[发明专利]基于OPGW多芯应力感测的输电线路动态形变重构方法

说明书

本发明公开了一种基于OPGW多芯应力感测的输电线路动态形变重构方法，通过在静态状态下选择OPGW光缆中的多条光纤作为选定光纤，使用分布式光纤应力传感系统分别测量各条选定光纤在自然悬垂状态下的应力，根据每条选定光纤自然悬垂状态下的应力分别计算出每条选定光纤对同一外界扰动的耦合系数根据每条选定光纤的应力动态分布状况的测量结果分别和相应选定光纤的耦合系数确定每条选定光纤的校正应力，根据形状还原公式和每条选定光纤的校正应力，构建OPGW光缆的三维形态，以实现对相应的输电线路动态形变的重构，提高重构得到的输电线路动态形变的准确性。

技术领域

本发明涉光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于OPGW多芯应力感测的输电线路动态形变重构方法。

背景技术

智能电网发展中，电力传输和通信网的融合称为主要趋势，其中光纤通信称为重要组成部分，也就使得电力光缆在电力系统中被广泛运用。其中光纤复合架空地线(OPGW)光缆，由于其自身易于维护、运行可靠、技术相对成熟等特点，在智能电网建设中成为主要采用的电力光缆。由于光缆通常是随高压架空输电线一起铺设，长期运行于野外，受到多种外界环境的干扰，如覆冰、狂风等影响，从而影响其机械性能和电气性能。为尽早排除OPGW光缆的安全隐患，保障通信线路的安全可靠运行，大量基于光纤传感原理的在线监测技术被运用其中。

在OPGW光缆应力监测领域，目前常基于布里渊频移原理进行测量。2015年国网电力科学研究院范鹏等人利用布里渊光时域反射仪(B-OTDR)对OPGW进行了应变实验研究，进行了拉力测试模拟实验。2014年赵群等人的专利“OPGW光缆应力测试方法”利用布里渊谱实现对OPGW的应力监测。但这些方法利用单条光纤的应力结果，虽可以实现故障定位，但对外界作用力幅度无法准确还原，且对OPGW光缆舞动方向无法进行监测。而光纤形状传感作为一种今年来的新兴技术，在医疗、航天、智能穿戴等领域有大量应用。由于光纤形状传感的基础是获取光纤应变分布，因而在电缆监测中，光纤形状传感技术也逐步被引入，存在潜在的应用前景。2019年，瑞士洛桑联邦理工学院采用Φ-OTDR实现了多芯光纤形状传感器的重构。2016年，华中科技大学唐明课题组利用B-OTDR实现了光纤曲率求解。随后又进一步发展了B-OTDR在光纤形状传感中的应用。但是在光纤形状传感中多采用的是多芯光纤，而OPGW光缆中虽含有多条光纤，但结构与多芯光纤存在较大差异。多芯光纤是在一根光纤中合理安排多个纤芯，各纤芯间通过包层分隔，且纤芯间距非常小，结构紧密。而OPGW光缆中，则是在光纤单元内布置了多条独立光纤，且为了防止光缆纤芯受到挤压设计了必要的机械保护结构，例如一些金属结构作为保护，而且内部光纤单元中光缆纤芯布置松紧程度也不同，主要有缓冲紧套结构和松套结构。这些保护结构与光纤布置松紧程度，使得整条缆在受到外力时，不同位置处的光纤对该力的响应存在差异。OPGW光缆结构的特点使得其在传感过程中与使用多芯光纤存在差异，这样容易使以此确定的输电线路动态形变的准确性低。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种基于OPGW多芯应力感测的输电线路动态形变重构方法。

为实现本发明的目的，提供一种基于OPGW多芯应力感测的输电线路动态形变重构方法，包括如下步骤：

S10，在静态状态下，选择OPGW光缆中的多条光纤作为选定光纤，使用分布式光纤应力传感系统分别测量各条选定光纤在自然悬垂状态下的应力；

S20，根据每条选定光纤自然悬垂状态下的应力分别计算出每条选定光纤对同一外界扰动的耦合系数；

S30根据每条选定光纤的应力动态分布状况的测量结果分别和相应选定光纤的耦合系数确定每条选定光纤的校正应力；

S40，根据形状还原公式和每条选定光纤的校正应力，构建OPGW光缆的三维形态。

在一个实施例中，在静态状态下，选择OPGW光缆中的多条光纤作为选定光纤，使用分布式光纤应力传感系统分别测量各条选定光纤在自然悬垂状态下的应力包括：