智能输电线路分布式光纤在线监测解决方案

智能输电线路分布式光纤在线监测

解决方案

宁波诺驰光电科技发展有限公司

2012年11月

目 录

一、背景介绍 (1)

二、测量需求和技术发展 (1)

三、输电线路智能安全监测系统 (3)

（一）海底光电复合缆分布式在线监测系统 (4)

（二）架空输电线路OPGW/OPPC分布式在线监测系统 (4)

（三）输电线路杆塔健康状态在线监测系统 (5)

（四）高压输电线缆分布式温度在线监测系统 (6)

（五）其他解决方案 (7)

四、总结 (7)

智能输电线路分布式光纤在线监测解决方案 一、背景介绍

进入21世纪，节能减排、绿色能源、可持续发展成为各国关注的焦点。可再生能源逐步替代化石能源，建造能源使用的创新体系，以信息技术改造现有的能源使用体系，提供更稳定可靠的能源供应，并最大限度地开发电网体系的能源效率，这是全球广泛开展的智能电网的发展趋势。

2009年5月，国家电网公司首次向社会公布了“智能电网”的发展规划。根据规划，智能电网在中国的发展将分三个阶段逐步推进，到2020年全面建成统一的“坚强智能电网”。中国经济发展状况和能源集中分布特点决定了：中国的智能电网首先必须是一个“坚强”的电网，能够实现能源资源的大范围优化配置，保障安全可靠的电力供应。

输电线路是电力系统的主干网络，建立一个“坚强”的智能电网，保证安全可靠的电力供应，输电线路的安全运行是关键环节。统一的“坚强”智能电网离不开“坚强”且“智能”的输电线路，尤其是特高压输变电线路。如何保障输电线路特别是特高压输变电线路的可靠运行，是中国智能电网建设必须面对的挑战。

近年来，气候变化和自然灾害尤其是冰雪灾害对电力系统输电线路的安全可靠运行形成了危害，并造成重大经济损失，对国民经济的发展影响极大，比如2008年南方冰雪灾害持续一个月，输电线路覆冰、断线倒塔，造成电力、交通大面积中断，因灾死亡100余人，直接经济损失1000多亿元。

相关的研究表明，输电线路在线监测系统是保障电网可靠运行的重要手段。智能输电线路分布在线监测系统是智能电网输电环节的重要组成部分，可实时监测线路运行状态，为潜在运行风险提供预警，并精确定位隐患位置，是实现输电线路状态运行、检修管理、智能调度、提升生产运行管理精益水平的重要技术手段。

二、测量需求和技术发展

输电线路是电力输送的纽带，输电线路广泛分布在平原及高山峻岭，直接暴露于风雪雨露等自然环境之中，在电、热、机械等长期负荷作用下会引起老化、磨损，导致性能逐步下

降，可靠性降低，进而危及电网安全运行。同时，输电线路杆塔还受到洪水、滑坡等自然灾害的损害，运行环境相当恶劣。此外，输电线路具有分散性大、距离长、范围广、温度/湿度变化范围大、难以巡视及维护等特点，因此对输电线路本体及周边环境进行在线监测成为一项迫切工作。

近年来，输电线路状态监测从最初的人工巡视和定期检修向实时化、自动化、智能化方向快速发展，重要杆塔配备了视频图像监测设备，部分线路安装了导线张力、温度、振动等电学类传感器。此类传感器为点式测量，难以获取线路分布信息，故障判断不准确，并且存在易受电磁干扰、安装维护困难、传感器运行需要本地供电等问题，无法满足智能电网对电力输电线路故障综合监测的迫切重大需求。

光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测信号的新型传感技术，是近年来国际上发展最快的高科技应用技术之一，属物联网的基础传感技术之一。经过30多年的发展，光纤传感技术大致经历三个阶段，如下图所示。其中拉曼传感技术DTS和布里渊传感技术BOTDA/R均属于连续分布光纤传感技术。

光纤传感技术发展趋势

和传统点式传感技术相比，分布式光纤传感技术充分利用了光纤一维空间连续分布的特点，可以准确的测出光纤沿线上任一点被测量场在时间和空间上的分布信息，具有如下技术优势：

9连续分布式测量，无测量盲区

9光纤元件既是探测元件又是传输介质，成本低、安装简单

9抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全

9测量灵敏度高

9现场无需供电

宁波诺驰光电科技发展有限公司是以先进光纤传感及光电测量为核心，进行研发、制造、销售的高科技公司。公司拥有一支资深的研发团队，是国内唯一开发布里渊光纤传感器BOTDA的企业，已申请国家专利20余项，已授权发明专利3项、实用新型6项，获软件著作权和软件产品登记各4项。2011年9月，公司创建成立企业院士工作站，引进两位院士及其创新团队，为公司提供强大的技术支撑。针对我国智能电网发展需求，依托自主创新，诺驰光电为国家智能电网提供电网设备在线监测的全面、先进的解决方案： 海底光电复合缆分布式在线监测系统

架空输电线路OPGW/OPPC分布式在线监测系统

输电线路杆塔健康状态在线监测系统

高压输电线缆分布式在线监测系统

此外，诺驰光电针对中国智能电网建设需要，正在积极开发新一代光纤电流互感器（数字变电站）、架空输电线路微风振在线监测系统等产品。这些产品都将为中国“坚强”的智能电网安全运行提供有力的保障。

三、智能输电线路分布式在线监测系统

智能化电力传输网络是智能电网的核心组成部分，是国民经济的“生命线”。统一的“坚强”智能电网离不开“坚强”且“智能”的输电线路。中国地域辽阔，地理环境复杂，输电线路可能遇到各种风险因素，比如架空导线的风偏、舞动、覆冰、电力电缆过热等问题。为了构建“坚强”的输电线路，必须对关键输电线路进行在线监测。

传统的输电线路在线监测技术主要采用点式的电子传感器。电子传感器存在抗电磁干扰能力差、寿命短、故障率等问题，不能很好地满足“坚强”智能电网的需要。分布式光纤传感器直接采用光纤作为传感元件，具有连续分布式测量、测量信息丰富、抗电磁干扰、现场无需供电、寿命长等优点，是适应智能电网发展的新一代传感技术。

诺驰光电基于先进的分布式光纤传感技术，结合自身在光电测量领域积累的深厚技术底蕴，开发出了全新的智能输电线路安全监测解决方案，可以实现对海底、架空输电线路以及地下隧道电力电缆进行全方位多参数在线监测。

（一） 海底光电复合缆分布式在线监测系统

中国有漫长的海岸线，岛屿众多，随着国家“振兴海洋，开发海洋”的战略实施，海岛供电、钻井平台输电系统建设不断增加，海底输送电缆的运营长度逐年上升。受锚害、波浪冲刷、海床运动等影响，海底电缆更容易受损，从而影响海岛或海上平台供电安全。

? 系统简介

诺驰光电基于受激布里渊散射效应开发的NTB-50海底光电复合缆分布式在线监测系统，直接采用海底光电复合缆内富余的单模光纤作为传感器，测量距离长达50公里，可提供海缆全程的温度和应变分布式信息，并精确定位故障位置，为海缆运营提供实时在线监测与安全预警。此外，还可以集成长距离光纤扰动监测设备FDDI-3100、海事AIS 设备，提供海缆温度、应力、故障、扰动监测信息，并对事故船只跟踪定位，是国内最综合的海缆分布

式综合在线监测系统。

z 国内唯一

z 连续分布式测量

z 单模光纤即为传感器

z 测量距离：50km

z 温度精度：±1℃

z 应变精度：±20με

z 测量时间：20s

z 定位精度：1m

z 空间分辨率：0.5~2m

z 7*24h 在线监测

NTB-50海底光电复合缆分布式在线监测系统

? 系统应用

系统成功应用于嵊泗联网工程（全长34.6km，国内单根最长的110kV 海缆）、岱山110kV 海缆工程以及中海油海上钻井平台。

（二） 架空输电线路OPGW/OPPC 分布式在线监测系统

光纤复合架空地线OPGW 和光纤复合相位OPPC 是应用广泛的特种架空线缆，它广泛

分布在平原及高山峻岭，直接暴露于风雪雨露等自然环境之中，运行环境恶劣。架空电力光缆具有分散性大、距离长、范围广、温度/湿度变化范围大、难以巡视及维护等特点，因此对架空电力线路本体进行在线监测成为一项迫切工作。

? 系统简介

诺驰光电基于专利技术开发的NTB-100架空输电线路分布式在线监测系统，直接采用架空输电线路OPGW/OPPC 自带的单模通信光纤作为传感器，测量距离长达100公里（业界最长），可提供架空输电线路全程的温度、覆冰、应变分布式信息，并精确定位故障位置，为架空输

电线路运营提供实时在线监测与安全预警。

z 业界测量距离最长

z 连续分布式测量

z 单模光纤即为传感器

z 100km 超长测量距离

z 全光传感，抗电磁干扰

z 本质安全，防雷

z 安装简单，维护工作量小

z 现场无需供电

z 7*24h 在线监测

NTB-100架空输电线路分布式在线监测系统

? 系统应用

系统在国家电网良乡试验基地、江苏通光有限公司进行过试验测试，试验结果表明NTB-100产品作为一种新型测量技术，适合架空输电线路分布式在线监测应用并推广。

（三） 输电线路杆塔健康状态在线监测系统

输电线路杆塔是架空导地线的重要支撑物，在风荷载作用下杆塔、导线及两者构成的系统都有振动现象存在。杆塔尤其钢管塔的振动导致杆塔部分构件及部分焊接部位的磨损、疲劳破坏等，引起塔体的螺丝脱落、螺栓剪切变形等，对输电线路的安全运行造成较大危害。此外，塔基还受到洪水、滑坡、塌方等自然灾害影响，塔基不稳定将直接影响杆塔及输电线路运营安全。

? 系统简介

诺驰光电基于受激布里渊散射效应开发的NTB-50输电线路杆塔健康状态在线监测系统，将表贴式应变感测光缆沿杆塔支架分布式粘贴，并利用架空电力光缆OPGW/OPPC/ADSS 内富余的光纤作为通信介质，将输电线路特殊地段的杆塔应变分布信息传输至远程监控中

心，实现杆塔受力分布实时监测以及倾覆预警。

z 杆塔应力分布式测量

z 50km 超长测量距离

z 全光传感，抗电磁干扰

z 本质安全，防雷

z 现场无需供电

z 7*24h 在线监测

z 健康状态智能评估

NTB-50输电线路杆塔健康状态在线监测系统

（四） 高压输电线缆分布式温度在线监测系统

城市输电网络多采用地下隧道形式的电力电缆输送电能，由于施工不当、外部热源、电缆质量等问题，电缆隧道火灾时有发生，由此导致的昂贵电缆损失、停电损失甚至人员伤亡非常严重。

? 系统简介

诺驰光电基于光纤拉曼技术开发的NTR-4000高压输电线缆分布式温度在线监控系统，将感温光缆沿电力电缆线型紧贴敷设，或沿电缆隧道顶部敷设，实时监测电缆或隧道温度，并及时可靠进行过热预警。感温光缆也可直接植入到电缆内部，测温可以更加准确。该产品为电缆温度分布式测量和火情监测提供了高性价比解决方案，可完全取代传统的感温电缆，还可以实现载流量监测等功能。

z连续分布式测量，无盲区

z10km测量距离

z0.5m空间分辨率

z低至5s测量时间

z1℃测温精度

z全光传感，抗电磁干扰

z7*24h在线监测

NTR-4000高压输电线缆分布式温度在线监控系统

（五） 其他解决方案

诺驰光电正在开发的基于分布式相干光纤传感技术的架空输电线路微风振在线监测系统，可实现上百公里范围内任意位置的振动频率监测，可对架空线的风偏、舞动等现象进行实时在线监控，当发现某位置导线摆动幅度过大时，可以及时提供预警，对有可能发生的导线间短路、闪络导致的停电等采取必要的措施，将损失减小到最小。

截至目前，诺驰光电的智能输电线路分布式光纤在线监测解决方案已经应用于衢山-嵊泗110kV海底电缆综合监测项目、岱山110kV海底电缆监测项目、中海油海上钻井平台海底电缆监测项目、宁波烟台万华高压电缆在线监测项目等，为关键输电线路运行状况进行了风险预警，降低了线路运行故障率，同时提升了线路利用率，优化了电网能源分配。这些对于我国构建真正的“坚强”智能电网都均有现实积极的意义。

四、总结

诺驰光电一直致力于中国电网发展需要，依托自主创新，利用业界领先的分布式光纤传感技术和光电测量技术提供新一代智能输电线路分布式在线监测方案。该方案结合中国国情，可实现输电线路全程的运行状态在线监测，智能判断并实时预警线路故障，为电网智能化调度、电力设备资产评估提供基础运行数据，提升电网体系运行效率，为实现安全可靠、清洁高效、自愈可调的中国“坚强”智能电网提供有力的传感测量技术保障。