[发明专利]输电线路导线分布式弧垂的监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压输电线路电力运维技术领域，具体涉及一种输电线路导线分布式弧垂的监测装置及方法。

背景技术

为保证高压输电线的正常运行，输电线路必须与周围环境保持一定的电气间隔，从而有效避免输电线路出现不必要的闪络、停电、跳闸甚至安全故障。输电线路的弧垂直接反映了输电线路与周围环境之间的电气间隔情况，因此对输电线路的弧垂监测能快速有效的掌握输电线路的安全运行状态。

目前，对于高压输电线路导线弧垂的在线监测方法，主要采用在导线和绝缘子串处安装张力传感器、倾角传感器等方法来实现，这些方法只能对输电线路特殊段的弧垂进行监测，并不能实现对输电线路全路段弧垂的分布式监测，不能实时掌握输电线路全路段的安全运行情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电线路导线分布式弧垂的监测装置及方法，该装置及方法以输电线路中的光纤复合架空地线(OPGW，Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire)内部光纤作为传感器和信息传输通道，通过监测输电线路的温度分布，采用导地线之间的稳态热平衡关系，推算出导线的分布式温度，并引入输电线路导线的线路参数，采用输电线路的状态方程计算导线各档距的弧垂，实现输电导线的分布式弧垂监测。

为解决上述技术问题，本发明公开的输电线路导线分布式弧垂的监测装置，它包括计算机及信息处理单元、设置在输电线路上的光纤复合架空地线，光纤复合架空地线中的一根传感光纤作为分布式光纤传感器，其特征在于：它还包括布里渊光时域反射仪(BOTDR)、设置在输电线路导线上的点式温度传感器，所述分布式光纤传感器连接布里渊光时域反射仪的第一通信端，布里渊光时域反射仪的第二通信端连接计算机及信息处理单元的第一数据通信端，所述点式温度传感器的信号输出端连接计算机及信息处理单元的第二数据通信端。

一种利用上述监测装置进行输电线路导线分布式弧垂监测的方法，它包括如下步骤：

步骤1：利用点式温度传感器和布里渊光时域反射仪分别得到输电线路上一点的温度值和光纤复合架空地线的温度分布T_OPGW，并将温度值和温度分布T_OPGW传输给计算机及信息处理单元；

步骤2：在计算机及信息处理单元内建立输电线路和光纤复合架空地线的稳态热平衡关系，从而获得输电线路导线温度、输电线路导线载流量和温度分布T_OPGW之间的关系式，如公式(8)所示：

其中，I为输电线路导线的载流量、R为输电线路导线的单位长度电阻、π为圆周率、D_w为输电线路导线直径，ε为光纤复合架空地线的表面辐射系数、σ斯蒂芬-玻尔兹曼常数、T_w为输电线路导线分布温度、T_OPGW为光纤复合架空地线的温度分布、k为输电线路导线与空气之间的对流传热系数，公式(8)中只有输电线路导线的载流量I和输电线路导线温度T_w为未知量；

步骤3：以上公式(8)中输电线路导线的载流量I，在整条输电线路上均一致，因此，将点式温度传感器获取的输电线路上一点的温度值，作为输电线路导线分布温度T_w的某一个值，带入公式(8)计算得到输电线路导线的载流量I，此时公式(8)中的输电线路导线载流量I也成为已知量，此时，公式(8)中只存在一个未知变量输电线路导线分布温度T_w；

将布里渊光时域反射仪得到的光纤复合架空地线的温度分布T_OPGW带入(8)式，便可计算获得输电线路导线分布温度T_w；

步骤4：在输电线路的每个耐张段区段内计算输电线路导线的平均温度并采用架空线状态方程，如公式(9)所示，计算输电线路导线的耐张段区段在温度变化后的水平应力值；

式中σ₀₁、σ₀₂分别为温度变化前和变化后输电线路导线水平应力值；

γ₁、γ₂分别为温度变化前和变化后输电线路导线的比载；

T_w0、分别为温度变化前和变化后输电线路导线在对应耐张段区段的平均温度；

l_D、β_D分别为对应耐张段区段的代表档距和代表高差角；

α、E分别为对应耐张段区段输电线路导线的温度膨胀系数和弹性系数；