專利名稱：一種輸電線路舞動在線監測系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于輸電線路在線監測技術領域，尤其涉及一種輸電線路舞動在線監測系 統。
背景技術：
在冬季，當水平方向的風吹到因覆冰而變為非圓截面的導線時，將產生一定的空 氣動力，由此會誘發導線產生一種低頻率(0. 1 3.0赫茲)、大振幅(可達10米以上)的 自激振動，其形態上下翻飛，形如龍舞，稱為舞動。另外，在覆冰較薄或者無覆冰的情況下， 也可能發生舞動。我國是架空輸電線路舞動多發的國家，近年來，隨著電網建設的發展，架 空輸電線路向著大截面、多分裂的方向發展，線路舞動事故更趨頻繁，其造成的損失也更加 巨大，嚴重威脅著電網的安全穩定運行。線路舞動會引起諸如導線電弧燒傷、金具損壞、導 線斷股、斷線、倒塔等事故。現有輸電線路舞動在線監測系統主要有以下幾種1)基于數字圖像處理技術通過安裝在輸電線路現場的監測終端采集攝像頭畫面，應用數字圖像處理技術處 理現場圖像數據，從而得出舞動的特征參數，并結合現場氣象條件判定輸電線的舞動級別。 這種系統需要使用太陽能電池板供電，當遇到連續陰雨天氣時，系統無法工作，而且系統的 采集攝像頭在夜間無法正常使用。2)加速度傳感器該系統由加速度傳感器、短距離無線模塊、基站和無線全球移動通訊系統模塊組 成。其中，加速度傳感器直接安裝在導線上，測量輸電導線舞動時的加速度變化，然后通過 短距離無線方式將測量數據傳輸給安裝在桿塔上的基站，基站再利用全球移動通訊系統模 塊將測得的數據無線傳輸到遠方的值班監控機上，然后使用專家系統進行舞動分析。在這 種監測系統中，加速度傳感器直接安裝在輸電導線上，這種安裝方式容易使加速度傳感器 受到電磁干擾的影響；此外，加速度傳感器的電源由內置電池提供，而電池需要經常更換。3)導線應變測量在挪威，研究人員在輸電導線上分別安裝3個光纖光柵應變傳感器，測量了無覆 冰情況下，微風振動和大風振動時輸電導線舞動的溫度和應力數據，并觀測了導線舞動波 形。在這種方法中，需要使用光纖將安裝在高電位導線上的光纖光柵應變傳感器與安裝在 低電位桿塔上的解調儀連接。對于高壓輸電線路而言，雨雪天氣容易導致沿傳輸光纖擊穿。光纖光柵具有抗電磁干擾、使用壽命長、可進行分布測量等優點，發明專利“用于 輸電線路的光纖光柵監測系統”(公開號101701859A)中提出了一種用于輸電線路覆冰監 測的拉力傾角傳感器，通過這種傳感器的靜態測量結果計算輸電線路覆冰情況。本發明基 于這種光纖光柵技術，利用光纖光柵拉力測量傳感器測量的拉力動態變化信息對輸電線路 的舞動現象進行在線監測。
發明內容
針對上述背景技術中現有輸電線路舞動監測系統存在的需要現場電源、易受電磁 干擾、結構復雜等不足，本發明提出了一種輸電線路舞動在線監測系統。本發明的技術方案是，一種輸電線路舞動在線監測系統，其特征是所述系統包括 光纖光柵拉力測量傳感器、光纖復合架空地線、動態波長解調系統和監控計算機；所述光纖 光柵拉力測量傳感器與所述光纖復合架空地線連接，所述光纖復合架空地線與所述動態波 長解調系統連接，所述動態波長解調系統與所述監控計算機連接；所述光纖光柵拉力測量傳感器用于接收由所述動態波長解調系統傳來的寬頻帶 光，并將該光信號反射后的窄頻帶光經所述光纖復合架空地線，傳輸給所述動態波長解調 系統；所述光纖復合架空地線用于傳輸所述光纖光柵拉力測量傳感器的入射和反射的 光信號；所述動態波長解調系統用于發送寬頻帶光信號，并接受所述光纖光柵拉力測量傳 感器返回的窄帶光信號，并從中解調出光纖光柵的中心波長；所述監控計算機通過網口或串口方式與所述動態波長解調系統連接，根據其解調 出的光纖光柵的中心波長來計算輸電線路所承受的拉力變化，根據導線拉力的頻率和幅值 計算得到導線的舞動頻率和舞動幅值。所述光纖光柵拉力測量傳感器安裝在絕緣子串和桿塔之間。所述動態波長解調系統的掃描頻率為10赫茲，測量分辨率為1皮米，重復性為2 皮米。所述監控計算機采用指定軟件對數據進行分析。本發明的監測系統有以下優點(1)適合在惡劣氣候環境下工作，抗電磁干擾強， 可進行長期有效的監測；( 電源由遠方變電站提供，采用光纖光柵技術，克服了現有電子 系統抗電磁干擾能力差、需要現場電源等缺點；C3)測量得到的應變通過光的波長傳遞，光 纖光柵舞動監測系統不受光源的光強波動、光纖連接耦合損耗、光波偏振態變化等因素的影響。
圖1是輸電線路舞動在線監測系統示意圖。圖2是光纖光柵拉力測量傳感器的安裝位置。圖3是輸電線路舞動時的拉力測量結果。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。圖1是根據本發明的示意圖，包括光纖光柵拉力測量傳感器1、光纖復合架空地 線2、動態波長解調系統3和監控計算機4，其中光纖光柵拉力測量傳感器1 用于接收由動態波長解調系統3傳來的寬頻帶光，并 將該光信號反射后的窄頻帶光經光纖復合架空地線2，傳輸給動態波長解調系統3 ；光纖光柵拉力測量傳感器的彈性體上粘貼有光纖光柵，根據光纖光柵的應變變化反應彈性體的受 力情況。具體方法是將兩根光纖光柵粘貼到彈性體發生應變區域的不同位置或增設一根 不受力影響而只監測溫度的光纖光柵。該方法同時解決了溫度與應變的交叉敏感問題；光纖復合架空地線2 用于傳輸光纖光柵拉力測量傳感器1的入射和反射的光信 號；動態波長解調系統3 用于發送寬頻帶光信號，并接受光纖光柵拉力測量傳感器1 返回的窄帶光信號，并從中解調出光纖光柵的中心波長；動態波長解調系統的掃描頻率為 10赫茲或以上，分辨率為1皮米，重復性為2皮米。監控計算機4 通過網口或串口等方式與動態波長解調系統3連接，根據其解調出 的光纖光柵的中心波長來計算輸電線路所承受的拉力變化，根據導線拉力的頻率和幅值變 化計算得到導線的舞動頻率和舞動幅值，監控計算機含有報警單元，當專家系統分析得到 的舞動幅值大于預先設定值時，監控計算機發出警報信號。現場僅放置光纖光柵拉力傳感器，寬頻帶光反射后的窄頻帶光信號通過光纖復合 架空地線傳輸給位于監控中心的動態波長解調系統，因此可以采用同一動態波長解調系統 處理不同的光纖光柵拉力傳感器反射的窄帶光，從而實現分布式測量，克服了現有技術中 每個測量點(即每個測量桿塔)都需包括測量模塊、取電模塊和無線發射模塊，而導致的系 統整體成本高的問題。如圖2所示，光纖光柵拉力測量傳感器安裝在絕緣子串和桿塔之間，取代了現有 技術中的金具，現場為無源測量，光信號通過光纖復合架空地線在變電站和測量端之間傳 輸。圖3是本發明實施例獲得的輸電線路舞動時的拉力變化測量結果。由圖3可知， 導線未舞動時的初始拉力為Ttl牛，舞動后光纖光柵拉力傳感器測量到的拉力發生了變化。 系統獲得導線舞動拉力數據后，用快速傅里葉變換對數據進行分析，從而獲得導線舞動時 拉力的頻率和該頻率發生時刻的拉力幅值，監控計算機使用這兩個數據計算獲得導線的舞 動頻率和舞動幅值。由上述描述可以知，本發明的實施實現了如下技術效果本發明的監測系統適合 各種氣候條件使用，該系統抗電磁干擾能力強、測量精度高、速度快、頻率響應好、性能穩 定；該系統測量到的應變信號通過波長編碼，不受光源的光強波動、光纖連接及耦合損耗、 以及光波偏振態變化等因素的影響；該系統測量靈敏度高、分辨率高；該系統采用分布式 測量技術，可以使用一套解調系統對多個導線易舞動區域進行同時監測，大大降低了系統 成本；動態波長解調系統由變電站電源系統供電，電源安全穩定。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍 為準。
權利要求
1.一種輸電線路舞動在線監測系統，其特征是所述系統包括光纖光柵拉力測量傳感 器、光纖復合架空地線、動態波長解調系統和監控計算機；所述光纖光柵拉力測量傳感器與 所述光纖復合架空地線連接，所述光纖復合架空地線與所述動態波長解調系統連接，所述 動態波長解調系統與所述監控計算機連接；所述光纖光柵拉力測量傳感器用于接收由所述動態波長解調系統傳來的寬頻帶光，并 將該光信號反射后的窄頻帶光經所述光纖復合架空地線，傳輸給所述動態波長解調系統； 所述光纖復合架空地線用于傳輸所述光纖光柵拉力測量傳感器的入射和反射的光信號；所述動態波長解調系統用于發送寬頻帶光信號，并接受所述光纖光柵拉力測量傳感器 返回的窄帶光信號，并從中解調出光纖光柵的中心波長；所述監控計算機通過網口或串口方式與所述動態波長解調系統連接，根據其解調出的 光纖光柵的中心波長來計算輸電線路所承受的拉力變化，根據導線拉力動態變化的頻率和 幅值計算得到導線的舞動頻率和舞動幅值。
2.根據權利要求1所述一種輸電線路舞動在線監測系統，其特征是所述光纖光柵拉力 測量傳感器安裝在絕緣子串和桿塔之間。
3.根據權利要求1所述一種輸電線路舞動在線監測系統，其特征是所述動態波長解調 系統的掃描頻率為10赫茲，測量分辨率為1皮米，重復性為2皮米。
4.根據權利要求1所述一種輸電線路舞動在線監測系統，其特征是所述監控計算機采 用指定軟件對數據進行分析。
全文摘要
本發明公開了輸電線路在線監測技術領域中的一種輸電線路舞動在線監測系統。該系統包括光纖光柵拉力測量傳感器、光纖復合架空地線、動態波長解調系統和監控計算機；該系統利用光纖光柵拉力測量傳感器測量的拉力動態變化信息對輸電線路的舞動現象進行在線監測。該系統不需要現場電源，具有抗電磁干擾、不受光強波動影響的特點，可對輸電線路進行長期有效監測。
文檔編號G01L1/24GK102141434SQ20111002371
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者李成榕, 馬國明 申請人:華北電力大學