架空输电线路覆冰监测光纤光栅拉力倾角传感器的研制

输电线路覆冰危害电网安全稳定运行。为解决现有输电线路覆冰在线监测系统需要现场电源,易受电磁干扰,不能分布式测量,使用寿命短等缺点,开发基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的输电线路覆冰在线监测系统。基于光纤光栅传感技术,提出一种抗电磁干扰的光纤光栅拉力倾角一体化传感器。在该传感器中,通过设计双闭环U型槽结构形成了高精度抗偏载能力强的拉力传感单元;基于等强度梁易形变的特点研制了高分辨率小型化的倾角传感单元;采用增设不受力光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感问题。实验表明,所研制的光纤光栅传感器拉力倾角测量单元线性度高,传感器的灵敏度和分辨率较好,测量误差较小。基于该传感器的监测系统可实现准分布式测量,其测量范围可达100 km。     

架空输电线路覆冰监测用光纤光栅风速传感器的研制

风荷载测量是输电线路覆冰监测的重要组成部分,为解决现有输电线路覆冰在线监测系统中风速测量传感器需要现场电源,易受电磁干扰,不能实时测量风速,需要无线传输模块等缺点,开发了基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的风速传感器,此传感器利用粘贴有 FBG 的等强度梁对风速产生的压力进行测量.鉴于温度对光纤光栅应变测量有较大影响,采用在等强度梁上下 2 侧对称粘贴光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感的问题.对所研制的传感器进行了温度影响试验和风洞试验,试验结果表明,温度造成的传感器测量误差小于±5 pm,传感器线性度良好,测量误差小于±0.5 m/s,经计算由风速测量误差引起的冰荷载测量相对误差小于 2.14%,这些参数满足现场监测的要求.     

光纤光栅温度传感器在开关柜触头及母排温度监测中的应用

设计了用于开关柜母线、静触头温度监测的光纤光栅温度在线监测系统,系统所用光纤光栅温度传感器采用了应变不敏感封装,避免了传感器在安装及测试过程中应变对测量结果的影响,提高了温度监测准确度及可靠性。经测试,采用上述封装结构的光纤光栅温度传感器温度特性与裸光栅温度特性一致,该监测系统至今已连续运行1 a多,工作状态良好。     

光纤复合导线在110～220kV输电线路上的研究与应用

文章对110 kV、220 kV高压输电线光纤复合导线（OPPC）进行研究与应用,将先进的光纤通信、传感测温技术与输电技术进行高度融合和集成,研发了具有自主知识产权的光纤复合导线、接头盒及相关金具,利用光纤光栅传感器测温实现了实时温度在线监测功能,为输电线路状态监测、动态增容提供了新的技术手段.解决了OPPC复合导线光纤的T接分光信号接入问题,实现了全线信息接入,为线路智能化管理奠定了基础.解决了大长度、大截面光纤复合导线制造、运输、施工等难题,实现了光纤复合导线在110 kV与220 kV输电线路挂网应用.     

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。     

基于光纤传感技术的输电线路覆冰监测系统

基于光纤传感技术设计了一个输电线路覆冰监测系统,解决了电子式传感器需要现场供电,容易受到电磁干扰的缺点。使用ANSYS软件对输电线路杆塔受力进行有限元分析,从而确定传感器的安装位置。研制了一种光纤Bragg光栅拉力传感器对导线覆冰进行监测,通过OPGW光缆把光信号传输到解调仪和工控机。并对拉力传感器进行标定实验,实验表明,光纤Bragg光栅拉力传感器的灵敏度为0.028 2 nm/k N,线性度为0.743%FS,迟滞误差为1.47%FS,并在实验室对所有光纤光栅传感器进行组网联调,观察覆冰监测系统光栅个数及波峰峰值。     

光栅传感技术在输电杆塔倾斜监测中的应用

介绍了监测输电杆塔倾斜状态的几种常用方法,通过分析光纤光栅的传感原理,提出了将光纤传感技术应用于输电线路杆塔监测的设想,并设计了光纤传感系统,给出了光纤及光栅传感器的布设方式,介绍了基于TCP／IP协议组网实现远程监测的方法。     

输电线路覆冰荷载监测用光纤光栅称重传感器的设计

针对输电线路覆冰状态监测中传统的电阻应变片式传感器存在的问题,提出一种基于光纤光栅技术的新型称重传感器,即将封装后的两片光纤光栅应变片和一片温度补偿片用特种胶粘剂粘贴在弹性元件的敏感区域,通过测量光纤光栅中心波长的变化得到导线悬挂点的张力。仿真分析结果表明,弹性元件闭环U型结构的设计和光纤光栅应变片的对称粘贴,提高了传感器抗偏载能力,减小了传感器的测量误差。称重传感器的拉力试验结果表明,传感器在0～40kN的载荷范围内线性度为0.9998,灵敏度为43.4N/pm,可以满足输电线路覆冰状态在线监测的要求。     

光栅振动解调技术在输电线运动监测中的应用

实现对电力线运动状态的实时监测和预警为建设坚强智能电网提供了重要保障.文章介绍了国内外高压输电导线运动研究现状及监测技术并分析了其技术的不足.提出基于光纤光栅振动传感器解调技术的架空输电线运动状态监测方法,并给出基于此解调方法的输电线路运动状态监测系统的组网图,最后提出该解调方法和监测系统需解决的问题.     

埋入35kV干式空心电抗器的光纤布拉格光栅测温研究

针对干式空心电抗器高电压和强磁场的极端环境,采用埋入式光纤布拉格光栅测温技术,实现了对35 kV干式空心电抗器工作状态下的温度监测。研制出一种结构简单、体积小且抗电磁干扰的光纤布拉格光栅温度传感器,将传感器埋在导线外包封层表面相邻两根通风条之间,距离电抗器上沿约40 cm。温升实验结果表明,达到稳定状态后,最内导线层与最外导线层温度较低,分别约为82℃和72℃;中间各层温度相接近,分布在90~100℃之间,其中第6导线层温度最高约为100℃。埋入式光纤布拉格光栅温度传感器稳定可靠、准确度高、抗电磁干扰,能够实现极端环境下对35 kV干式空心电抗器温度的在线监测,对维护电网的安全稳定具有重大意义。     

光纤光栅测量技术的应用研究

分析了高压输电线路覆冰的危害,介绍了变电站电气设备温度测量的意义。利用光纤既是传感材料又是传输材料以及抗电磁干扰等优点,引出了光纤光栅温度和应变测量系统。通过对光纤光栅传感原理的研究,结合高压输电线路和变电站电气设备的特点,设计了波分复用传感系统和C/S模式的监测系统网路结构模型,对大范围的高压输电线路和其他电气设备进行温度和应力的同时监测有参考价值。     

配网供电系统中光纤光栅测温研究

为解决输电导线温度实时在线测量误差大的问题,并保障线路运行安全和提高线路输送效率,将光纤光栅测温技术用于输电线的在线测温。通过在单根光纤上串联多个不同中心波长的光纤光栅组成准分布式传感阵列,不同中心波长的光纤光栅与待测结构的光纤上各测量点相对应,当反射光经传输光纤从测量场返回时,波长解调设备会探测到波长改变量,并将其转化成电信号,从而可得到待测结构中各点的温度。在实际应用中,实现了对线路导线温度的实时监测,为运行人员提供了科学的测量数据,提高了线路的输送能力。     

全光纤微风振动监测传感器研制

笔者研究了基于光纤传感原理的输电线路微风振动在线监测技术,通过理论计算验证了以植入光纤光栅的悬臂梁为主体结构的新型无源传感器设计的可行性,依据计算结果指导成功试制出首个光纤光栅式微风振动监测传感器,同时根据光纤光栅的应力变化与导线微风振动中振幅及频率的变化情况对传感器进行了标定。标定后的系统经过实验室试验以及实际挂网运行验证可有效检测微风振动,并且文中设计的传感器完全满足频率为0~150 Hz、振幅为0~0.6 mm的输电线路微风振动监测规程。     

基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法

输电线路导线和地线振动往往造成线路断股断线、金具脱离等危害,现有的导线微风振动监测装置采用互感取电方式供电,而地线监测装置采用电池供电,使用寿命较短,且易受电磁干扰、雷击电流的影响。针对这些问题,开发了基于光纤光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器的输电线路微风振动在线监测系统,系统采用悬臂梁结构的光纤光栅传感器测量地线振动时反射光的波长变化,并通过OPGW/OPPC将光信号发送至变电站的光纤光栅解调仪,再通过安装在变电站的状态监测装置计算出导地线的动弯应变、振动幅值以及振动频率。系统可以实现地线微风振动的无源测量,不再存在电源供电的问题。此外,结合光纤光栅传感器抗电磁干扰、精度高的特点,提高了系统的稳定性和可靠性。     

光纤光栅传感技术用于架空输电线路状态监测

文章对3种光纤传感技术(B-OTDR/B-OTDA,DTS,FBG)用于架空输电线路状态监测进行了比较。DTS由于检测方法所限只能检测温度。虽然B-OTDA可以同时检测温度和应力,但由于光纤寿命、OPPC/OPGW制造技术以及价格昂贵等因素影响,不适合用于架空输电线路应力监测。光纤光栅传感技术具有价格适宜、精度高、速度快、测试距离长、可制成各种传感器等优点,适合用于架空输电线路的温度及应力等状态监测。     

基于BOTDR分布式光纤传感技术的架空线路温度检测现场试验研究

为了实时监测长距离架空线路的温度状态信息,基于Brillouin光时域反射计分布式光纤传感技术研制了一体化的分布式光纤传感系统。实验室环境下,该系统主机最大传感距离为30 km,温度分辨率为±2℃,温度测量范围为-60℃~90℃,空间分辨率为10 m。利用该系统对110 k V线路的光纤复合架空地线光缆进行了近19 h现场温度检测试验,并将15.4 km位置的检测结果与光纤光栅传感器检测结果进行了对比。试验结果表明:现场环境下,光纤系统可对OPGW光缆进行分布式温度检测,检测结果基本符合当地温度变化趋势,在15.4 km位置点与光纤光栅传感器监测的温度曲线基本一致,最大差值仅为1.8℃。受光纤制作工艺和熔接点损耗等因素的影响,导致Brillouin散射光谱出现分段现象和现场试验的最大传感距离仅为16 km。试验结果对分布式光纤传感技术在电力工程应用中具有参考意义。     

输电线路运行状态光纤感知研究与展望

电力线路是电能输送的载体,是电网的基础,对电力线路进行状态监测有利于提高电网运行可靠性。相比于光纤传感具有远距离、分布式、无源等多个优点,在电力线路监测领域发展迅速。为加快输电线路光纤状态监测技术的发展,系统评述了多种不同的光纤输电线路状态监测技术,提出了未来的研究重点及思路。首先,介绍了光纤布喇格光栅传感、光纤分布式传感、光纤干涉传感的测量原理,对比了不同光纤传感技术的优缺点和适用条件。其次,重点阐述了光纤传感器在架空输电线路与高压电缆状态监测领域的研究进展,梳理了现有研究对输电线路静态、低频及高频状态量感知的研究脉络和测量效果。再次,结合输电线路运行状态监测需求,重点分析了现有技术尚未攻克的难点问题。最后,阐述了研究的关键点和未来的研究方向,期望对输电线路的数字化转型发展提供参考。     

基于不可控整流移动式直流融冰装置的研究

针对湖南电网输电线路的冰冻灾害,提出了基于不可控整流的直流融冰技术,并研制了移动式直流融冰装置,可实现0～150km各种线型的输电线路融冰,解决了输电线路线型复杂、长度不等的融冰问题.移动式直流融冰装置对长沙向阳变电站110kV向黄I线进行了现场试验,该导线型号为LGJ-185,长度为12.626km,施加603A电流...     

架空输电线路覆冰监测用FBG拉力传感器的研制

相对于传统的电阻应变片,光纤布喇格光栅(fiberbragggrating,FBG)传感器具有抗电磁场干扰、绝缘性能好、寿命长等优点,可以可靠地用于架空输电线路的覆冰测量。为了提高已有的FBG柱式称重传感器性能,更好地监测导线覆冰情况,研制了用于耐张塔处的光纤布喇格光栅S型拉力传感器,结合光纤布喇格光栅倾角传感器,可以测量导线覆冰厚度、张力、弧垂等多项重要参数。所研制的光纤布喇格光栅S型拉力传感器由弹性体和FBG传感器两部分组成。其中弹性体采用S形剪切式外形,工字形截面。在弹性体两侧腹板处分别成±45°粘贴FBG传感器。弹性体受力后,在两侧腹板处可相应地产生拉压成双的主应变,两FBG波长值相减,不用额外补偿措施即能消除FBG温度与应变的交叉敏感问题。实验室研究表明,所研制的光纤布喇格光栅S型拉力传感器线性度较高,非线性误差为0.76%,灵敏度为0.0495pm/N,分辨率为20.2N/pm,精确度为1.2%,相对于实验室以前研制的FBG柱式称重传感器,非线性误差降低了一半,精确度提高了一倍,工作稳定。     

输电线路融冰过程监测系统的设计与实现

研发的基于GSM SMS和Zigbee网络的输电线路融冰过程监测系统,可同时监测线路微气象条件(温湿度、风速、风向、雨雪及气压等)、线路覆冰状况(覆冰导线的重力变化、绝缘子倾斜角、风偏角、导线舞动频率等)和运行导线状态(温度和电流)3方面信息,运行人员可根据这些监测数据进行线路融冰特性和温升特性的研究,从而实现了对融冰启动、融冰过程和融冰效果的自动监测。