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        基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)

        2021-09-11 09:29:42常恩山
        工業(yè)加熱 2021年8期
        關(guān)鍵詞:相線布里淵光纜

        常恩山,張 彤

        (榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 榆林 719000)

        光纖復(fù)合架空相線是電力通信系統(tǒng)的特種光纜,即在既有相線結(jié)構(gòu)中復(fù)合光線單元于導(dǎo)線內(nèi)的光纜,此光纜可通過電力系統(tǒng)線路資源,有效防止頻率資源、路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等與外界的沖突,以促使其兼具電能傳輸與通信功能,因此得以在電網(wǎng)輸電線路中倍受青睞[1]。傳統(tǒng)光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)內(nèi)部的光纖通常均為單模光纖,只應(yīng)用于光纖通信,為確保良好光傳輸性能,明確指出相線結(jié)構(gòu)內(nèi)部光纖最大程度上避免受到外界溫度與應(yīng)力應(yīng)變的影響。但是,當(dāng)前具備測溫功能的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu),雖然可以實(shí)時(shí)監(jiān)測導(dǎo)線溫度,卻受制于相線結(jié)構(gòu)內(nèi)部光纖存有余長,導(dǎo)致既有相線受力偏小時(shí),內(nèi)部光纖太過松弛,難以實(shí)時(shí)監(jiān)測相線結(jié)構(gòu)的分布式應(yīng)力應(yīng)變[2]。據(jù)此,本文提出了基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)。

        1 基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)截面[3]具體如圖1所示。

        光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)主要包含第一光單元、第二光單元,以及沿相線徑向從內(nèi)向外依次設(shè)置了中心層與絞合層。第一光單元安設(shè)于光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)中心層,內(nèi)置至少一根零余長緊套光纖,負(fù)責(zé)測量架空光纜應(yīng)力應(yīng)變;第二光單元安設(shè)于光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)絞合層,內(nèi)置至少一根0.5%~0.8%余長松套光纖,負(fù)責(zé)測量架空光纜溫度。

        圖1 光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)截面圖

        第一光單元包含負(fù)責(zé)放置緊套光纖的不銹鋼管;第二光單元?jiǎng)t包含負(fù)責(zé)放置松套光纖的不銹鋼管,二者內(nèi)部都分別填充了油膏。光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)還包含鋁包鋼線與鋁線,且安設(shè)于絞合層;鋁包鋼線由多根鋁包鋼線構(gòu)成,鋁線則由多根鋁線構(gòu)成。

        基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu),在絞合層設(shè)置了余長比較大,負(fù)責(zé)測量溫度的松套光纖;在中心層設(shè)置了零余長,負(fù)責(zé)測量應(yīng)力應(yīng)變的緊套光纖,以此可實(shí)時(shí)監(jiān)測相線結(jié)構(gòu)的全過程溫度與應(yīng)力應(yīng)變,且實(shí)現(xiàn)電力傳輸、光纖通信、狀態(tài)監(jiān)測三項(xiàng)功能,從而提升電力傳輸監(jiān)測整體水平,保障電力輸送安全性與可靠性[4]。

        2 光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力監(jiān)測流程設(shè)計(jì)

        光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力監(jiān)測流程[5]具體如圖2所示。

        圖2 光纖復(fù)合架空相線溫度應(yīng)力監(jiān)測流程

        分布式光纖溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)基于光纖連接跳線與光纖連接盒相互對(duì)接,而光纖連接盒基于光纖復(fù)合架空相線與分布式光纖溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)相互銜接,其可實(shí)時(shí)在線監(jiān)控架空相線長距離運(yùn)行溫度與分布應(yīng)力。分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)原理[6]具體如圖3所示。

        圖3 分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)原理示意圖

        3 監(jiān)測結(jié)果分析

        以A供電公司為載體,在110 kV輸電線路中引進(jìn)基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu),以連續(xù)分布式測量相線結(jié)構(gòu)的全過程溫度與應(yīng)變。將線路A相導(dǎo)線更換為所設(shè)計(jì)的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu),線路長度約15 km,最大檔距約570 m。光纖復(fù)合架空相線光纜于變電站的兩側(cè)端桿塔位置改造為利用全介質(zhì)自承式光纜,然后引入變電站中。布里淵光纖傳感器則安裝在線路起始端變電站通信機(jī)房中,其具備本地顯示與存儲(chǔ)功能,可供現(xiàn)場運(yùn)維人員使用[7]。布里淵光纖傳感器測量數(shù)據(jù)可基于內(nèi)網(wǎng)傳送于監(jiān)測中心,以此為線路監(jiān)控、運(yùn)維、故障處理提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。

        3.1 光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測結(jié)果分析

        光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)通過通電試運(yùn)行,其通電前后的溫度分布[8]具體如圖4所示。

        由圖4可知,在光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)無負(fù)載電流時(shí),溫度相對(duì)偏低,且分布不均勻,這主要是由于周圍環(huán)境溫度、地理環(huán)境、風(fēng)速風(fēng)向所造成的;而在光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)添加負(fù)載電流時(shí),全過程溫度綜合升高大約15~20 ℃,且分布更不均勻,即使忽視突變尖峰,通電之后相線結(jié)構(gòu)溫度分布依舊存在大約10 ℃起伏,這主要是由于光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)通電之后,溫度分布所承受的風(fēng)速風(fēng)向影響更大。在此基礎(chǔ)上,深入分析光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)溫度分布曲線的溫度突變點(diǎn)位置相關(guān)信息及設(shè)計(jì)資料得知,光纖溫度突變點(diǎn)數(shù)量與桿塔數(shù)量相同;溫度突變點(diǎn)尖峰發(fā)生于耐張線夾位置,主要是受耐張線夾渦流、接觸電阻影響,需加強(qiáng)重視;溫度突變點(diǎn)谷峰出現(xiàn)于光纖接續(xù)盒或者懸垂線夾位置,光纖接續(xù)盒中的盤纖與導(dǎo)線相分離,所以溫度偏低,但是懸垂線夾位置由于添加了光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)的線徑,使得散熱性能良好,溫度有所下降。

        圖4 光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)通電前后的溫度分布曲線

        由圖4中數(shù)據(jù)可知,布里淵光纖傳感器可真實(shí)反映光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)全過程溫度分布形態(tài),以此為輸電線路動(dòng)態(tài)化增容奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),還可全面實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度過熱位置。

        3.2 光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析

        中心層緊緊包裹光纖的設(shè)計(jì)余長相對(duì)于第一層裸光纖較小,所以通過布里淵光纖傳感器測量所得二者頻移變化量,可計(jì)算得出光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)變值。光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)通過通電試運(yùn)行,其通電前后的應(yīng)力應(yīng)變分布[9]具體如圖5所示。

        圖5 光纖復(fù)合架空相線通電前后的應(yīng)變分布曲線

        由圖5(a)可知,光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)在無負(fù)載電流時(shí),出現(xiàn)了5處應(yīng)變異常位置,其他位置并未發(fā)生明顯應(yīng)變,這主要是由于生產(chǎn)工藝與安裝要求的局限性,導(dǎo)致中心層緊緊包裹光纖的設(shè)計(jì)余長依舊不能達(dá)到零余長;光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)在添加負(fù)載電流時(shí),應(yīng)變分布狀況變得更加復(fù)雜,出現(xiàn)了更多新的應(yīng)變異常位置,然而通電前所存在的2處應(yīng)變異常位置恢復(fù)了正常狀態(tài),應(yīng)變異常位置的新增加與恢復(fù),與光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)通電之后溫度升高所造成的線纜受熱膨脹息息相關(guān)。由圖5中數(shù)據(jù)可知,布里淵光纖傳感器可全過程在線監(jiān)測光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

        4 結(jié) 論

        綜上所述,本文提出了基于分布式溫度應(yīng)力監(jiān)測的光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu),可對(duì)相線結(jié)構(gòu)所有位置的溫度與應(yīng)力監(jiān)測,具備電力傳輸、光纖通信、狀態(tài)檢測三項(xiàng)主要功能,可保障電力輸送安全性與穩(wěn)定性。通過現(xiàn)場應(yīng)用測量結(jié)果表明,在光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)無負(fù)載電流時(shí),溫度相對(duì)偏低,且分布不均勻;而在添加負(fù)載電流時(shí),全過程溫度綜合升高大約15~20 ℃,且分布更不均勻,即使忽視突變尖峰,通電之后相線結(jié)構(gòu)溫度分布依舊存在大約10 ℃起伏;布里淵光纖傳感器可真實(shí)反映光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)全過程溫度分布形態(tài),以此為輸電線路動(dòng)態(tài)化增容奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),還可全面實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度過熱位置;光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)在無負(fù)載電流時(shí),出現(xiàn)了5處應(yīng)變異常位置,其他位置并未發(fā)生明顯應(yīng)變;在添加負(fù)載電流時(shí),應(yīng)變分布狀況變得更加復(fù)雜,出現(xiàn)了更多新的應(yīng)變異常位置,然而通電前所存在的2處應(yīng)變異常位置恢復(fù)了正常狀態(tài);布里淵光纖傳感器可全過程在線監(jiān)測光纖復(fù)合架空相線結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

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