基于BOTDR的雨天输电线缆温度变化研究

摘要： 为保证输电线路的安全运行，对高压输电线路的实时运行温度进行了研究。采用光纤复合架空地线作为传感器和通信通道，并利用布里渊光时域反射技术对输电线路在下雨过程中的温度进行实时监控。根据实际测实的数据发现在雨后温度回升的过程中，留在线缆上的雨水因重力作用而向中间汇集，使得杆塔的温度回升速度高于中间，输电线缆杆塔处的温度会高于两个杆塔中间线路的温度，因而出现温差。

关键词： 温度； 光纤复合架空地线； 布里渊频移； 在线监测

中图分类号： TP 212 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.05.008

文章编号： 1005-5630（2016）05-0416-07

引 言

随着科技的发展、社会的进步，智能化输电线路在高压输电线路领域的研究和应用越来越广泛。其中输电线路的工作温度是反映输电线路运行状态中的一项重要参数，对其的监测和管理具有非常重要的意义。目前对输电线路温度的监测主要是在线路的关键部位布设点式传感器[1]，这种方式虽可以有效监控关键位置的温度参数，但是对于整个线路上的线缆温度却没有明确的监控，尤其是在雨天，因雨水的原因线路每个档距上两端与中间的位置会出现温度差。本文采用布里渊光时域反射技术（BOTDR）[2]，利用光纤复合架空地线（OPGW）上现有的光纤对线路的温度分布进行监控，从而监测整条线路的温度状态，由此获取下雨天输电线路上的温度分布状况。

2 温度监测的实验研究

2.1 温度监测实验

为了研究光纤布里渊频移与温度的关系，搭建了如图3所示的实验平台。在光纤距离末端约50 m的位置，将30 m光纤盘绕成环状，放置于恒温有机溶液槽中，用温度计测量恒温槽的温度，光纤的起始端接BOTDR设备。将恒温槽的温度以2 ℃的间隔从-18 ℃逐步升高到70 ℃，在每个温度之上保持15 min，同时用水银温度计记录恒温槽的温度，BOTDR设备始终采集光纤的布里渊频移变化。

由于在实验过程中，温度计的示数与恒温槽的温度存在±0.2 ℃的差别，我们以温度计的示数作为光纤的实际温度，绘制了温度与光纤的布里渊频移之间的关系曲线，如图4所示。

横坐标代表温度，纵坐标代表30 m光纤的频移均值。从图中可以看出，温度计的示数与BOTDR设备的读数拟合结果基本一致。实验的结果表明布里渊频移对温度的灵敏度系数为1.16 MHz/℃，基础频移为10.581 GHz（0 ℃的位置），这个结果与理论值（约1.1 MHz/℃）相符合。另外，光纤的基础频移与光纤的类型有关，不同类型的甚至同一类型不同批次的光纤，其基础频移都有所差别，但是灵敏度的差别很小。此实验结果表明了光纤的布里渊频移与温度具有良好的线性关系，频移值直接反映了光纤所受温度的变化过程。因此，通过测量光纤的布里渊频移值就可以得到光纤的温度。

2.2 实际线路温度监测实验

实验选择了一条实际运行的电缆线路。电缆线路长度为35 km，线路上使用OPGW作为地线，同时使用OPGW中的光纤作为通讯用光缆，并将其引至电缆线路两端的变电站内。将分布式温度监测设备置于变电站机房内，将被测线路的OPGW一芯光纤通过光纤与监测设备连接。如图5所示为实验示意图。

BOTDR设备实时采集线路上的数据，采集到的数据被传递到计算机系统与信息处理单元，经信息处理和输出，显示出全线线路的温度监测值。实验选择距离监测设备光纤端口8 km至14 km处的一段电缆线作为样本，并对其进行数据采集和分析。

3 实验结果

2015年5月4日为晴天，当晚19：00采集到的OPGW在正常天气下的频率曲线如图6 所示。

通过多组参数核算生成所选线路正常天气下的温度曲线，如图7所示。

下雨时段的频率曲线取2015年5月9日17：00在雨中测得的数据，如图8所示。

核算得出其温度数据如图9所示。

雨后的频率曲线取2015年5月11日14：00的数据，数据如图10所示。

核算成温度数据如图11所示。

4 结 论

本文基于BOTDR技术实现了OPGW线路分布式温度的在线监测。经对下雨过程前后的线缆温度进行全面的监控，获得有效的实测数据。通过数据可以比较明显地看出，在晴天以及下雨过程中输电线缆上的线路温度较为一致，而在雨停之后杆塔的温度明显会比中间的温度要高。其原因是雨后留在线缆上的雨水因重力作用而向中间汇集，使得在雨后温度回升的过程中杆塔的温度回升速度高于中间，因而出现温差。

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