實驗

為了研究光纖布里淵頻移與溫度的關系，搭建了如圖3所示的實驗平臺。在光纖距離末端約50 m的位置，將30 m光纖盤繞成環(huán)狀，放置于恒溫有機溶液槽中，用溫度計測量恒溫槽的溫度，光纖的起始端接BOTDR設備。將恒溫槽的溫度以2 ℃的間隔從-18 ℃逐步升高到70 ℃，在每個溫度之上保持15 min，同時用水銀溫度計記錄恒溫槽的溫度，BOTDR設備始終采集光纖的布里淵頻移變化。

由于在實驗過程中，溫度計的示數(shù)與恒溫槽的溫度存在±0.2 ℃的差別，我們以溫度計的示數(shù)作為光纖的實際溫度，繪制了溫度與光纖的布里淵頻移之間的關系曲線，如圖4所示。

橫坐標代表溫度，縱坐標代表30 m光纖的頻移均值。從圖中可以看出，溫度計的示數(shù)與BOTDR設備的讀數(shù)擬合結果基本一致。實驗的結果表明布里淵頻移對溫度的靈敏度系數(shù)為1.16 MHz/℃，基礎頻移為10.581 GHz（0 ℃的位置），這個結果與理論值（約1.1 MHz/℃）相符合。另外，光纖的基礎頻移與光纖的類型有關，不同類型的甚至同一類型不同批次的光纖，其基礎頻移都有所差別，但是靈敏度的差別很小。此實驗結果表明了光纖的布里淵頻移與溫度具有良好的線性關系，頻移值直接反映了光纖所受溫度的變化過程。因此，通過測量光纖的布里淵頻移值就可以得到光纖的溫度。

2.2 實際線路溫度監(jiān)測實驗

實驗選擇了一條實際運行的電纜線路。電纜線路長度為35 km，線路上使用OPGW作為地線，同時使用OPGW中的光纖作為通訊用光纜，并將其引至電纜線路兩端的變電站內(nèi)。將分布式溫度監(jiān)測設備置于變電站機房內(nèi)，將被測線路的OPGW一芯光纖通過光纖與監(jiān)測設備連接。如圖5所示為實驗示意圖。

BOTDR設備實時采集線路上的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)被傳遞到計算機系統(tǒng)與信息處理單元，經(jīng)信息處理和輸出，顯示出全線線路的溫度監(jiān)測值。實驗選擇距離監(jiān)測設備光纖端口8 km至14 km處的一段電纜線作為樣本，并對其進行數(shù)據(jù)采集和分析。

3 實驗結果

2015年5月4日為晴天，當晚19：00采集到的OPGW在正常天氣下的頻率曲線如圖6 所示。

通過多組參數(shù)核算生成所選線路正常天氣下的溫度曲線，如圖7所示。

下雨時段的頻率曲線取2015年5月9日17：00在雨中測得的數(shù)據(jù)，如圖8所示。

核算得出其溫度數(shù)據(jù)如圖9所示。

雨后的頻率曲線取2015年5月11日14：00的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如圖10所示。

核算成溫度數(shù)據(jù)如圖11所示。

4 結 論

本文基于BOTDR技術實現(xiàn)了OPGW線路分布式溫度的在線監(jiān)測。經(jīng)對下雨過程前后的線纜溫度進行全面的監(jiān)控，獲得有效的實測數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)可以比較明顯地看出，在晴天以及下雨過程中輸電線纜上的線路溫度較為一致，而在雨停之后桿塔的溫度明顯會比中間的溫度要高。其原因是雨后留在線纜上的雨水因重力作用而向中間匯集，使得在雨后溫度回升的過程中桿塔的溫度回升速度高于中間，因而出現(xiàn)溫差。

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