一種基於botdr分布式光纖傳感的杆塔傾斜監測系統及方法
2023-05-28 05:28:36
一種基於botdr分布式光纖傳感的杆塔傾斜監測系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種基於BOTDR分布式光纖傳感的杆塔傾斜監測系統及方法，系統包括BOTDR設備、分布式光纖傳感器以及計算機系統，所述的分布式光纖傳感器為光纖複合架空地線OPGW內的一根傳感光纖，光纖複合架空地線的傳感光纖通過變電站內的接口接入BOTDR，並與BOTDR的光纖纖芯連接，BOTDR與計算機系統相連。BOTDR通過BOTDR分離出輸電線路中各檔距的溫度和應力兩個參變量，並根據解調出的應力結合輸電線路的檔距、杆塔高度、地理信息和OPGW參數信息，採用懸鏈線狀態方程求解出杆塔傾斜後造成的檔距增量，進而結合OPGW在杆塔上的掛點高度求解得到杆塔傾斜的角度，實現輸電線路中順線杆塔傾斜的在線監測。
【專利說明】-種基於BOTDR分布式光纖傳感的杆塔傾斜監測系統及方 法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於輸電線路在線監測領域，特別涉及一種基於B0TDR分布式光纖傳感的 杆塔傾斜監測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力行業的發展，供電安全、穩定是人們關注的重點問題。然而受地質、外部 環境因素的改變和線路設計缺陷的影響，高壓輸變電線路的杆塔可能會發生傾斜，這種杆 塔的傾斜會嚴重影響到線路的安全、穩定運行，極有可能導致倒塔、斷線、跳閘等現象，從而 出現大面積的停電故障，給社會工業生產、人們日常生活帶來極大的不便。因此，研究開發 一種輸電線路杆塔傾斜的在線監測方法具有十分重大的工程應用價值。
[0003] 目前，對於杆塔傾斜的檢測或監測方法主要有鉛垂法、經緯儀法、GSM杆塔儀以 及在杆塔上直接貼電阻應變片進行檢測的方法。對於鉛垂法和經緯儀方法是比較傳統的 方法，需要人工進行現場檢測，GSM杆塔儀和電阻應變貼片應用到了傳感器技術，且屬於 在線監測，但是其應用依然受到限制。隨著光纖傳感技術的發展和廣泛應用，人們更青 睞於採用光纖傳感技術來實現分布式在線監測。布裡淵散射傳感技術是一種新型光頻 率調製傳感技術，其能夠對光纖沿線的溫度和應變實現分布式測量，並且具有測量點定 位功能，該項技術具有檢測精度高、定位準確、分布式測量等多項優勢。目前主要應用的 分布式光纖溫度應變解調原理是基於布裡淵散射傳感技術的BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis，布裡淵光時域分析）和 BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，布裡淵光時域反射）技術。其中，BOTDA儘管具有較高的監測距離和監測精 度，但它採用雙端測量方式，需要將線路兩端均接到設備中，對實施不方便；B0TDR儘管對 信號解調系統具有較高要求，且探測的是微弱的自發布裡淵散射光，但其為單端測量方式， 實施起來比較便捷。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種基於B0TDR分布式光纖傳感的杆塔傾斜監測系統及 方法，以獲得線路上杆塔傾斜角的變化情況，實現輸電線桿塔傾斜、傾斜角的在線監測。
[0005] 本發明的技術方案為：
[0006] -種基於B0TDR的順線杆塔傾斜在線監測系統，包括：B0TDR設備、分布式光纖傳 感器以及計算機系統，其特徵是：所述的分布式光纖傳感器為光纖複合架空地線0PGW內的 一根傳感光纖，光纖複合架空地線的傳感光纖通過變電站內的接口接入B0TDR，並與B0TDR 的光纖纖芯連接，B0TDR與計算機系統相連。
[0007] 所述的光纖複合架空地線內的一根傳感光纖為一根單模光纖，利用光纖複合架空 地線中的一根單模光纖作為傳感器，監測傳感器的溫度與應變參數。
[0008] 所述的計算機系統通過USB接口與B0TDR連接，接收B0TDR發送的分布式光纖傳 感器上各空間位置上的溫度與應力信息；並完成存儲、管理、計算、顯示信息，通過現有相應 算法計算出輸電線路的杆塔傾斜狀況，達到實時監測的目的。
[0009] 利用上述的一種基於B0TDR的順線杆塔傾斜在線監測系統的方法，其特徵是按以 下步驟進行：B0TDR實時接收光纖複合架空地線內的傳感光纖也就是分布式光纖傳感器上 各空間位置上的溫度與應力，B0TDR解調出各空間位置上的溫度t和應力 〇後，根據架空 線的懸鏈線狀態方程，求解由於杆塔傾斜而造成的檔距增量Λ1 :
【權利要求】
1. 一種基於BOTDR的順線杆塔傾斜在線監測系統，包括：BOTDR設備、分布式光纖傳感 器以及計算機系統，其特徵是：所述的分布式光纖傳感器為光纖複合架空地線0PGW內的一 根傳感光纖，光纖複合架空地線的傳感光纖通過變電站內的接口接入B0TDR，並與B0TDR的 光纖纖芯連接，B0TDR與計算機系統相連。
2. 按權利要求1所述的一種基於B0TDR的順線杆塔傾斜在線監測系統，其特徵是：所 述的光纖複合架空地線內的一根傳感光纖為一根單模光纖。
3. 按權利要求1所述的一種基於B0TDR的順線杆塔傾斜在線監測系統，其特徵是：所 述的計算機系統通過USB接口與B0TDR連接，接收B0TDR發送的分布式光纖傳感器上各空 間位置上的溫度與應力信息；並完成存儲、管理、計算、顯示信息，通過現有相應算法計算出 輸電線路的杆塔傾斜狀況，達到實時監測的目的。
4. 利用權利要求1-3之一所述的一種基於B0TDR的順線杆塔傾斜在線監測系統的方 法，其特徵是按以下步驟進行：B0TDR實時接收光纖複合架空地線內的傳感光纖也就是分 布式光纖傳感器上各空間位置上的溫度與應力，B0TDR解調出各空間位置上的溫度t和應 力〇後，根據架空線的懸鏈線狀態方程，求解由於杆塔傾斜而造成的檔距增量Λ1:
式（1)、（2)、（3)、（4)中， 〇 > 〇!--分別為杆塔傾斜時的水平應力和溫度為h時無杆塔傾斜時的水平應力； 1、12--分別為原始檔距和杆塔傾斜後的檔距，單位：m ; L〇i> L〇2 為杆塔傾斜如和傾斜後的等1?線長，單位：m ; t>t〇-分別為杆塔傾斜後和杆塔傾斜前的溫度（單位：°C ); Y--為0PGW的自重比載，單位：Mpa/m ; h 為檔距內的1?差，單位：m ; α--為架空線的熱膨脹係數，單位：/°C ; E--為架空線的楊氏模量，單位：Mpa ; 通過懸鏈線狀態方程採用牛頓迭代方法求解出杆塔傾斜後造成的檔距增量Λ1後，結 合0PGW在杆塔上的掛點高度計算出杆塔的傾斜角Θ : (5) 式中Θ為杆塔傾斜的角度（rad)，Η為OPGW在杆塔上的掛點高度，以角度表示為： 180X Θ / ji。
【文檔編號】G01D21/02GK104121889SQ201410266019
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】劉洪凱, 張哲民, 楊帆, 張文舉 申請人:武漢康普常青軟體技術股份有限公司