基于光纤传感稳态热容平衡模型的架空线路导线温度监测

架空线路温度监测过程中,受环境温度、日照等因素的影响,导致其监测数据失真,降低监测准确度。提出基于光纤传感器的架空线路导线温度监测方法。建立架空线路导线的稳态热容平衡模型,分析影响导线温度相关因素。通过光纤温度传感器得到热膨胀的反应系数,计算求得光纤布拉格光栅对温度变化的灵敏度系数,构建传感稳态热平衡方程。结合环境温度、风速和日照辐射等参数,利用导线温升公式计算出传感导线各部位热阻值,获得相对应温度监测数据,实现架空线路导线温度监测。实验结果表明,所提方法在不影响线路正常运行情况下,实验测得导线上表面、侧方位和下表面的温度分别为27.8℃、26.6℃和23.4℃,温度监测准确,误差小。

特高压直流线路带电融冰系统研制及工程应用

为避免覆冰引起线路跳闸事故,且在融冰时不影响线路运行,论文研发了特高压线路地线和光纤复合架空地线(OPGW)的带电融冰系统,包含融冰电源、融冰装置、过电压保护系统、OPGW与地线回路。开展了OPGW/地线融冰参数校核、融冰装置参数校核,换流变压器、平波电抗器、桥臂过电压保护器选型,融冰线路绝缘化改造和绝缘配合设计,研发了特高压线路OPGW带电融冰系统。现场实测表明,融冰回路双端开路时,OPGW/地线感应电压可达13.7 kV,融冰回路单端接地时,感应电压降低至0.6 kV。计算表明,带电融冰装置选定额定参数10 kV/10 MW,可满足现场融冰要求。OPGW/地线表面覆冰为非规则形态,冰凌长度、直径、厚度的增长为非线性变化过程。现场实测表明,融冰装置输出260 A直流电流75 min后,OPGW最高温度升至20.7℃,安全地完成了特高压线路带电融冰。论文研制的特高压线路OPGW的带电融冰系统,为特高压直流线路在雨雪冰冻天气间安全运行提供了保障。

瑞利散射信号的远距离OPGW光缆断纤定位研究

光纤复合架空地线(OPGW)容易因雷击、覆冰、烧损、断股而形成断纤故障,导致骨干电源与调度通信中断,威胁电力系统用电安全。随着光纤应用领域的逐渐扩大,大范围的断纤故障检测成为难题。提出基于广域测量的远距离OPGW光缆断纤定位方法。在瑞利散射原理的基础上,采集入射光子进入OPGW光缆核心结构时反射的瑞利散射信号。利用信号波形特征保留度最高的快速傅里叶变换,以消除瑞利散射信号噪声。通过相位调制器拟合瑞利散射信号在三维视角下的幅值波动情况,识别信号幅值大幅跌落的OPGW光缆断纤位置。利用幅值大幅变化的瑞利散射信号特征可以远距离捕获的特点,实现远距离OPGW光缆断纤定位。试验结果表明,所提方法定位距离远、精度高、效率高。通过所提方法的应用,可以及时准确地定位OPGW光缆中的断纤位置,帮助维护人员快速响应和处理故障,从而最大限度减少因断纤故障而造成电力系统中断的时间,提高电力系统的可靠性和稳定性。

基于斜坡法的智能化架空线路应变快速感知

为了提高输电线路状态感知实时性,将单斜坡法和基于伪Voigt模型的最小二乘谱拟合法用于架空线路复合光纤应变的测量,基于实测布里渊谱系统,研究了工作点增益的信噪比和布里渊频移对单斜坡法准确性的影响。结果表明,随着工作点增益信噪比增加,布里渊频移误差近似成指数规律减小;随着布里渊频移与工作点频率之差的增加,布里渊频移误差先快速下降,然后略有增加;当工作点处布里渊增益的信噪比不小于25 dB且工作点频率始终小于(或大于)布里渊频移时,单斜坡法应变误差小于60με;根据不同布里渊频移下60με对应的临界信噪比,可插值获得不同情况下对应的临界信噪比;单斜坡法的谱测量时间和计算时间分别为谱拟合法的1/161和1/600左右。该工作为提高智能化光纤复合架空线路态势感知实时性奠定了基础。

架空输电线路弧垂及覆冰的在线监测

为实现架空输电线路在线覆冰及舞动监测,提出了一种基于分布式相敏光时域反射计(Φ-OTDR)架空输电线路在线监测方法。文章通过建立了输电线路的数学模型,理论分析得到导线的弧垂、舞动频率等参数计算公式;其次提出了基于Φ-OTDR分析方法,并对其监测原理进行了分析。通过搭建架空线在线监测模型,分别开展架空线舞动试验及覆冰试验,分析得到了架空输电线路的动态应变特性,验证了基于Φ-OTDR的输电线路状态在线监测方案。试验结果表明,在厘米尺度上,弧垂估计误差小于5.8%,在亚毫米尺度上,冰厚估计误差不大于10.84%,可准确描述了输电线路状态,为输电线路故障预警提供了有力支持。

基于光纤传感器的OPPC在线实时监测系统研究

为提高光纤复合架空相线(Optical Phase Conductor,OPPC)在线实时监测系统性能,以OPPC应力应变和温度监测为研究对象,提出一种基于光纤传感器的OPPC在线实时监测方法。方法通过搭建布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time-Domain Analysis,BOTDA)与布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)系统,对OPPC进行应力应变和温度监测,实现了OPPC在线实时检测。仿真结果表明,相较于BOTDR系统,BOTDA系统对OPPC应力应变监测的测量有效距离更长、空间分辨率更高、测量精度更高,且更容易准确定位引下线,实现线路应力分析;对OPPC温度的监测效果更好,更能实时反映OPPC的温度运行状况,确保OPPC运行安全,为提高OPPC在线实时监测系统的性能提供了参考。

330 kV输电线路改造工程OPGW通信过渡方案典型案例分析

电网建设过程中,经常会遇到对已运行330 kV线路上的光纤复合架空地线(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW)开断、更换原有普通地线线为OPGW光缆等情况。由于系统短路电流不满足要求,需要将原有小截面的OPGW光缆更换为大截面的OPGW光缆,从而造成原有OPGW光缆上承载的继电保护、调度自动化、电能计量以及监控等重要业务中断,影响电网的安全和可靠运行。因此,在输电线路改造期间,需要重点分析研究OPGW光缆通信过渡方案,保障其承载的各种重要业务的安全性和可靠性。基于该背景,分析研究330 kV线路改造工程中OPGW光缆典型通信过渡方案设计,以期为今后的工程建设提供参考。

复合光纤架空地线在不同接地方式下的放电路径选择特性

复合光纤架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)由于具有防雷和光纤通信功能,在交直流输电线路上得到了广泛应用。当前OPGW采用逐基接地而普通地线采用分段绝缘一点接地的接地方式,这种不平衡的接地方式使得OPGW更容易遭雷击而出现断股和掉线事故以致影响光纤通信。为此,采用缩微模型试验研究了OPGW和普通地线在全绝缘、分段绝缘一点接地和逐基接地等3种接地方式对放电路径选择特性的影响,试验结果表明,地线采用逐基接地时放电路径选择概率最高,而全绝缘时最低,试验结论和现场统计数据得到规律相符。为了降低OPGW遭雷击的概率,需要改变OPGW的接地方式或采取适当保护措施。

光纤复合架空地线的雷击断股机理与防治措施

针对我国光纤复合架空地线(opticalfibercompositeoverheadgroundwire,OPGW)断股时有发生的现状,有必要分析OPGW的断股机理并研究相应的防治措施。通过对我国OPGW断股情况的调查和对断股样品的微观分析得出了雷击造成OPGW断股的机理;按照标准进行雷击试验,分析了OPGW外层绞线单丝直径、绞线材料、雷击转移电荷库仑数、张力、雷电参数等因素对OPGW雷击断股的影响;通过模拟试验得出了避雷线接地方式与遭雷击概率的关系,根据雷击试验结果研制了2种耐雷型OPGW,通过计算并参照有关标准提出了OPGW发生断股损伤后的处理措施以及OPGW雷击断股的综合防治措施。

降低高压交流输电线路地线损耗的运行方式

为降低高压交流线路因电磁感应导致的地线损耗,提出了光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)换位和普通地线分段绝缘的地线连接方式,并与常用地线运行方式的地线损耗进行了定量比较,计算结果表明:该地线连接方式的地线损耗仅为常用运行方式的25%,节能效果明显,同时OPGW电气上保持连续,其通信功能不受影响。

光纤复合架空地线(OPGW)热性能的研究

提出了分析计算光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWires,OPGW)热性能的改进综合法,它利用分布函数求解趋肤效应并采用数值计算方法求解初始状态,在短路电流冲击的全过程中求解热交换性能,具有精度高、效果好等特点。利用该方法详细分析了几种常用OPGW的结构、材料与热性能之间的关系,结果表明光缆热性能分析对于OPGW产品的选型及运行维护具有重要的指导意义。

交流特高压输电线路复杂地线系统单相短路电流的计算

地线系统短路电流的准确计算对光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)热容量的校验及地线的选型有重要意义。OPGW在地线系统的广泛应用,尤其是为降低地线系统损耗而出现的新地线接线方式,如分段绝缘、换位及开环等,使得地线系统的接线变得较为复杂。通过建立复杂地线系统的电路计算模型,较方便地计算出交流输电线路在单相短路状况下的各种指标。数值算例验证了所提方法计算单相对地短路电流的准确性,并且研究了不同特高压地线接线系统在不同单相短路状况下的短路电流分布特征。结果表明,新的复杂地线接线系统对OPGW的选型要求更高,且需额外考虑普通地线的绝缘配合问题。

OPGW与普通地线构成的双地线系统中单相短路电流分流的计算

单相短路电流分布的准确计算对输电系统的安全有重要影响。文中说明了双侧消去法的特点,采用回路法对短路电流分布进行了量化计算和算例验证,将计算结果与双侧消去法的结果进行了比较,讨论了普通地线绝缘间隙不击穿情况下短路电流分布的变化。结果表明:回路法得到的短路电流分布与双侧消去法的结果一致,证明了采用回路法计算的结果是正确的;假定绝缘间隙不击穿时,相应线路段的光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)要承受更大的电流,为实现OPGW与普通地线匹配,降低实际线路成本,绝缘间隙整定时,确保绝缘间隙击穿有重大的现实意义。

OPGW架空输电系统任一点接地短路电流分布的研究

架空输电线路发生接地短路时,短路电流在光纤复合架空地线(OPGW)上的分布对电力系统有重要影响。传统计算OPGW线上短路电流的方法大多采用工程简化计算和基于序分量法的计算,并且只考虑接地短路发生在杆塔处的情形,计算结果过于粗糙。为此提出了基于相分量模型对全线任一点接地短路电流计算的方法。分别提出接地短路发生在杆塔处和杆塔间不同的数学模型,进一步求解相导线和OPGW每一级档距上的电流。数值算例验证了在杆塔处接地短路分流模型的正确性,杆塔处接地短路的分流结果进一步验证了杆塔间接地短路分流模型的正确性,并在实际工程中进行了应用。对于复杂的OPGW架空输电系统,基于相分量模型的计算方法能够准确计算全线任一点发生接地短路时,OPGW线上短路电流的分布情况。

基于扩展相分量法的OPGW系统接地短路电流计算

在架空输电系统中,光纤复合架空地线(OPGW)的应用越来越多。在OPGW线分布的短路电流值对OPGW线的设计和选型、架空输电线路的安全运行都有着重要的影响。由于传统相分量模型能够反映出各导线间的相互影响关系,文章在传统的相分量的基础上,对其进行了改进,即考虑两者之间的相互作用,将相导线和OPGW线作为一个整体,同时采用一致的模型进行分析。这种扩展相分量模型能够充分考虑线路不同杆塔型号造成的互感变化、OPGW线是否逐塔接地和OPGW线是否分段绝缘运行的情形,能够准确计算发生单相接地短路时,OPGW线和相线上短路电流等沿线分布的电气量。文中算例计算结果与EMTP仿真结果的对比,验证了文章计算的正确性。文章提出的方法计算准确,为架空输电线路沿线短路电流的分布提供了量化计算的依据,并且已经在电力工程设计中得到了应用。

基于光纤复合架空地线通信的输电线路在线巡视系统

研发基于光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)通信的输电线路在线巡视系统。该系统按照电力部门输电巡维类标准化作业指导书的要求,基于各个杆塔的可视监控、红外成像等功能和光纤通信的信息集成,实现可替代人工巡视的输电线路在线巡视。该系统由杆塔终端系统、后台监控主机系统以及光纤通信系统组成。为保证每杆塔终端采集的可见光视频图像、红外图像等海量监测数据的可靠实时传输,系统结合OPGW光单元的接续引下新技术并基于以太网无源光网络实现每杆塔终端与后台主机系统的光纤通信。该系统作为线路巡视的新手段,可满足电力生产部门对输电线路及其设备日常巡视和安全预警的要求。

我国全介质自承式光缆的运行状况及抗电腐蚀措施

近年来全介质自承式(All-DielectricSelf-Supporting,ADSS)光缆在运行中受电腐蚀损坏频繁发生,文章调查了我国25个省(自治区)和5大城市的ADSS光缆运行状况。调查发现:ADSS光缆的运行状况与气象和污秽环境有关,如东北三省220kV线路上ADSS光缆运行良好,而渤海湾沿海是严重污秽区,光缆电腐蚀严重;110kV及以下电压等级线路的ADSS光缆普遍运行良好;电腐蚀原因是防震鞭材质不耐电腐蚀和防震鞭与光缆金具之间距离近;光缆挂点选择不当和光缆质量问题。建议采取如下抗电腐蚀措施:防震锤代替防震鞭;220kV线路上采用防晕环(圈);修补已被腐蚀的光缆护套;杆塔与金具间串入硅橡胶绝缘子等。同时建议110kV线路不宜普遍用光纤复合架空地线,宜用ADSS光缆。

新疆750kV交流输电系统电磁暂态分析

结合新疆地区乌北—吐鲁番—哈密750 kV输变电工程,研究了线路各种运行情况下的潜供电流、恢复电压,验证了高抗中性点小电抗取值的合理性。对于同杆架设双回路段,计算了正常运行线路对另一回检修线路的感应电压和感应电流。研究了各种运行方式下的工频过电压以及合闸操作过电压,同时分析了合闸空载变压器的过电压和励磁涌流。最后计算了光纤复合架空地线(optical power ground wire,OPGW)采用分段绝缘单点接地方式时的感应电压。电磁暂态程序(EMTP)的仿真计算表明,潜供电流、恢复电压数值不大,高抗中性点小电抗取值合适。同杆双回路接地刀闸电气参数符合要求。线路两端装设高抗后,工频过电压符合我国关于超高压线路工频过电压的要求。线路三相合闸、单相重合闸操作过电压不高,而且对金属氧化物避雷器(MOA)热容量要求不高。合闸空载变压器过电压和励磁涌流较小。OPGW感应电压不大,数值和分段长度基本成正比,采用分段绝缘单点接地方式利于减小线路电能损耗。

光纤复合架空相线在中低压架空输电线路中应用

光纤复合架空地线(OPGW)既可作为地线,又可作为光纤通信,具有良好的技术和经济效益,在110 kV及以上高压架空输电线路中获得了广泛的应用;35 kV及以下中低压架空输电线路,只需在进入变电所(站)之前局部长度上架设地线,进行防雷保护,又称为进线保护,因此,通常采用同杆架设的全介质自承式光缆(ADSS)。论述了能替代ADSS的新型产品——光纤复合架空相线(OPPC)结构设计、技术优点和经济效益,以及应用中注意的问题。由于OPPC具有良好的技术和经济效益,将在中低压架空线路中获得进一步的广泛应用。

分布式光纤传感技术在输电线路在线监测中的应用研究综述

分布式光纤传感(distributedopticalfibersensing,DOFS)技术融合传输媒介和传感单元一体化实现了空间的连续监测,且可以直接利用光纤复合架空地线内光纤资源,其独特优势使得DOFS技术在输电线路在线监测中越来越多地被应用。首先对DOFS中的瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射的基本原理进行简要介绍,给出了DOFS系统可以监测的基本物理量和各类DOFS技术的特点;然后围绕雷击、覆冰、舞动等工况监测对DOFS技术在输电线路在线监测领域的研究现状进行综述。随后分析了现有DOFS技术在传输距离、空间分辨率、复杂物理环境下的交叉耦合以及多参量分布式光纤传感系统解调方面的局限性,并对解决上述问题的关键技术进行了分析和介绍,最后对准确、全面的DOFS监测技术的未来发展进行了展望。