[发明专利]基于BOTDR的输电线路导线温度分布式监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高压输电线路电力运维领域，特别涉及输电线路导线温度分布式监测装置及方法。

背景技术

在高压输电线路正常运行期间，输电导线在大电流负载情况下会产生较高的温度，从而会改变输电线路运行时的弧垂，若输电导线温度升高到一定程度后将会危及输电线路的正常运行，从而出现不必要的停电、跳闸以及安全事故。所以，对高压输电线路导线温度的在线监测是一个迫切需要解决的问题。目前，对于高压输电线路导线温度的在线监测方法主要采用在导线上安装定点式温度传感器装置的方法来实现，然而导线的温度受环境温度和风速的影响比较大，因此在输电线路上呈现分布式温度分布，然而目前尚未有一种线路全分布式导线温度的监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压输电线路导线分布式温度的在线监测装置及方法。该监测方法无需在输电线路上额外安装传感器，而是以输电线路中的光纤复合架空地线OPGW内部光纤作为传感器和信息传输通道，通过监测输电线路OPGW的温度分布，并引入输电导线的动态载流量，根据OPGW和导线之间的热平衡关系计算获得输电导线的温度分布，实现输电导线的分布式温度监测。

本发明的技术方案为：

一种基于BOTDR的输电线路导线温度分布式监测装置，包括布里渊光时域反射仪(BOTDR)、分布式光纤传感器、导线载流量监测系统、计算机及信息处理单元，所述的分布式光纤传感器为光纤复合架空地线OPGW内的一根传感光纤，其特征在于：BOTDR安装在高压输电线路输变电站内，OPGW内部传感光纤通过变电站内的光纤接口接入BOTDR，导线载流量监测系统和BOTDR分别与计算机及信息处理单元相连。

所述的光纤复合架空地线内的一根传感光纤为单模光纤。

所述的导线载流量监测系统和BOTDR通过USB接口与计算机及数据处理单元连接，计算机及数据处理单元接收BOTDR发送的分布式光纤传感器上各空间位置上的温度与应变信息以及导线载流量监测系统发送的导线动态载流量信息；并完成存储、管理、计算及信息显示，通过现有相应算法计算出输电线路导线的分布式温度。

利用基于BOTDR的输电线路导线温度分布式监测装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：步骤一、根据OPGW的瞬态热平衡方程计算输电线路上各空间点的对流散热系数h(t)；步骤二、根据输电线路OPGW和导线任意相对应空间点的日照辐射功率具有稳定线性关系的条件，建立OPGW和导线的稳态热平衡关系式；步骤三、引入导线的动态载流量信息，并采用牛顿迭代法求解得到输电导线的温度分布。

具体按以下步骤进行：步骤一、利用BOTDR监测得到OPGW的温度分布T_OPGW，建立导线和OPGW任意一空间相对应点的稳态热平衡方程(1)式和(2)式；步骤二、根据公式(7)的性质，将(1)式乘以D_D/D_O后与(2)式相减获得公式(8)；步骤三、鉴于公式(8)中包含两个未知数：导线温度TD和导地线的对流散热系数h(t)，采用同一探测点的多个相邻时间测量得到的数据来求得缆线的对流散热系数h(t)；步骤四、计算出导地线的对流散热系数后，方程只存在一个未知变量，带入材料和输电线路参数，并引入输电线路导线动态载流量数据，采用牛顿迭代法求解得到导线的温度分布；步骤五、鉴于以上求解均只在一个空间探测点进行，只需要对输电线路上每一个空间探测点进行步骤三、步骤四就能实现输电线路导线分布式温度的监测；

在输电线路上同一空间位置的OPGW和导线的稳态热平衡方程可描述如下：

OPGW：Q_so Q_ro Q_co＝0  (1)

导线：I²R(T_D)+Q_sD Q_rD Q_cD＝0  (2)

公式(1)和(2)中Q_so、Q_sD分别为OPGW和导线吸收的日照辐射功率，此两个量均是未知量；I为导线的载流量，为已知量；R(T_D)为导线的单位长度电阻，其大小与导线的温度相关；Q_ro和Q_rD分别为OPGW和导线的热辐射散热功率，Q_co和Q_cD分别为OPGW和导线的对流散热功率，它们的表达式如下：