一种实时监测的OPGW光缆直流融冰系统的制作方法

一种实时监测的opgw光缆直流融冰系统
技术领域
1.本发明属于输电工程技术领域，尤其涉及输电线路的覆冰融冰技术。


背景技术：

2.台州地区因其“七山二水一分田”的地貌特征，存在大量山区高海拔的输电线路。同时，台州地处东南沿海，冬季寒冷潮湿，又给线路覆冰的产生创造了极为有利的条件。输电线路的覆冰会对输电线路产生严重危害，主要有：
3.1、线路覆冰会导致垂直荷载急剧增大，使杆塔、金具不堪重负引发倒塔、断线等恶性事故；
4.2、线路覆冰会使弧垂增大，轻微的舞动便容易造成相间短路、跳闸；
5.3、不均匀覆冰或不同期脱冰在特定风力作用下会导致导线舞动，轻者发生闪络、跳闸，重者造成金具、横担变形，杆塔倒塔、断线。
6.因此融冰技术的研究与探讨无疑对解决高湿、高海拔地区输电线路的覆冰问题有着极为重要的意义。
7.目前，普遍采用的融冰方式为停运线路将三相导线短接，并在线路两端使用固定或移动式融冰装置给线路施加直流电流形成回路，使其发热融冰。该方式对于导线的融冰效果尚可，可对于地线或者光缆的融冰却难以实现，原因有：
8.一、地线或光缆对于杆塔并非全线绝缘，在线路两端施加直流电流无法形成回路，因而无法通过施加直流电流的方式使其发热融冰。
9.二、地线或光缆导电性能较导线差很多，融冰过程中造成的损耗较大，融冰效果不理想。
10.三、光缆内光纤对于温度较为敏感，融冰过程中无法精确控制发热温度，发热温度过高时极易造成光纤损坏，导致光路中断。
11.在实际研究中我们发现，地线和光缆由于其线径更小、正常状态不通流的特点，在雨雪冰冻天气下更易覆冰并发生断线事故。因此，如何研究出一种针对地线和光缆的精准融冰技术是目前困扰众多电力从业者的一大难题。
12.并且，在融冰过程中，需要对opgw光缆表面温度、光芯温度、覆冰状态进行全方位、可视化监测。


技术实现要素：

13.针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题就是提供一种实时监测的opgw光缆直流融冰系统，可以实时监测覆冰和融冰过程，实现精准融冰，避免在雨雪冰冻天气下因覆冰发生断线事故。
14.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
15.一种实时监测的opgw光缆直流融冰系统，输电线路采用同塔双回架设，采用单回停电融冰与双回停电融冰两种方式构建融冰回路，
16.opgw光缆与输电线路杆塔之间设置绝缘结构；
17.单回停电融冰采用单边光缆融冰接线方式，固定式融冰装置、输电线路上相导线、opgw光缆以及输电线路中相导线连接形成直流融冰通流回路；
18.双回停电融冰采用双边光缆同时融冰接线方式，固定式融冰装置、输电线路一侧上相导线、一侧opgw光缆、对侧opgw光缆、输电线路对侧上相导线连接形成直流融冰通流回路；
19.还设有全过程监测系统对覆冰、融冰情况进行实时监测，全过程监测系统包括：
20.微气象在线监测装置：所述微气象在线监测装置用于监测输电线路所在地点的气象环境，并将采集到的气象环境参数，通过网络传送到监测主机中；
21.导地线测温在线监测装置：所述导地线测温在线监测用于传感并自动采集导线、opgw光缆表面温度，并将采集到的温度参数，通过网络传送到监测主机中；
22.覆冰在线监测装置：所述覆冰在线监测装置用于监测输电线路覆冰情况，并将输电线路覆冰情况，通过网络实时传送到监测主机中；
23.穿雾型视频在线监测装置：所述穿雾型视频在线监测装置用于拍摄并回传导线、opgw光缆覆冰状态以及导线、opgw光缆实际融冰、脱冰过程，并将视频通过网络实时传送到监测主机中；
24.监测主机：所述监测主机与微气象在线监测装置、导地线测温在线监测装置、覆冰在线监测装置、穿雾型视频在线监测装置通讯连接。
25.优选的，对于直线塔，采用悬垂绝缘子串固定opgw光缆，且opgw光缆的地线逐基接地，并装设地线放电间隙。
26.优选的，对于耐张塔，opgw末端与杆塔塔身之间通过耐张绝缘子串绝缘，并且opgw光缆的地线装设地线放电间隙。
27.优选的，光缆分段处采用耐张塔，opgw光缆引下部分全线采用支柱绝缘子与塔身保持安全距离从塔身外部引下。
28.优选的，两段opgw光缆之间通过光缆接续盒连接，光缆接续盒采用opgw隔离型绝缘接续盒达到光缆的光电分离目的，光缆余缆固定于支柱绝缘子上与杆塔塔身保持绝缘。
29.优选的，所述气象环境参数包括温度、湿度、风向、风速以及气压参数，并将采集到的各种气象参数及其变化状况，通过网络实时传送到系统主机中。
30.优选的，所述覆冰在线监测装置包括覆冰拉力传感器，在输电线路悬垂串加装覆冰拉力传感器，如果覆冰拉力传感器监测的拉力值高于设定正常值，则需要进行融冰作业。
31.优选的，opgw光缆的内芯温度控制65℃以内，opgw光缆的短时极限温度不超过80℃。
32.优选的，控制直流融冰电流来控制光缆内芯温度。
33.优选的，在引流线与光缆搭接点安装温度监测装置，在塔头光缆出线点安装温度监测装置。
34.本发明采用的技术方案，opgw光缆融冰采取直流融冰方式，通过固定融冰装置作为直流输出，通过导线、opgw光缆串联形成通流回路，实现直流融冰功能。
35.基于微气象在线监测、导地线测温在线监测、覆冰在线监测、穿雾型视频在线监测以及后台预警系统，形成数字化覆冰全过程监测系统，通过对opgw光缆表面温度、光芯温
度、覆冰状态的全方位、可视化监测，掌握线路覆冰前后状态，具备覆冰预警、覆冰状态数据回传、融冰过程数据回传、脱冰状态管控、辅助融冰决策等功能，贯穿线路覆冰前、覆冰过程、融冰过程、融冰完成全过程，为预防、巡视、融冰操作等整体工作部署提供强力的数据支撑。
36.精准化融冰系统依托全过程监测系统对光缆内芯温度、光缆表面温度等状态实时监测，通过在直流融冰回路中串联电流实时调节设备实现融冰电流控制。结合光缆内芯温升特性，通过直流融冰电流值与光芯温度数据智能联动，做到融冰电流、光芯温度能控、在控，有效保护光缆安全。
37.因此，避免opgw光缆覆冰引起的电网损失，有效提高线路应对雨雪冰冻等极端气象的能力，提升线路运行可靠性。
38.本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
39.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
40.图1为单回opgw光缆融冰回路示意图；
41.图2为双回opgw光缆融冰回路示意图；
42.图3为opgw隔离型接续盒示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明为避免opgw光缆覆冰引起的电网损失，有效提高线路应对雨雪冰冻等极端气象的能力，提升线路运行可靠性，通过固定融冰装置作为电源点，导线、opgw光缆串联形成直流融冰回路，并对输电线路opgw光缆进行绝缘化改造，依托数字化覆冰全过程监测系统、精准化融冰系统等，实现opgw光缆具备直流融冰的能力。
45.本发明具体实施方式提供了一种实时监测的opgw光缆直流融冰系统，输电线路采用同塔双回架设，采用单回停电融冰与双回停电融冰两种方式构建融冰回路。针对输电线路opgw光缆进行的绝缘化改造，opgw光缆与输电线路杆塔之间形成绝缘结构。因此，本发明构建了一种针对地线和光缆的精准融冰系统，并且针对覆冰和融冰的过程监测，构建了一种数字化覆冰融冰全过程监测系统。
46.其中，一种针对地线和光缆的精准融冰系统，采用单回停电融冰与双回停电融冰两种方式构建融冰回路。
47.参考图1所示，单回停电融冰采用单边光缆融冰接线方式，设有固定式融冰装置1、下引装置2、沿塔电缆3、杆塔一4、杆塔二5、导线、opgw光缆。固定式融冰装置1、输电线路上相导线、opgw光缆以及输电线路中相导线连接形成直流融冰通流回路。
48.参考图2所示，双回停电融冰采用双边光缆同时融冰接线方式，设有固定式融冰装置1、下引装置2、沿塔电缆3、杆塔一4、杆塔二5、导线、地线。固定式融冰装置、输电线路一侧上相导线、一侧opgw光缆、对侧opgw光缆、输电线路对侧上相导线连接形成直流融冰通流回路。
49.目前，opgw光缆通常全线采取逐基接地的形式，为实现opgw光缆融冰需要对光缆进行全线绝缘改造，使其具备接入直流电流形成回路的能力。因此需要根据融冰电压和感应电压合理地进行绝缘配置，选择地线绝缘水平和绝缘间隙，使改造后的地线既满足日常运行工况下的感应电压限值及防雷要求，又满足融冰工况下的绝缘强度要求。
50.opgw地线绝缘化改造设计主要包括全段opgw光缆金具的改造以及首末段杆塔opgw光缆引下线的改造，通过opgw光缆的绝缘化改造可以使融冰过程中的地线形成通电回路，同时满足杆塔绝缘要求及防雷要求。
51.对于直线塔，opgw地线采取逐基接地的方式，将现有的悬垂线夹改造为悬垂绝缘子串，按照最大输出电压9.5kv考虑，绝缘子片数选取1片，并拆除现有接地线，装设地线放电间隙。
52.对于耐张塔，耐张塔上opgw地线通过在大小号侧加装耐张绝缘子串达到绝缘化改造目的。为保持档距内地线长度不变，改造时收进一定距离opgw地线长度，拆除原opgw与塔身的连接金具，在opgw末端与塔身之间加装耐张绝缘子串，绝缘子片数选取1片，并拆除原接地线，装设地线放电间隙。opgw通过预绞丝固定在地线支架上。
53.分段处塔头部分与耐张塔一致，需要重点考虑引下部分与塔身绝缘方式，考虑光缆引下部分全线采用支柱绝缘子与塔身保持安全距离从塔身外部引下。
54.如图3所示，两段opgw光缆之间通过光缆接续盒6连接。为实现光缆接续盒绝缘化，光缆接续盒采用opgw隔离型绝缘接续盒达到光缆的光电分离目的，光缆接续盒6与opgw光缆之间设置空心复合绝缘子61，光缆接续盒6固定于支柱复合绝缘子62，同时光缆余缆固定于支柱复合绝缘子上与杆塔塔身保持绝缘。
55.其中，一种数字化覆冰融冰全过程监测系统，包括：
56.微气象在线监测装置：所述微气象在线监测装置用于监测线路所在地点的气象环境，并将采集到的气象环境参数，通过网络实时传送到监测主机中；
57.导地线测温在线监测装置：所述导地线测温在线监测用于传感并自动采集导线、opgw光缆表面温度，并将采集到的温度参数，通过网络实时传送到监测主机中；
58.覆冰在线监测装置：所述覆冰在线监测装置用于监测输电线路覆冰情况，并将输电线路覆冰情况，通过网络实时传送到监测主机中；
59.穿雾型视频在线监测装置：所述穿雾型视频在线监测装置用于拍摄并回传导线、opgw光缆覆冰状态以及导线、opgw光缆实际融冰、脱冰过程，并将视频通过网络实时传送到监测主机中；
60.监测主机：所述监测主机与微气象在线监测装置、导地线测温在线监测装置、覆冰在线监测装置、穿雾型视频在线监测装置通讯连接。
61.具体的，所述气象环境参数包括温度、湿度、风向、风速以及气压参数，并将采集到的各种气象参数及其变化状况，通过网络实时传送到系统主机中，监测主机对采集到的气象环境参数进行存储、统计和分析。
62.为实时监测光缆日常运行过程中覆冰情况以及融冰过程中脱冰情况，可以在海拔较高处直线塔悬垂绝缘子串挂点安装覆冰拉力传感器。所述覆冰在线监测装置包括覆冰拉力传感器，在线路悬垂串加装覆冰拉力传感器，如果覆冰拉力传感器监测的拉力值高于设定正常值，则需要继续融冰作业。
63.为实时监测光缆日常运行过程中覆冰情况以及融冰过程中脱冰情况，在两回线路海拔较高处直线塔塔头导线(地线)安装穿雾式视频在线监测装置。
64.为避免直流融冰对光缆性能造成影响，必须严格控制融冰过程中opgw光缆温度。融冰区段光缆可以区分为塔上覆冰段、塔身段、引流线搭接点，融冰过程中最高温应位于引流线搭接点。塔上引流线与光缆搭接点安装温度监测装置，以严格控制光缆温升；同时为实时监测光缆温升融冰效果，在塔头光缆出线点安装温度监测装置。
65.而且，opgw光缆的内芯温度控制65℃以内。opgw光缆的短时极限温度不超过80℃。
66.通过控制直流融冰电流来控制光缆内芯温度。以固定式融冰装置容量为67.2mw，输出最大直流电压为13.3kv，最小输出直流电压1.5kv为例，根据所需融冰线路的长度和导线截面不同，其输出的直流融冰电流范围为9档可调。两种接线方式下，各档位下融冰电流值分别如表1和表2所示，可看出单边地线融冰接线方式下最小输出电流为541a，最大电流为4683a。双边地线融冰接线方式下最小输出电流271a，最大电流2342a。
67.表1融冰装置不同档位下的融冰电流输出(单边地线融冰接线方式)
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表2融冰装置不同档位下的融冰电流输出(双边地线融冰接线方式)
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opgw光缆的温升特性：
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(1)opgw光缆在通流状态下，因光缆表面散热较快，表面与光芯温升逐渐趋于不同，光芯温度将逐渐高于表面温度，最终状态光芯温度将远高于表面温度；
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(2)光缆表面、内芯温升经一定时间后将趋于稳态，稳态温度与直流电流正相关。
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上述精准化融冰系统，依托数字化覆冰融冰全过程监测系统，对光缆内芯温度、光缆表面温度等状态实时监测，通过在直流融冰回路中串联电流实时调节设备实现融冰电流控制。结合光缆内芯温升特性曲线，通过直流融冰电流值与光芯温度数据智能联动，做到融冰电流、光芯温度能控、在控，有效保护光缆安全。
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以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。