基于分布式光纤的架空输电线路覆冰监测技术及应用

叶茂

摘要： 在电网建设的过程中，为了电网建设的实效性，也应该积极的同检测技术保障的手段，检测出变电系统当中潜在的问题。架空输电线路导线覆冰现象作为当前电力系统当中最为普遍的问题，若出现了架空输电线路导线覆冰现象，那么便会直接导致杆塔倾斜甚至坍塌，从而引起导线舞动等一些列的问题，为人们的正常生活带来严重的影响，为国家和人民也会造成难以估计的经济损失。如何有效规避电路线覆冰危害，已经成为当前我国电网电力工作亟待解决的问题。

关键词： 分布式光纤;架空输电线路;覆冰监测技术

【中图分类号】TN914.332【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）12-0197-01

引言：严重覆冰和积雪会导致输电线路机械和电气性能急剧下降，引起线路过荷载、绝缘子串覆冰闪络、线路跳闸、断线、倒塔、导线舞动、发生不均匀覆冰或不同期脱冰事故和通信中断等事故等，从而造成巨大的经济损失和严重的社会影响。我国是世界上输电线路覆冰最为严重的国家之一。2008年初，我国南方部分省市遭受了严重的冰冻雨雪凝冻灾害，线路跳闸、断线和倒塔等事故普遍发生，给南方地区电力系统的安全稳定运行和电力供应带来极大的影响和威胁，全国直接经济损失超过了1000亿元。

1输电线路导线覆冰的成因、分类

1.1输电线路导线覆冰成因

输电线路导线覆冰并不是固定的，而是一种随机、无法人为控制的一种现象，直接影响了输电线路的正常运转。导致输电线路导线覆冰的因素诸多，受到了地形地貌、气候环境等诸多的条件影响。若温度如何湿度达到了一定的条件，在风力作用的影响和交互之下，那么空气当中的水汽直接被吹到输电线路当中，并且直接造成了输电线路导线覆冰现象。

1.2输电线路导线覆冰类型

输电线路导线覆冰的类型一般会结合冻结性质分成不同的几种类型和形式，一般当前常见的输电线路导线覆类型有冻雪型、结冻型、雾凇以及雨凇等类型。在四种常见的输电线路导线覆冰类型当中，雨凇是最具有危害性的一种覆冰手段，其质地相对坚硬，附着力非常强，在开展导线覆冰处理工作时也相对较为困难。针对冻雪类型导线覆冰情况来看，其危害也相对较小，其成分一般是以雪片为主，电线附着的紧实度较低，易于处理。针对雾凇类型导线覆冰情况来说，一般是物理形式的水汽升华并凝结而出现的晶体形式。针对混合冻结类导线覆冰是由雨凇和雾凇混合形成的一种内容。结合导线覆冰截面形式，可以将导线覆冰分为圆形、椭圆形、翼形、新月形等。结合导线覆冰的发展过程，可以有效的将导线覆冰分为湿增长过程和干增长过程。

2基于分布式光纤的架空输电线路覆冰监测技术及应用

基于分布式光纤技术的覆冰监测方法是利用架空输电线路已架设的电力通信光缆OPGW中冗余的一芯光纤做传感器，根据OPGW的应力和振动状态，通过信号解调和高精度算法识别线路覆冰区段并给出导地线实时等值覆冰厚度。该技术将系统主机安装至变电站内，有效规避传统在线监测面临的电源、通信、环境问题，且装置安装无需登杆，无需停电。

2.1分布式光纤覆冰监测系统

基于分布式光纤传感技术的覆冰監测系统以光缆内部1芯冗余光纤作为传感器，监测主机安装在变电站，线路上无需要安装任何传感器。根据布里渊光纤原理，输电线路发生覆冰后，光纤的温度和应变会发生变化，测量光纤传感器的多光学物理量可反映光纤的应变和温度变化，通过解耦可获得光纤的应变和光纤的温度分布，从而可计算得到线路等值覆冰厚度，实现架空输电长距离、全档距覆冰状态的监测与告警。

2.2分布式光纤覆冰监测系统布置方案

由于110kV聂康线和220kV京聂线进出220kV聂各庄变电站，220kV高泉线光纤可以通过跳纤能够跳到220kV聂各庄变电站，因此电网利用多路复用技术，选择在220kV聂各庄站安装一套分布式光纤覆冰监测系统，实现三条线路的覆冰状态同步在线监测和现监测手段从点到面的突破。同时，为实现500kV昌海线覆冰状态的在线监测，电网选择在500kV海淀变电站安装一套分布式覆冰监测系统。可实现110kV聂康线、220kV京聂线、220kV高泉线和500kV昌海线四条线路覆冰状态实时监测与覆冰数据统计。

2.3覆冰在线监测结果

针对此次严重覆冰事件造成的故障，经过现场勘查，发生故障跳闸线路区段与覆冰监测系统监测到的线路最大覆冰厚度位置一致。除覆冰故障区段现场勘查外，公司根据分布式光纤覆冰监测系统监测结果，启动雨雪冰冻灾害预警Ⅲ级应急响应，对覆冰监测系统告警最严重覆冰线路区段及相邻区段进行现场勘查与等值覆冰厚度测量，勘查范围包括110kV聂康线#116～#127、220kV高泉线#55～#62、500kV昌海线#89～#94、#117～#120。经过现场勘查，覆冰最严重区段为110kV聂康线#119～#120、220kV高泉线#57～#58、500kV昌海线#93～#94、#117～#118，与系统监测位置一致。等值覆冰厚度测量方法采用称重法，测量平台包括游标卡尺、冰盒、取冰刀、秤等。测量步骤如下。

综上可知，分布式光纤覆冰监测系统系统所反映的覆冰过程、发展趋势、覆冰厚度与人工观冰、现场实际勘查情况相符，因此验证了本文系统运行的有效性与准确性。

结语：与传统的监测技术对比，本文技术彻底解决了输电线路长期无法全线路实时在线覆冰监测的问题，并实现了监测范围由点到面的突破。

参考文献

[1]黄文焘，邰能灵，胡炎，等.架空输电线路覆冰在线监测系统的研究与实现[J].水电能源科学，2012，30（10）：157-160.