基于光纤传感技术的输电线路在线监测技术的研究

方玄，熊伟

（江苏法尔胜光电科技有限公司，江苏 江阴 214400）

0 引言

输电线路为电力系统的正常运行提供了巨大助力，在其运行中有效地提升了电网可靠性，而保障可靠性就不能忽视对于光纤传感技术的应用，借助该项技术改变了传统耗费人力物力的人工监测方式。本文将是通过针对光纤光栅传感器设计、锥形光纤传感器的设计、输电线路在线监测中光纤传感技术应用的简介，进而促使人们对设计及技术的应用方面拥有新的认知，在监测技术的完善性方面不断开辟及创新，进而依靠技术的应用，实现创造更多价值的目标。

1 光纤光栅传感器设计

1.1 光纤光栅性能分析

极光射入单模光纤后，经过光纤光栅的“过滤”作用，将会返回特定波长，透射其他波长。而一旦外界环境温度、应力等发生变化时，光栅周期也将随之改变，受这部分因素的影响，极光的折射率也会发生细微的变化，进而影响到光纤光栅性能的发挥。

1.2 光纤光栅温度应力交叉

光纤光栅传感器温度应力交叉的问题点，对于光纤光栅性能方面产生的影响作用是巨大的。而为了解决此方面的问题点，将需要从以下环节进行强化：

第一，温度补偿法的使用，利用技术手段予以剔除温度影响的应用，同时，此种方法应用时，将对于光纤传感器设计过程中性能指标的精度要求极高。

第二，双波长矩阵法通常可分为温度参考光栅法、双光栅法等，其原理为通过一定方式在一个传感头中获得两个不同步拉格波长，并通过检测两个不同步拉格波长的位移来实现温度不敏感测量、应变及温度同步测量的应用。

第三，双参量法的应用，进一步要复杂得多，需要将温度、应力呈线性关系的参量与光纤光栅进行结合，组成矩阵方程后，通过方程求解的方式，才能够获得所需的应力值与温度值。

1.3 光纤传感器系统结构

光纤光栅传感器，其系统结构主要包含光纤复合架空地线及相线、相关监控软件等。通过系统结构环环相扣式针对波长全方位式的监控、监测的应用，进而达到及时性发现异常、实时警报的目的。通常，FBG传感器需要安装在杆塔上，进一步通过解调仪的应用，促使返回的布拉格波长予以接收，进而搭乘输电线路光缆后，才能够快速、有效性实现数据的传输任务。

2 锥形光纤传感器设计

2.1 锥形光纤传感器解决交叉敏感

光纤光栅的应用中，光纤光栅交叉敏感的现象，不可避免，此种现象发生时，温度环境和应力环节，也将受到极大的影响。而为了解决此方面的问题点，经过人们长期性地探索发现，应用两个光纤光栅，使其形成均匀的锥形形状后，光纤光栅交叉敏感的现象，将能够得到有效解决。同时，锥形应用中，光纤光栅反射波长与应力之间存在一定的线性关系，一旦传感器受应力和温度影响时，光纤波长可以表示为布拉格波长温度和应力之间的敏感系数。

2.2 锥形光纤在输电线路监测中的应用

锥形光纤应用于输电线路中，能够实现对于输电线路覆冰、舞动等方面异常的实时检测，通过FGB传感器的应用、光缆熔接或光缆保护的应用，将能够达到提升覆冰、舞动等异常检测能力的目的。通过此些设备的合理搭配，输电线路异常检测工作才能够得到有力的保障。

实际输电线路监测环节，将FGB覆冰传感器布设在杆塔的顶端，通过ADSS和光纤复合架空线路的应用，通过OPGW光缆接线盒、光纤解调仪的应用，得以促使线路与监控中心之间实现有效性连接后，可以有效完成传感监控数据的传输任务。

2.3 BOTDR技术

BOTDR技术将是光纤传感器分布式设计的重要理论基础，众所周知，不均匀的介质当中，光的传播会出现散射现象，进而影响到频率和强度的变化。基于这一特点，耦合器应用在接收激光器和传感光之后，将会借助脉冲测定完成分布温度和应变的测量工作，通过此种方法的应用，不仅监测效率得到提升，而且监测质量方面，也才能够得到保障的力量[1]。

3 输电线路在线监测中光纤传感技术的实现

3.1 监测软件需求分析

输电线路在线监测的目的，将是实时测量、分析线路运行情况。一旦线路存在覆冰、杆塔倾斜等异常，致使线路受损，影响正常输电工作时，带来的影响度及损失度必将难以估量。同时，电信号传感器使用过程中，受到强电磁干扰时，监测的精准度也将处于极为低下的状态。为了克服电磁干扰的影响，锥形光纤传感器被研发出来，并应用到实际监测过程中，通过锥形光纤传感器的应用，即使遇到再强的电磁干扰时，测量精准度也不会受到影响。

输电线路正常运行中，线路受到覆冰、振动等恶劣自然条件影响时，输电效率、输电质量方面，将会受到极大的影响。为此，实际监测软件设计时，予以通过用户管理模块、信号接收模、系统管理模块、信息显示模块的应用，促使各模块之间相互配合、相互协作后，才能够促使监测软件的效力作用发挥出来。同时，通过有效性监测工作的开展，线路危险得到有力的预防后，线路正常运行才能够得到保障的力量[2]。

3.2 用户管理模块

用户管理模块的应用，是用户身份信息识别和权限管理的基础，使用此模块时，用户登录用户个人信息，管理员用户则登录管理员用户名和密码，不同的身份具有各自不同的权限，才能够避免操作混乱的局面出现，同时，模块应用环节，才能够得以有序性地开展及实施。

此外，用户区分为普通用户和管理用户，管理用户则分为普通管理和高级管理，通过此种分类别、分权限的方式，模块的应用、管理工作等才能够得以井然有序式地开展。而一旦越权时，操作系统混乱的局面发生时，带来的影响度将难以想象。例如：普通管理者进入监测参量设置的界面当中，误操作、删除掉导线等重要信息，系统处于瘫痪的情形中，无法监测到线路实况、获知具体线路损坏区域，用电受到影响时，带来的损失将难以想象。为此，身份识别和权限的设置环节至关重要[3]。

3.3 信号接收模块

信号接收模块主要负责数据信号接收、处理工作，将对于信息正常传输环节，带来的影响将是巨大的。信号接收环节，需要经过光纤解调仪转换功能，通信协议的应用，进一步实现计算机终端有效性对接的应用后，数据的传递和接收的工作，才能够得以圆满完成。

与此同时，监测软件需要针对接收数据情况进行检测，确保数据的速率、实时性等达到标准要求所需。而数据信号的分析环节，需要利用信号解析处理来完成，促使各种信号数据的关联性获得有效性分析后，才能够进一步获得输出线路所处的真实环境信息。例如，输电线路遭受覆冰时，传感器得以将覆冰情况生成数据传输到接收模块当中，接收模块收到相应的数据后，进一步针对数据信息进行解析后，覆冰质量和覆冰厚度等才得以被用户获知[4]。

3.4 系统管理模块

第一，系统管理模块主要负责数据信息存储、回传的管理工作。管理者进入管理界面，即可以查看到传感器信息、线路信息等，即可以针对历史数据进行浏览。同时，管理人员通过添加、修改传感器和线路参量的方式，将可以获得所需的全新数据信息。

第二，为了保证数据库信息的时效性，管理模块之间具有严密的逻辑关系，将不可以随便调整，以防错误和混乱的情形出现。为此，实际软件编写过程中，需要针对模块之间的逻辑关系作考量，并予以固定、不可更改后，才能够避免模块混乱运作的局面出现。

作为基础数据平台，索引方式需简单、快捷，查阅的便利性、效率等方面才能够得到有力地提升。针对管理用户关心的数据予以显示，避免无关信息干扰后，信息获取的精准度才能够得以提升[5]。

3.5 信息显示模块

信息显示设计时，得以通过简洁、人性化的设计，将进一步有利于信息识别工作的开展。

首先，表盘设计时，颜色种类、色调等尽可能以消除人体疲劳为原则进行设计，减少色彩反差后，由于视觉误差所引发判定失误的情形才能够减少。

其次，界面的排版简洁明了，各项目之间的距离、区域的划分等都将需要模拟用户的使用环境进行设计，以准确、便利操作为前提进行设计，促使操作简便、操作顺畅后，用户的满意度才能够提升[6-7]。

4 结语

通过光纤光栅传感器的设计、锥形光纤传感器的设计、光纤传感技术的应用等，输电线路的正常运行才能够获得有力保障。同时，未来的发展过程中，技术的创新将是亘古不变的部分，依靠现代化技术的力量，进一步发挥人才的潜能，集结相应的人力、物力资源，在管理、工艺方面不断开拓、不断优化及改善，探索出适宜性的发展道路及举措，促使输电线路输电效率、可靠性提升，才能够为社会、经济的发展贡献力量。