[发明专利]光栅矢量传感器、架空线路覆冰弧垂状态监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种光栅矢量传感器、架空线路覆冰弧垂状态监测装置及方法，光栅矢量传感器包括感知件，若干组光纤光栅和单模光纤；感知件为中心镂空的柱状体，在其受力变形区域粘贴有若干组光纤光栅；感知件的两端分别设置有连接件；每一组光纤光栅平行于感知件的轴向方向，并采用准分布式缠绕在感知件上；在感知柱的内侧粘贴光纤光栅，光栅矢量传感器将覆冰导地线的张力进行传递、分解和在线监测。本发明的光栅矢量传感器，深度融合导地线金具的具体工程环境，实现在线监测和实时传输功能，结合人工智能算法提升数据模型的准确度，形成一套完整的覆冰弧垂冰状态监测技术方案。

技术领域

本发明属于架空线路监测领域，涉及一种在耐张段中，监测覆冰及弧垂状态下的导地线张力变化的光栅矢量传感器，具体是一种光栅矢量传感器、架空线路覆冰弧垂状态监测装置及方法。

背景技术

在架空线路中，耐张型杆塔不仅要承受导地线及金具的重力载荷，还要承受来自线路方向的附加载荷，这种附加载荷主要由外界条件引起。在2008年冰冻雪灾中，耐张塔由于受到强大的外界载荷而损坏，从而引发整个线路的坍塌事故。因此，在耐张塔处有必要安装传感器，密切关注外界载荷的变化，主要监测目标是覆冰及弧垂。

3.1覆冰监测相关技术

架空输电线路的覆冰作为一种危害巨大的灾害，严重威胁输电线路安全稳定运行。其危害主要有过负载事故、不均匀覆冰或脱冰、导地线覆冰产生的舞动和绝缘子闪冰事故等。过负载事故是指当导地线覆冰后，由于质量和风压面积增加而导致的机械和电气方面的事故，该事故发生会造成金具损坏、导地线断股、杆塔损伤倒塌等。不均匀覆冰或脱冰会产生张力差，从而导致导地线缩径和断裂，绝缘子损伤，杆塔横担扭转和变形，容易造成闪络。导地线覆冰产生的舞动，覆冰是产生舞动的动力之一，导地线覆冰后易产生舞动，舞动大幅度摆动持续时间长，容易造成更大危害。绝缘子闪冰事故：覆冰的危害如果夹杂很多污秽物，则很容易产生绝缘子闪络，从而破坏电气环境的绝缘状态。

覆冰产生的机理：一般认为是由液态过冷水滴释放潜热固化的物理过程。水和冰的热量交换和传递密切相关，从而影响冰量冰厚。

输电线路的覆冰模型研究：其解决了气象参数下的量化分析。目前较为成熟的有：EA公司搭建的预测性模型和实际模拟线路装置，对结冰条件和各种参数的形成有效解决。MRI模型以及修正GOODWIN等：估算冰的增长过程和湿度温度的影响下冻冰形成。

输电线路的除冰和抗冰技术：热力除冰法、机械除冰法、自然被动除冰等。

1、热力除冰：利用导地线的大电流产生热量进行除冰；目前被认为是最有效的方法。

2、机械除冰：直接用各种人工机械和电动机械装置采用冲击、爆炸、弯曲等方式除冰；

3、自然被动除冰：采用安装阻雪环、平衡锤、风力伞等装置阻止覆冰产生。尤其是应用憎水性涂料的方法受到关注。这些方法均不能保证可靠除冰但是无需外部附加能量。

目前的在线监测方法：

1、图像、视频法：安装在杆塔上的视频装置采集覆冰线路的实时图像，然后通过分析得出现场的覆冰情况。利用图像差异识别覆冰程度。

2、称重法：通过力传感器替代久而源自的球头挂环，利用角度传感器和拉力传感器分别测量悬垂绝缘子串的倾角、风偏和覆冰载荷。结合风速风向等气象数据，对悬垂挂点在垂直方向进行静态分析，计算垂直档距内由于覆冰增加的垂直载荷，进而得到覆冰厚度。

3、倾角弧垂法：以导地线覆冰发生后的扭转参考基准面变化，得到实时监测的数据。

3.2弧垂状态监测简介

引起导地线弧垂变化的原因主要是有导地线的负载变化和温度变化，造成的危害主要以下几个方面：