基于光传感技术的特高压直流输电线路污秽度在线监测.docx

第37卷第2期 水电自动化与大坝监测V01．37No．22013年4月20日Hydropower Automation and Dam Monitoring Apr．20，2013DOI：10．3969／j．issn．1671—3893．2013．02．004基于光传感技术的特高压直流输电线路污秽度在线监测韩玉康1，宁淼福1，杨帅2，周文俊2，喻剑辉2，柯磊3，陈 勇3(1．中国南方电网超高压输电公司，广东省广州市510620；2．武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072；3．国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北省武汉市430074)摘要：为研究特高压直流输电线路积污特性，准确设计线路绝缘配置。本文研究了光传感技术测量输 电线路绝缘子盐密的方法，设计制作了输电线路盐密在线监测系统。该系统由安装于线路杆塔的数据 检测终端(0DU)以及监测中心组成，可实时监测终端所在环境下的气象参数和污秽度，方便工作人员 了解线路积污情况。±800 kV楚穗直流输电工程已安装三套数据检测终端，分布在广州、南宁、曲靖三 地。分析监测数据可知：气温、湿度受经纬度影响，其中纬度相同的地区气温、湿度大体一致；线路绝缘 子污秽度一定程度上受气温、湿度的影响。 关键词：特高压直流输电；绝缘子；光传感技术；盐密；在线监测英玻璃棒上没有附着污秽物时，光波导的基模和高次0 引言模共同传输光能，其中绝大部分光能在光波导的芯中特高压直流输电已成为我国特高压输电工程发 传输，小部分光能沿芯包界面的包层传输，光波传输 展方向，我国已规划了多条特高压直流输电工程[1|。 过程中光的损耗很小。 楚穗直流输电工程额定运行电压为±800 kV，双极额定输送功率为5 000 MW，线路长度1 374 krn，最高海 拔高度2 460 mEZ]。它的投运极大减轻了广东电网500 kV内外主环网的功率交换，缓解了主网的负载压 力，优化了潮流分布。根据现有研究结论，直流输电线路绝缘子污秽度光高于交流系统[3]，在相同污秽条件下直流线路绝缘子图1光能损耗机理污闪电压要低于交流线路[4]，直流线路防污闪工作更为艰巨。目前防污闪的关键技术就是通过测量运行 当石英玻璃棒上附着有污秽物时，将从两方面增 绝缘子表面污秽的等值盐密，确定该线路外绝缘配置 大光能损耗：①污秽物的折射率一般大于石英的折射 方式[5|。但楚穗直流线路跨越地区大部分海拔高度 率，会破坏了高次模的全反射传输条件，产生强漏模， 超过1 000 rn，沿线污染源复杂，线路绝缘子面临特高 使光能损耗；②污秽物对光能的吸收和散射也会造成 电压、多污秽、高海拔的综合影响，沿线积污特性与其 光能损耗。试验证明，大气中的各种盐、酸、碱、氨、重 他线路存在较大差别，不能照搬现有经验，需对线路 金属微粒、过渡金属微粒、氢氧根、灰尘等污染物都会 污秽度进行测量研究。 吸收光能001。本文基于光技术设计制作了输电线路盐密在线2监测系统设计与运行情况监测系统，实现特高压直流线路盐密等污秽参数的在线监测，为特高压直流线路污秽度研究提供可靠的数基于上述原理，本文设计制作的输电线路盐密在 据支持。线监测系统由数据检测终端(ODU)以及监测中心组成，如图2所示，两者通过GSM网络[11]传递数据。1 基于光技术盐密测量原理图3为数据检测终端(0DU)外形图，由太阳能电根据光场分布理论[6]和光能损耗机理[7](见图1)， 池板、上盖板、光传感器、温湿度传感器以及机箱构 可利用光传感器[8]测量光波导中光能的损耗来计算污 成，其中上盖板设计成绝缘子外观，模拟实际绝缘子 秽盐密，置于大气中的低损耗石英玻璃棒就是一个以 积污情况；光传感器置于上盖板下方，监测光能参数 玻璃棒为芯、大气为包层的多模介质光波导[9I。当石 的变化；机箱底部安装有温湿度传感器，记录环境变一】3一万方数据永它囱劫他与夫坝监测ODU中心。同时，机箱内布置有铅酸蓄电池，与太阳能电 池板配合提供电能。监测中心接受终端发回的信息， 完成数据转换和处理，根据盐密计算公式[12]得出每 天的实时盐密值并绘制相应的曲线，方便工作人员 查看。本系统在±800 kV楚穗特高压直流输电线路上 共安装三套数据检测终端(安装地点见表1)，其中广 州、南宁、曲靖各一套。系统收集了2012年2月到10 月共八个月的数据，主要有每日最低气温、每日最高图2监测系统组成气温、每日最高相对湿度、每日最低相对湿度、ESDD化；机箱内部的处理单元采集光传感器以及温湿度传与NSDD。 感器的输出信号，将数据打包通过通信模块传至监测表1数据检测终端安装点位序号 安装塔号、塔形 安装地点◆一flira图3数据检测终端外形图381 楚穗线2343号、耐张塔广州市清远县太平镇383 楚穗线1454号、直线塔南宁市