一种光缆输电线路监测方法及装置与流程

本发明实施例涉及检测
技术领域：
，尤其涉及一种光缆输电线路监测方法及装置。
背景技术：
：高压架空线路长期暴露在野外，在环境温度较低、湿度较大且风速较大时，输电线路容易覆冰成灾，而覆冰导线脱冰机理基于热力学和机械力学。热力学体现在热量以太阳辐射、空气对流、焦耳效应、蒸发、升华和融化等方式在覆冰导线系统与外部环境之间交换而引起覆冰脱落；械力学则体现在给覆冰导线系统或其支撑塔施加静荷载、动荷载、冲击荷载等致使覆冰脱落。不均匀脱冰或不同期脱冰,不但会影响导线以后的再覆冰过程,而且会引起架空输电系统的高幅振荡。目前，对于输电线路覆冰跳跃的研究主要通过数值模拟方法如人工气候脱冰模拟试验、突然卸载导线脱冰模拟试验等对脱冰跳跃动态位移及张力特性等关键参数进行获取，通过试验参数作为依据判断现实情况中输电线路是否发生脱冰跳跃。但是，此类方法过度依赖现场试验人员经验，对输电线路脱冰跳跃的监测准确度较低。技术实现要素：本发明提供一种光缆输电线路监测方法及装置，以实现准确监测输电线路的脱冰跳跃情况。第一方面，本发明实施例提供了一种光缆输电线路监测方法，该光缆输电线路监测方法包括：获取光缆输电线路的结构参数；采集所述光缆输电线路的光信号；根据所述光信号和所述结构参数计算出光缆输电线路的状态参数；计算所述状态参数的离群密度；确定所述离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号。可选地，确定所述离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号包括：确定所述离群密度超过临界离群密度时，进行风险等级评估；当所述风险等级大于等级阈值时，发出预警信号。可选地，进行风险等级评估包括：计算所述状态参数的权重，根据所述权重进行风险等级评估。可选地，在采集所述光缆输电线路的光信号之前，还包括：从历史数据库获取光缆输电线路的历史参数信息；其中，所述历史参数信息包括历史载荷参数和历史环境参数，所述历史载荷参数包括历史第一载荷参数和历史第二载荷参数，所述历史第一载荷参数至少包括历史线路张力，所述历史第二载荷参数至少包括历史覆冰厚度和历史脱冰率，所述历史环境参数至少包括历史温度、历史风速和历史风向；根据所述历史参数信息计算临界离群密度。可选地，根据所述光信号和所述结构参数计算出光缆输电线路的状态参数包括：根据所述光信号计算光缆输电线路的当前环境参数和当前第一载荷参数，其中，所述当前环境参数至少包括当前温度、当前风向和当前风速，所述当前第一载荷参数至少包括当前线路张力；根据所述结构参数、当前环境参数和当前第一载荷参数计算光缆输电线路的当前第二载荷参数，所述当前第二载荷参数至少包括覆冰厚度和脱冰率。可选地，采集所述光缆输电线路的光信号包括：采集所述光缆输电线路的第一光信号、第二光信号和第三光信号；根据所述光信号计算光缆输电线路的当前环境参数和当前第一载荷参数包括：根据所述第一光信号计算所述光缆输电线路的当前振动频率，根据当前振动频率获取当前风向和当前风速；根据所述第二光信号计算所述光缆输电线路的当前温度；根据所述第三光信号计算所述光缆输电线路的当前线路张力。可选地，所述结构参数至少包括：光缆输电线路的档数、档距、导线型号和导线自重。第二方面，本发明实施例还提供了一种光缆输电线路监测装置，该光缆输电线路监测装置包括：结构参数获取模块，用于获取光缆输电线路的结构参数；光信号采集模块，用于采集所述光缆输电线路的光信号；信号处理模块，用于根据所述光信号和所述结构参数计算出光缆输电线路的状态参数；离群密度计算模块，用于计算所述状态参数的离群密度；预警模块，用于确定所述离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号。可选地，所述预警模块包括：风险等级评估单元，用于确定所述离群密度超过临界离群密度时，进行风险等级评估；预警单元，用于当所述风险等级大于等级阈值时，发出预警信号。可选地，所述风险等级评估单元包括：权重计算子单元，用于计算所述状态参数的权重，根据所述权重进行风险等级评估。本发明通过获取光缆输电线路的结构参数，并采集光缆输电线路的光信号，根据光信号和结构参数计算出光缆输电线路的状态参数，然后计算状态参数的离群密度，当确定离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号，提醒工作人员采取相应措施，对输电线路进行检修。本发明通过根据光缆输电线路的结构参数和光信号计算出光缆输电线路的状态参数，然后计算状态参数的离群密度，利用状态参数的离群密度判断光缆输电线路是否存在脱冰跳跃风险，相对于人工经验判断更准确。本发明解决了对光缆输电线路的监测过度依赖现场试验人员经验，对输电线路脱冰跳跃的监测准确度较低的问题，达到了准确监测输电线路的脱冰跳跃情况的效果。附图说明图1是本发明实施例提供的一种光缆输电线路监测方法的流程图；图2是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测方法的流程图；图3是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测方法的流程图；图4是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测方法的流程图；图5是本发明实施例提供的采集光信号的系统结构示意图；图6是本发明实施例提供的s430包括的方法的流程图；图7是本发明实施例提供的一种光缆输电线路监测装置的结构示意图；图8是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。图1是本发明实施例提供的一种光缆输电线路监测方法的流程图，本实施例可适用于设置有光缆的输电线路的监测的情况，该方法可以由光缆输电线路监测装置来执行，具体包括如下步骤：s110、获取光缆输电线路的结构参数。其中，光缆输电线路是指设置有光缆的输电线路，光缆输电线路可以是光纤复合架空地线(opticalfibercompositeoverheadgroundwire，opgw)，opgw光缆是一种集地线与通信功能为一体的复合架空地线，把光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线与通信双重功能，并且在现有的电力系统中很多的线路均采用的光缆进行搭建。示例性的，获取光缆输电线路的结构参数例如是从电网的广域测量系统中提取所有光缆输电线路的结构参数，广域测量系统(wideareameasurementsystem，wams)是指基于同步相量技术构成的新一代电网动态监测和控制系统。可选地，结构参数至少包括：光缆输电线路的档数、档距、导线型号和导线自重。具体地，光缆输电线路的结构参数包括光缆输电线路中导线所对应杆塔的档数和相邻杆塔间的档距，即可获取导线数量和导线长度，光缆输电线路的结构参数还包括导线型号和导线自重，还可以包括光缆输电线路的其他结构参数，具体可以根据实际情况进行确定，本实施例并不进行限定。s120、采集光缆输电线路的光信号。其中，光缆输电线路的光信号可以反映光缆输电线路的状态，采集光缆输电线路的光信号以便对光缆输电线路进行监测。采集光缆输电线路的光信号包括采集光缆输电线路的散射光的采集时间、相位、偏振态、波长、强度等散射光特征量。示例性的，采集光信号可以综合多种分布式传感技术进行采集，具体的采集方式可以根据实际情况进行确定，本实施例并不进行限定。s130、根据光信号和结构参数计算出光缆输电线路的状态参数。具体地，对光信号进行处理，例如是对光信号进行解调，解调例如是进行去均值、归一化和主要成分分析法(principalcomponentanalysis，pca)，也可以是白化处理，从而提取出光信号的主要特征量。然后将解调后的光信号结合光缆输电线路的结构参数计算出光缆输电线路的状态参数。s140、计算状态参数的离群密度。示例性的，可以利用离群点检测算法(localoutlierfactor，lof)计算状态参数的离群密度，离群点检测计算是一种异常检测算法，实质是寻找观测值和参照值之间有意义的偏差，主要目的是为了检测出那些与正常数据行为或特征属性差别较大的异常数据。计算状态参数的离群密度，可以获知状态参数是否异常。s150、确定离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号。具体地，将状态参数的离群密度与临界离群密度进行对比，当离群密度超过临界离群密度时，表明状态参数异常过大，即光缆输电线路可能存在安全风险，可能存在脱冰跳跃风险，这时发出预警信号，提醒工作人员采取相应措施，对输电线路进行检修。本实施例的技术方案，通过获取光缆输电线路的结构参数，并采集光缆输电线路的光信号，根据光信号和结构参数计算出光缆输电线路的状态参数，然后计算状态参数的离群密度，当确定离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号，提醒工作人员采取相应措施，对输电线路进行检修。本实施例的技术方案，通过根据光缆输电线路的结构参数和光信号计算出光缆输电线路的状态参数，然后计算状态参数的离群密度，利用状态参数的离群密度判断光缆输电线路是否存在脱冰跳跃风险，相对于人工经验判断更准确。本实施例的技术方案解决了对光缆输电线路的监测过度依赖现场试验人员经验，对输电线路脱冰跳跃的监测准确度较低的问题，达到了准确监测输电线路的脱冰跳跃情况的效果。在上述技术方案的基础上，本实施方案是对上述实施方案中s150的进一步细化，图2是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测方法的流程图，可选地，参见图2，光缆输电线路监测方法包括：s210、获取光缆输电线路的结构参数。s220、采集光缆输电线路的光信号。s230、根据光信号和结构参数计算出光缆输电线路的状态参数。s240、计算状态参数的离群密度。s250、确定离群密度超过临界离群密度时，进行风险等级评估。具体地，当光缆输电线路的状态参数的离群密度超过临界离散密度时，表明光缆输电线路可能存在脱冰跳跃风险，这时根据光缆输电线路的状态参数进行风险等级评估，判断光缆输电线路所处的风险等级，风险等级例如可以划分为四个等级，也可以划分为其他个数的等级，本实施例并不进行限定。可选地，进行风险等级评估包括：计算状态参数的权重，根据权重进行风险等级评估。示例性的，可以通过层次-熵组合方法计算状态参数的权重，运用层次分析法确定主观权重，运用熵权法确定客观权重，也可以利用最小二乘法组合法计算主客观权重，得到综合权重。通过状态参数结合综合权重形成指标数据矩阵，量化输电线路风险得分，并按照风险得分划分输电线路脱冰跳跃风险等级，例如可以划分为4个风险等级。表1是光缆输电线路脱冰跳跃风险量化分级，参见表1，当风险得分h满足0<h<0.53时，风险等级为1级；当风险得分h满足0.53<h<0.71时，风险等级为2级；当风险得分h满足0.71<h<0.89时，风险等级为3级；当风险得分h满足0.89<h<1时，风险等级为四级。工作人员可以根据不同的风险等级做出相应的措施，以防光缆输电线路发生脱冰跳跃。表1光缆输电线路脱冰跳跃风险量化分级风险等级i级ii级iii级ⅳ级h0～0.530.53～0.710.71～0.890.89～1s260、当风险等级大于等级阈值时，发出预警信号。具体地，当风险等级大于等级阈值时，表明光缆输电线路的风险等级较高，需要进行检修，这时发出预警信号，提醒工作人员采取相应措施。示例性的，风险等级为四个等级，等级阈值为2，当光缆输电线路的风险等级大于2时，进行预警。示例性的，不同的风险等级可以对应不用的提醒信息，以便工作人员作出相应措施，例如当风险等级为1时，工作人员可以不采取措施；当风险等级为2时，引起工作人员注意，工作人员重点关注风险等级为2的光缆输电线路；当风险等级为3时，发出预警信号，工作人员及时进行跟踪观察，防止情况恶化；当风险等级为4时，进一步发出预警信号，工作人员马上断电进行检修。从而实现了对光缆输电线路的监测，以防出现脱冰跳跃风险，并且根据风险等级可以有针对性地指定检修策略，及时对存在风险的光缆输电线路进行检修，以防出现重大安全事故。可选地，当风险等级大于等级阈值时，发出预警信号后，对风险位置进行定位。具体地，当风险等级大于等级阈值时，表明光缆输电线路存在脱冰跳跃风险，此时，对存在风险的光缆输电线路进行定位。示例性的，可以通过计算采集到光信号的时间来计算出存在风险的光缆输电线路的位置。在上述技术方案的基础上，图3是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测方法的流程图，可选地，参见图3，光缆输电线路监测方法包括：s310、从历史数据库获取光缆输电线路的历史参数信息；其中，历史参数信息包括历史载荷参数和历史环境参数，历史载荷参数包括历史第一载荷参数和历史第二载荷参数，历史第一载荷参数至少包括历史线路张力，历史第二载荷参数至少包括历史覆冰厚度和历史脱冰率，历史环境参数至少包括历史温度、历史风速和历史风向。具体地，历史数据库例如是电网的广域测量系统，可以是其他系统，历史数据库包含了所有光缆输电线路的所有信息，从而可以获取光缆输电线路的历史参数信息。历史参数信息可以包括光缆输电线路的历史载荷参数和历史环境参数，历史第一载荷参数例如包括历史线路张力，还可以包括其他线路受力信息；历史第二载荷参数例如包括历史覆冰厚度和历史脱冰率；历史环境参数例如可以包括历史温度、历史风速和历史风向，历史参数信息还可以包括其他参数信息，本实施方案并不进行限定。获取历史参数信息，即可获知光缆输电线路发生脱冰跳跃时的状态参数，从而获知光缆输电线路什么情况下会发生脱冰跳跃。s320、根据历史参数信息计算临界离群密度。具体地，可以利用离群点检测算法根据历史参数信息计算出临界离群密度，即光缆输电线路可能发生脱冰跳跃时的状态参数对应的临界离群密度，通过计算出临界离群密度可以对光缆输电线路的状态进行判断，从而确定光缆输电线路是否存在脱冰跳跃风险。s330、获取光缆输电线路的结构参数。s340、采集光缆输电线路的光信号。s350、根据光信号和结构参数计算出光缆输电线路的状态参数。s360、计算状态参数的离群密度。s370、确定离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号。在上述技术方案的基础上，本实施方案是对上述实施方案中s130的进一步细化，图4是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测方法的流程图，可选地，参见图4，光缆输电线路监测方法包括：s410、获取光缆输电线路的结构参数。s420、采集光缆输电线路的光信号。可选地，s420、采集光缆输电线路的光信号包括：采集光缆输电线路的第一光信号、第二光信号和第三光信号。具体地，采集光缆输电线路的第一光信号、第二光信号和第三光信号，即采集光缆输电线路的三种散射光，三种散射光例如为拉曼散射光、布里渊散射光和瑞利散射光。示例性的，采集第一光信号可以利用基于后向瑞利散射的φ-otdr模块进行采集，采集第二光信号可以利用基于后向拉曼散射的rotdr模块进行采集，采集第三光信号可以利用基于后向布里渊散射的botdr模块进行采集。图5是本发明实施例提供的采集光信号的系统结构示意图，参见图5，基于后向瑞利散射的φ-otdr模块包括电光调制器、半导体激光器脉冲光源、掺铒光纤放大器(edfa)、起偏器、光环形器、偏振分束器、两个光电探测器和数据采集卡，将光脉冲通过光环形器和波分复用器注入光缆中，光脉冲前向传输的同时产生后向传输的瑞利后向散射光，然后瑞利后向散射光通过同一个光环形器经过偏振分束器分为o光和e光，再导入光电探测器中，然后利用数据采集卡即可采集出第一光信号。参见图5，基于后向拉曼散射的rotdr模块包括脉冲编码调制器、hms高速脉冲光源、掺饵光纤放大器(edfa)、光环形器、滤波器、两个光电探测器和数据采集卡，hms高速脉冲光源发出的脉冲光经过掺饵光纤放大器放大，通过光环形器、时分复用器和波分复用器注入光缆中，光缆中的散射光信号通过时分复用器和波分复用器后，滤除布里渊散射和瑞利散射等无用的光信号，只留下拉曼散射的斯托克斯(stokes)和反斯托克斯(anti-stokes)光信号，斯托克斯和反斯托克斯散射光信号转换成对应的电压信号，被数据采集卡采集，即可获取第二光信号。基于后向布里渊散射的botdr模块包括脉冲编码调制器、分布式反馈激光器(dfb激光器)、掺饵光纤放大器(edfa)、光环形器、双通道光电转换器(apd)、光电探测器和数据采集卡，通过dfb激光器发出激光，激光经过光环行器、时分复用器和波分复用器进入光缆，在光缆中自发产生后向布里渊散射，形成brillouin光，通过光环形器经过双通道光电转换器(apd)，再导入光电探测器中，数据采集卡即可采集第三光信号。另外，三种光信号的频谱和幅值都不相同，所以可以根据频谱可以有效区分三种光信号。需要说明的是，参见图5，采集光信号的系统还可以包括上位机模块，上位机模块包括虚拟示波器、波形分析和信号处理器及特征识别器，虚拟示波器可以对采集的光信号进行显示，波形分析和信号处理器可以对采集的光信号进行处理，特征识别器可以对光信号中的特征量进行提取识别和显示。可选地，采集光信号的系统还可以包括低压直流电源(图中未示出)，低压直流电源可以为采集光信号的系统中的用电设备进行供电。采集光信号的系统还包括频移光调制模块和光信号相干检测模块(图中未示出)，半导体激光器脉冲光源、hms高速脉冲光源和分布式反馈激光器产生无偏振无频移的基础光，基础光一路由电光调制器或脉冲编码调制器调制成有规律的光强和频率特性的脉冲光，脉冲光沿着opgw光缆传输，遇到脱冰跳跃引起的变化产生瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，即产生三种光信号；另一路通过频移光调制模块产生光谱频移，和发生三种背向散射的脉冲光进入光信号相干检测模块进行相干检测并完成光电转换变成电信号后，再通过信号处理，实现对光信号的计算和分析，得到光缆输电线路的状态参数，从而得出光缆输电线路的脱冰跳跃信息。s430、根据光信号计算光缆输电线路的当前环境参数和当前第一载荷参数，其中，当前环境参数至少包括当前温度、当前风向和当前风速，当前第一载荷参数至少包括当前线路张力。具体地，对光信号进行信号处理，通过对光信号进行模数转换、滤波、放大、累加处理后，解调出光信号所包含的光特征量，从而可以计算出光缆输电线路的当前温度、当前风向和当前风速，即得出光缆输电线路的当前环境参数。还可以计算出光缆输电线路的当前线路张力，即得出光缆输电线路的当前第一载荷参数。s440、根据结构参数、当前环境参数和当前第一载荷参数计算光缆输电线路的当前第二载荷参数，当前第二载荷参数至少包括覆冰厚度和脱冰率。具体地，根据光缆输电线路的结构参数、当前温度、当前风向、当前风速和当前线路张力建立模型进行计算，计算出光缆输电线路的覆冰厚度和脱冰率，具体的计算模型可以根据实际情况进行确定，本实施例并不进行限定。利用光缆输电线路的覆冰厚度和脱冰率可以有效判断光缆输电线路是否存在脱冰跳跃风险。s450、计算状态参数的离群密度。s460、确定离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号。在上述实施方案的技术上，图6是本发明实施例提供的s430包括的方法的流程图，参见图6，可选地，s430、根据光信号计算光缆输电线路的当前环境参数和当前第一载荷参数包括：s431、根据第一光信号计算光缆输电线路的当前振动频率，根据当前振动频率获取当前风向和当前风速。具体地，对第一光信号进行信号处理，通过解调第一光信号的光功率相位，可以确定光缆输电线路的振动频率信息，根据光缆输电线路的振动频率信息可以计算出当前风向和当前风速，从而计算出当前环境参数。s432、根据第二光信号计算光缆输电线路的当前温度。具体地，对第二光信号进行信号处理，通过解调第二光信号的斯托克斯和反斯托克斯光的比值，可以得到光缆输电线路的当前温度，从而计算出当前环境参数。s433、根据第三光信号计算光缆输电线路的当前线路张力。具体地，对第三光信号进行信号处理，通过解调第三光信号的光频移信息，可以得出光缆输电线路的当前线路张力和当前温度，去除当前温度信息，即可获得光缆输电线路的当前张力，从而计算出当前第一载荷参数。图7是本发明实施例提供的一种光缆输电线路监测装置的结构示意图，参见图7，光缆输电线路监测装置包括：结构参数获取模块710，用于获取光缆输电线路的结构参数；光信号采集模块720，用于采集光缆输电线路的光信号；信号处理模块730，用于根据光信号和结构参数计算出光缆输电线路的状态参数；离群密度计算模块740，用于计算状态参数的离群密度；预警模块750，用于确定离群密度超过临界离群密度时，发出预警信号。本发明实施例所提供的光缆输电线路监测装置可执行本发明任意实施例所提供的光缆输电线路监测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。本实施例提供的光缆输电线路监测装置实现原理和技术效果与上述实施例类似，此处不再赘述。图8是本发明实施例提供的另一种光缆输电线路监测装置的结构示意图，可选地，参见图8，预警模块750包括：风险等级评估单元751，用于确定离群密度超过临界离群密度时，进行风险等级评估；预警单元752，用于当风险等级大于等级阈值时，发出预警信号。可选地，风险等级评估单元751包括：权重计算子单元，用于计算状态参数的权重，根据权重进行风险等级评估。可选地，光缆输电线路监测装置还包括：历史参数信息获取模块，用于从历史数据库获取光缆输电线路的历史参数信息；其中，历史参数信息包括历史载荷参数和历史环境参数，历史载荷参数包括历史第一载荷参数和历史第二载荷参数，历史第一载荷参数至少包括历史线路张力，历史第二载荷参数至少包括历史覆冰厚度和历史脱冰率，历史环境参数至少包括历史温度、历史风速和历史风向；临界离群密度计算模块，用于根据历史参数信息计算临界离群密度。可选地，信号处理模块730具体用于根据光信号计算光缆输电线路的当前环境参数和当前第一载荷参数，其中，当前环境参数至少包括当前温度、当前风向和当前风速，当前第一载荷参数至少包括当前线路张力；根据结构参数、当前环境参数和当前第一载荷参数计算光缆输电线路的当前第二载荷参数，当前第二载荷参数至少包括覆冰厚度和脱冰率。注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页12