一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法
【专利摘要】一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，实现对架空输电线路接地闪络故障的快速定位。本发明利用输电线路已有的OPGW光纤作为传感器，在OPGW备用光纤通道中注入脉冲激光信号，通过高速数据采集装置，实时监测光信号在传播过程中沿线的后向瑞利散射光。在输电线路发生接地闪络故障时，OPGW分流故障电流，分流的故障电流在OPGW周围产生强磁场、强电场、瞬时高温与电动力，并使OPGW内部传输光的后向瑞利散射光的强度发生剧烈变化，通过采集后向瑞利散射光强度发生变化时刻的时延，计算出输电线路发生接地故障闪络的具体位置，从而实现架空输电线路接地闪络故障的快速定位。
【专利说明】
一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，属输电线 路故障分析技术领域。
【背景技术】
[0003] 输电线路跨域大，距离长，经过地形复杂，容易受到雷击、山火和鸟害等各种自然 灾害影响，导致出现接地闪络跳闸故障。每一次跳闸事故，除了给系统带来冲击之外，还会 损坏绝缘子、导线等设施，给系统运行留下安全隐患。因此，及时准确找到故障点，并对线路 进行修复是系统运行维护的一项重要工作。现有故障测距普遍采用阻抗法，阻抗法是根据 故障时测量到的电压电流量而计算出故障回路阻抗，以此来实现对故障点的测距与定位， 但该方法难以克服过渡电阻、系统运行方式、线路分布电容、互感器饱和等因素的影响，精 度不高，特别是在高阻故障下测距误差极大，无法满足闪络点定位的需要。
[0004] 目前，在电力系统的通信和数据传送上普遍利用光纤，构成电力通信网络，特别是 0PGW(0ptical Fiber Composite Overhead Ground Wire)技术，在国内已经广泛应用。 0PGW将光纤集成于架空高压输电线的地线中，同时兼具地线与通信的功能，已广泛用于 110kV及以上输电线路。随着光纤传感技术的发展，电力通信网络中的光纤，不仅作为电力 通信的载体，而且可作为在线监测中光纤传感的载体，实现对线路接地闪络故障的监测与 定位。
[0005] 因此，建立一种基于光传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，以帮助运行 维护人员快速确定线路故障位置，缩短抢修时间，对于输电线路的安全稳定运行显得尤为 有意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是，为了提高输电线路接地闪络故障定位的准确性，利用物理学中 的法拉第效应，提出一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法。
[0007] 本方法的基本原理为，光纤中传播的光波，一部分是前向传播的，由于光纤的非结 晶材料在微观空间存在不均匀结构，还有一部分光会发生散射。光纤中的散射主要有三种： 瑞利散射（Rayleigh scattering)、拉曼散射（Raman scattering)和布里渊散射 (Brillouin scattering)，而最强的散射是瑞利散射，也是最容易监测的。根据法拉第效 应，当外界物理量(如磁场、电场和温度等)发生变化时，会引起光纤的吸收、损耗特性、散射 系数以及散射光偏振态等发生变化，通过检测后向瑞利散射光强度、光信号的延迟时间，利 用光时域反射即可实现对外界物理量的空间定位。
[0008] 本发明的技术方案是： 本发明将利用输电线路已有的0PGW光纤作为传感器，在0PGW备用光纤通道中注入脉冲 激光信号，通过高速数据采集装置，实时监测光信号在传播过程中沿线的后向瑞利散射光。 在输电线路发生接地闪络故障时，OPGW分流故障电流，分流的故障电流在OPGW周围产生强 磁场、强电场、瞬时高温与电动力，并使OPGW内部传输光的后向瑞利散射光的强度发生剧烈 变化，通过采集后向瑞利散射光强度发生变化时刻的时延，计算出输电线路发生接地故障 闪络的具体位置，从而实现架空输电线路接地闪络故障的快速定位。
[0009] 所述方法通过监测主机来实现，监测主机安装在变电站机房内；监测主机包括脉 冲激光发生单元、数据采集单元、数据分析与处理单元;脉冲激光发生单元与0PGW光纤通道 相连，并向0PGW备用光纤通道中注入脉冲激光信号，数据采集单元从0PGW光纤通道采集后 向瑞利散射光的强度和光信号延迟时间，将采集的信号送至数据分析与处理单元。
[0010] 本发明所述方案可通过如下步骤实现： (1)被监测输电线路信息收集。获取被监测输电线路0PGW光纤的接地形式、故障跳闸信 息、实际长度及对应的杆塔号等信息。
[0011] (2)监测信号的注入与采集。向0PGW备用光纤注入光学信号，实时采集光信号在传 输过程中的后向瑞利散射光的强度和光信号延迟时间。
[0012] (3)故障数据的分析与处理。根据采集到的散射光强度和延迟时间，计算出散射光 强度与空间位置之间的关系，形成散射光信号特征波形。通过分析输电线路发生接地闪络 故障时刻的散射光信号特征波形，得出接地闪络故障的具体位置。
[0013] 本发明与现有技术比较的有益效果是，（1)本发明充分利用输电线路上已有的 0PGW光纤做传感器，不需要在输电线路额外加装任何传感器，而监测主机安装在变电站机 房内，简单可行；（2)本发明利用了先进的光纤传感技术，光纤传感具有频率响应高、易为各 种光探测器件接收和转换，因此，该发明具有可靠性高和易于实现的优点；（3)本发明适用 于各种接地闪络故障，不受过渡电阻、系统运行方式、线路分布电容、互感器饱和等因素影 响，定位准确度高，还可实现对高阻接地闪络故障的定位。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明系统结构示意图； 图2为基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位流程图。
【具体实施方式】
[0015] 本发明的【具体实施方式】包括以下步骤： (1)在变电站机房内安装监测主机，并与0PGW中备用光纤通道相连。监测主机由脉冲激 光发生单元、数据采集单元、数据分析与处理单元组成。
[0016] (2)通过脉冲激光发生单元向0PGW光纤注入光学信号，数据采集单元实时监测光 信号在传输过程中后向瑞利散射光的散射强度Pi和光信号延迟时间ATi。
[0017] (3)数据分析与处理单元根据不同光散射强度Pi的延迟时间ATi，计算出不同散射 强度的光信号Pi所对应的距离U，计算公式如下：
其中，C为真空中的光速，η为光纤纤芯折射率。
[0018] (4)以二维坐标轴的形式表示不同散射强度的光信号Pi所对应的距离U，形成后向 瑞利散射光信号的特征波形，其中，X轴表示与信号注入点的距离L，即散射光强度对应位置 与信号注入点之间的距离，单位为m; Y轴记录后向瑞利散射光相对强度P，单位a.u.。
[0019] (5)收集输电线路接地闪络故障发生的时间，并获取该时刻后向瑞利散射光信号 的特征波形，最大的光信号强度Pmax所对应的距离Lmax即为接地闪络故障点与变电站信号注 入点之间的距离。
[0020] (6)根据LmajP输电线路的杆塔信息，得出接地闪络故障发生位置对应的杆塔号。
【主权项】
1. 一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，其特征在于，所述方法 利用输电线路已有的OPGW光纤作为传感器，在OPGW备用光纤通道中注入脉冲激光信号，通 过高速数据采集装置，实时监测光信号在传播过程中沿线的后向瑞利散射光;在输电线路 发生接地闪络故障时，OPGW分流故障电流，分流的故障电流在OPGW周围产生强磁场、强电 场、瞬时高温与电动力，并使OPGW内部传输光的后向瑞利散射光的强度发生剧烈变化，通过 采集后向瑞利散射光强度发生变化时刻的时延，计算出输电线路发生接地故障闪络的具体 位置，从而实现架空输电线路接地闪络故障的快速定位。2. 根据权利要求1所述一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，其 特征在于，所述方法通过监测主机来实现，监测主机安装在变电站机房内；监测主机包括脉 冲激光发生单元、数据采集单元、数据分析与处理单元;所述脉冲激光发生单元连接OPGW备 用光纤并注入脉冲激光信号，数据采集单元连接OPGW光纤并实时采集后向瑞利散射光的强 度和光信号延迟时间，将采集的信号送至数据分析与处理单元。3. 根据权利要求1所述一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，其 特征在于，所述方法利用采集到的后向瑞利散射光强度和延迟时间，计算出散射光强度与 空间位置之间的关系，形成散射光信号特征波形。4. 根据权利要求1所述一种基于光纤传感技术的输电线路接地闪络故障定位方法，其 特征在于，所述方法利用输电线路接地闪络故障发生的时间，获取该时刻后向瑞利散射光 信号的特征波形，最大的光信号强度P max所对应的距离Lmax即为接地闪络故障点与变电站信 号注入点之间的距离。
【文档编号】G01R31/08GK105866617SQ201610137989
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】李阳林, 张宇, 饶斌斌, 邹建章, 况燕军, 周龙武, 李帆
【申请人】国网江西省电力科学研究院, 国家电网公司