一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统，包括倾斜监测传输及解调光路和安装于OPGW输电杆塔的倾斜监测传感阵列；所述倾斜监测传输及解调光路包括依次连接的激光器、声光调制器、光放大器、环形器、波长解调单元及数据存储与控制单元，所述倾斜监测传感阵列由多个弱反射率的光栅串联而成，一对光栅组成一个倾斜传感单元，多个倾斜传感单元按顺序布设于输电杆塔关键骨架上；所述环形器通过光开关接入倾斜监测传感阵列中某一通道的传感光栅，所述光开关用于控制不同通道间的传感光栅的切换。本发明专利技术在输电杆塔关键位置布设弱反射光栅阵列，将单个传感器紧密贴附于杆塔结构表面，能够同步在线监测多个沿线杆塔。塔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统


[0001]本专利技术涉及输电杆塔倾斜监测
，具体是一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统。

技术介绍

[0002]光纤复合架空地线(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW)主要利用架空输电线路内集成一部分光纤结构，该部分既可以承担光纤通信功能，又可以完成地线布设，具备大容量、长距离、抗电磁干扰等优势。OPGW光缆在实际工作过程中，由于户外环境复杂、天气多变，光缆易处于低温、高湿、风振等外部暴露环境，从而造成通信杆塔受力不均，发生倾斜及覆冰等现象，严重情况下将导致光缆纤芯断裂，对整个线路造成巨大破坏严重影响电力输送及维护。
[0003]然而，极端天气对OPGW光缆及杆塔的影响并不局限于单一结果，例如风振条件一般会引起线路覆冰，导致线路重力不均匀增加，将进一步使OPGW输电线产生不平衡张力，进而产生杆塔倾斜。在上述过程中，风振情况会使线路产生舞动，需要进行舞动监测；覆冰导致线路局部温度不均，需要进行温度监测；而覆冰又会产生不平衡张力，需要进行线缆应变监测；在不均匀力的作用下将会使输电线塔产生倾斜，还需要进行杆塔倾角监测，因此自然环境对OPGW线缆及杆塔的影响一般并非单一因素，对OPGW光缆及输电塔进行多参数监测有着重要意义。
[0004]当下OPGW光缆杆塔监测的研究主要集中在导线覆冰、导线舞动、非均匀荷载方面，对于高压输电线路杆塔倾斜的监测研究起步较晚，研究较少。目前我国对于输电线路杆塔倾斜的监测问题仍然存在以下的问题：(1)激光雷达工作周期长，成本高、且不能实现长期监测，不能够进行实时的在线监测；(2)普通倾角传感器在安装过程中难以与杆塔保持水平，因此倾角传感器测得数据误差较大；(3)传统电子监测设备无法解决输电线路固有的强电磁干扰问题；(4)传统电气设备无法满足电源长期供电需求。
[0005]当下光纤光栅传感技术，由于其易组网的特点，有望在输电线路监测中实现基于光纤光栅的多点测量，实现OPGW输电杆塔的倾斜监测。但是复杂的测量环境对光纤光栅传感系统的测量精度、复用容量、以及测量成本提出了更高的要求，同时输电沿线复杂的环境也为众多输电杆塔的监测带来困难，因此基于弱反射光栅的大容量倾斜监测系统能够同步在线监测多个沿线杆塔，具有实际应用意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统，通过使用超弱反射率的光栅阵列实现多个输电杆塔的倾斜测量。
[0007]一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统，包括倾斜监测传输及解调光路和安装于OPGW输电杆塔的倾斜监测传感阵列；所述倾斜监测传输及解调光路包括依次连接的激光器、声光调制器、光放大器、环形器、波长解调单元及数据存储与控制单元，所述
倾斜监测传感阵列由多个弱反射率的光栅串联而成，一对光栅组成一个倾斜传感单元，多个倾斜传感单元按顺序布设于输电杆塔关键骨架上；所述环形器通过光开关接入倾斜监测传感阵列中某一通道的传感光栅，所述光开关用于控制不同通道间的传感光栅的切换。
[0008]进一步的，所述倾斜传感单元按照应变传感器布设方式紧密粘接于输电杆塔上，输电杆塔发生倾斜时将应力作用于倾斜传感单元上。
[0009]进一步的，所述弱反射率的光栅的反射率小于
‑
30dB。
[0010]本专利技术具有如下有益效果：
[0011]本专利技术使用超弱反射率(反射率小于
‑
30dB)的光栅阵列在电网输电线路杆塔倾斜监测，属于弱反射光栅在输电线路倾斜监测方向的初步尝试，利用光栅差分监测封装成倾斜监测单个模块，并将模块形成阵列进行杆塔倾斜监测，得到初步监测结果，为光纤传感技术在电网监测方向的应用提供一定理论及工程应用探索。
附图说明
[0012]图1是本专利技术基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统的应用场景示意图；
[0013]图2是高精度光栅阵列杆塔倾斜监测的光路原理图；
[0014]图3是酒杯型杆塔风振作用下倾斜位移。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统，包括倾斜监测传输及解调光路和安装于OPGW输电杆塔的倾斜监测传感阵列，倾斜监测传感阵列由多个光栅串联而成，而一对光栅组成一个倾斜传感单元，多个倾斜传感单元按顺序布设于输电杆塔关键骨架上，在安装过程中，倾斜传感单元需按照应变传感器布设方式紧密粘接于杆塔上，确保杆塔发生倾斜时将应力作用于倾斜传感单元上。
[0017]如图2所示，所述倾斜监测传输及解调光路包括依次连接的激光器、声光调制器、光放大器、环形器、波长解调单元及数据存储与控制单元。
[0018]所述激光器首先产生特定频率的窄带激光，通过声光调制器形成脉冲光，脉冲光通过光放大器进行放大，随后经过环形器进入倾斜监测传感阵列，进入传感网络的脉冲光通过弱光栅阵列有很少一部分光被反射回来，其余的光透射出去，其中，为满足多个杆塔、多个点位的同步监测，拟采用超弱反射率(反射率小于
‑
30dB)的光栅阵列。环形器通过光开关接入倾斜监测传感阵列中某一通道的传感光栅，光开关用来控制不同通道间的传感光栅的切换，可根据监测点数设置多个通道。通过波长解调单元读取倾斜监测传感阵列的波长变化量，波长变化量输入数据存储与控制单元。
[0019]当杆塔在外界不均匀应力作用下产生倾斜时，由于本身属于非均匀结构，因酒杯型输电杆塔各个部分会产生不同程度形变，将弱反射光栅紧密贴附于杆塔不同部位，基于
应变大小反演倾斜程度。在图2中，主要由倾斜监测阵列传感部分实现传感功能，而倾斜监测传输及解调光路主要用于对传感得到的信号传输、解调及数据处理。与现有倾斜监测不同的是，本专利技术所提出的弱反射光栅监测阵列无需设计专门的倾斜监测机械结构模块，将传感器以应变监测结构布设于关键节点，通过阵列在整体杆塔的监测结果云图来宏观计算倾斜角度，避免了因单个传感器自身校准或环境干扰带来的误差，阵列整体计算倾斜角度具有更高的精确性和抗干扰能力。由于本专利技术特点在于阵列同步监测提取倾斜监测结果，因此需要多个传感器配合使用，因此反射率小于
‑
30dB的弱反射率光栅能够满足本专利技术大容量监测需求。
[0020]杆塔倾斜传感监测主要依靠倾斜传感监测阵列内部各个光栅实现，外界应变是通过弹光效应导致纤芯折射率变化、应变导致光纤光栅周期变化从而影响光纤光栅的中心波长的变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复用光栅阵列的OPGW输电杆塔倾斜监测系统，其特征在于：包括倾斜监测传输及解调光路和安装于OPGW输电杆塔的倾斜监测传感阵列；所述倾斜监测传输及解调光路包括依次连接的激光器、声光调制器、光放大器、环形器、波长解调单元及数据存储与控制单元，所述倾斜监测传感阵列由多个弱反射率的光栅串联而成，一对光栅组成一个倾斜传感单元，多个倾斜传感单元按顺序布设于输电杆塔关键骨架上；所述环形器通过光开关接入倾斜监测传感阵列中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨，张启珍，张海锋，马丽山，丁元杰，王生宏，沈斐，马永强，龚宇，叶宝安，张国敏，张文举，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司国家电网有限公司武汉康普常青软件技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：