OPGW的热性能及温度监测研究

【摘要】：随着智能电网的提出,电力传输和通信网的融合成为主要趋势,集地线和通信功能为一体的光纤复合架空地线光缆(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW)在高压输电线路中的架设量日益增加。OPGW光缆在短路条件下温度迅速升高,直接影响电力系统的安全稳定运行。材料和结构是影响光缆热性能的两个重要因素,选取合适的组成材料和结构能有效改善光缆的热性能。为进一步提高输电线路安全可靠运行,对运行状态进行实时监测是另一有效措施。基于布里渊光时域反射仪(Brilliouin Optical Time Domain Reflectometry,BOTDR)的分布式光纤传感技术因为传感距离长,定位精度高,可实现全分布式测量等诸多优点,在高压输电线路温度监测中具有广阔的应用前景。论文重点对提升OPGW光缆的热性能和利用BOTDR技术监测沿线温度信息展开研究。在分析短路条件光缆温升机理的基础上,利用COMSOL Multiphysics软件,建立仿真模型,分别分析铠装层材料和套管材料对OPGW光缆热性能的影响,并对光缆结构进行改进,从给定短路电流和温度限制两个方面对改进结构和传统结构热性能进行比较,改进的扇形结构表现出较好的热性能。研究基于布里渊光时域反射(BOTDR)技术的温度传感实验方案,阐述该方案温度传感原理,对系统中一些关键技术和实验中重要器件的参数选择问题进行重点分析。研制布里渊激光器作为相干拍频本振光,得到窄线宽,输出功率较为稳定的参考光。采用光学相干检测技术,实现布里渊频移由11GHz高频处搬移到1.28GHz处。利用高速数据采集卡采集多组数据,通过叠加平均、短时傅里叶变换、洛伦兹拟合等算法对信号进行处理和提取。搭建基于布里渊光时域反射(BOTDR)技术的传感系统实验平台,着重分析不同脉冲幅度、脉冲宽度、传感长度对布里渊散射信号的影响,得到在非线性效应临界点时传感距离最长。在10km的传感光纤上实现空间分辨率15m,温度测量精度±4℃的温度传感系统,实验结果验证布里渊频移与温度的线性关系。结果表明,本文研制的系统可以较为准确地测量光纤沿线不同位置的温度变化。