范俊辉

摘要：输电线路覆冰会导致线路和杆塔的过荷载、线路舞动、断线和绝缘子覆冰闪络等事故，严重影响输电线路的机械和电气性能，造成巨大经济损失的同时还严重影响电力系统的安全稳定运行。监测输电线路的运行状态以估计覆冰所造成的威胁，为线路的防冰和除冰提供必要的决策支持，及时采取相应的措施以抑制覆冰造成的危害显得尤为重要。

关键词：输电线路;覆冰事故;覆冰监测;光纤传感技术

引言

近年来，气象灾害事故的频频发生给电网的安全运行构成严重威胁。其中，导线覆冰是冬季线路发生故障的主要原因，输电线路覆冰轻则导致绝缘子串冰闪跳闸、相间闪络跳闸等短期事故，重则可导致杆塔倾斜倒塌、线路金具损坏、线路断线等严重事故，从而造成巨大的经济损失和严重的社会影响。输电导线覆冰监测方法主要有称重法、图像检测法、导线倾角法等。现有的监测装置多采用电子式传感器，存在监测装置的供电问题、通信问题和强电磁环境下系统工作可靠性问题等。

1高压输电线路覆冰的原因

人为和自然因素都可能导致高压输电线路出现覆冰情况。高压输电线路覆冰主要是由天气、海拔等自然因素引起的，一些纬度较高的地区本身气温偏低，在季节和海拔的等因素的综合作用下，输电线路就出现了覆冰现象。除此之外，工作人员在对线路覆冰厚度进行设计时，忽视了线路能承受的限度以及可能出现的天气情况，从而导致了线路覆冰情况的出现。

2光纤传感的输电线路覆冰监测技术应用

2.1光纤传感技术的选择

在对高难度、大范围的输电线路进行监测时，主要有以下三种光纤技术可供选择：拉曼散射技术、光纤布拉格光栅技术和布里渊散射技术。其中光纤布拉格光栅技术是准分布式光纤传感技术，而拉曼散射技术和布里渊散射技术则属于连续分布光纤式传感技术。

2.2基于光纤传感的覆冰监测

随着光纤传感技术的不断发展，光纤传感技术的优势逐渐显现，其在输电线路覆冰监测中的应用也越来越广，利用光栅传感器、ADSS光缆、光纤复合架空地线（OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW）和光纤复合相线（OpticalPhaseConductor，OPPC）等媒介进行参数监测。线路覆冰时，由于冰的比热容与线路的相差较大，冰层会吸收能量且冰层表面会发生漫反射，反射部分太阳辐射，覆冰段所吸收到的能量少于未覆冰段，致使覆冰段的温度变化会滞后于未覆冰段的温度变化，可根据温度的变化情况进行覆冰监测;线路上的覆冰也可视为外力作用在线路上，对于光纤或者光栅传感器来讲就会有应力变化上的体现，于是也可以通过监测应力等参数来判断线路是否覆冰，便于及时发现覆冰以减小覆冰所造成的影响。光纤传感在线监测技术具有高灵敏度、强抗电磁干扰、很好的电绝缘性以及无需电源供电等特点，监测系統适合在输电线路的高压、强电磁干扰和强腐蚀等恶劣环境下工作，较其它方法而言更能保障测量数据的精确度及监测系统工作的稳定性。光纤传感器不同于传统以电测量原理为基础的拉力传感器，它是一种用光作为敏感信息的载体，光纤作为传递敏感信息媒质的新型传感器。

2.3光纤光栅称重、双轴倾角传感器安装

为了在准确测量直线塔悬挂绝缘子串所受张力的同时，避免对现场设备做大的改动。拉力传感器大多数只安装在直线塔上，且多以非标替金具式拉力传感器为主。拉力传感器替换现有金具中球型挂头，传感器的长度与被替换金具的总长度相同，所测力的方向为悬垂绝缘子串轴向。双轴倾角传感器由顺线光纤光栅倾角传感器和横向光纤光栅倾角传感器组成，通过测得的波长数据，可实现对悬垂绝缘子串顺线的倾斜角度和横向的倾斜角度的测量，实现悬垂绝缘子串的二维倾斜角度的实时测量。

2.4分布式光纤传感技术

分布式光纤传感技术除了具有光纤传感器的优点外，还具有光纤集传感和信号传输于一体，空间上的连续检测等特征。分布式光纤传感技术利用光纤的相关物理特性对被测场的空间和时间行为进行实时监测，利用检测装置接收到的散射光信号实现物理场的测量。通过到达检测装置的背向散射光与入射光的时间差实现定位，从而实现分布式传感，因此它可以对整条光纤沿线的物理量进行测量，可以代替成千上万个点式传感器。分布式布里渊光纤传感器传感距离长，抗电磁干扰能力强，可以实现温度和应变的分布式测量，若无特殊要求，无需再架设光纤，单模或者多模光纤即可满足要求，且监测、定位精度高，安装方便，能更好地监测电网运行状况。

2.5基于光纤传感的输电线路覆冰监测系统设计

输电塔线覆冰监测系统有4个主要功能模块，分别为在线监测模块、时序曲线显示模块、报表信息模块、后台操作模块。在线监测模块，在线监测模块的界面采用flash制成，单击flash界面上的光纤复合绝缘子监测区域，可显示该区域当前监测的悬垂绝缘子串轴向力和二维倾斜角度的实时数据;单击导线覆冰监测区域，可实时显示当前监测的导线覆冰监测值。时序曲线显示模块，时序曲线显示模块包含时序曲线显示和未来趋势分析两个子模块。时序曲线显示可以显示光纤光栅称重、双轴倾角传感器的历史数据曲线;趋势分析算法依据传感器的历史数据可分析推算出光纤光栅称重、双轴倾角传感器的未来数据趋势。

结束语

我国的电力系统一直受地形、天气等因素制约，对线路监测难度很大，尤其是高压线路覆冰情况的监测，一直是我国电力企业发展的难题。利用光纤传感技术，可以有效的改善这一困境。工作人员通过光纤传输，能够对高压线路的具体情况有所了解，可以有效的掌控高压输电线路的覆冰情况，然后制定出合理的解决方案，很好的满足了电力系统对高压输电线路实时状态监测的需求，大大提高了高压输电的科学性和安全性。

参考文献

[1]蒋兴良，易辉.输电线路覆冰及防护[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]李立浧，阳林，郝艳捧.架空输电线路覆冰在线监测技术评述[J].电网技术，2012，36（2）：237-242.

[3]黄新波，刘家兵，蔡伟，等.电力架空线路覆冰雪的国内外研究现状[J].电网技术，2008，32（4）：23-28.