鐘成—基于電力光纖多參量感知的輸電線路安全防護技術研究及應用.pdf

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1、基于電力光纖多參量感知的輸電線路安全防護技術研究與思考國網雄安新區供電公司鐘 成E P T C 電力技術協作平臺2外 破雷 擊覆 冰鳥害大 風部件故障據統計，電網大多數停電事故是由輸電線路故障引起，因此對輸電線路狀態進行及時準確感知和風險防控，是保障電網安全運行的先決條件，也是迫切需要解決的行業重大難題。電力是國民經濟和國家安全的保障，輸電線路安全運行是保障電能可靠輸送的基礎。E P T C 電力技術協作平臺OPGW技術的發展為基于多模物聯的輸電線路檢測和風險管控提供了良好的物理條件和技術基礎基于OPGW光纖的監測網監測全面覆蓋風險有效防控電力行業2003年起研究輸電線路監測技術單點、無線測量

2、方式線路亙長環境惡劣通信和電源問題大量無人區存在我國電力光纖總長500KV以上220KV以上95%+覆蓋35KV以上150萬公里100%覆蓋100%覆蓋E P T C 電力技術協作平臺4應用問題挑戰輸電線路防控體系需要完善監測的物理量單一缺乏多模數據融合分析線路風險隱患定位不準打 造 了 國 產化的低成本、高精度、行之有效的實時監測及風險防控體系，保障了電網的安全可靠運行，并促進新一代電力系統的建設和發展。關鍵技術及創新“多模感知-聯合分析-精準預判”的輸電線路風險管控技術架構基于光纖復合架空地線的多參量感知技術與裝置基于多模物聯感知的輸電線路數據融合模型多模數據的輸電線路事件定位方法成果輸電

3、線路風險防控體系系列多參量光纖傳感裝置多模物聯感知數據治理系統多模物聯數據融合服務組件國網河北公司組織產、學、研聯合攻關團隊，利用電力光纖資源，以低成本方式實現輸電線路狀態的多模物聯感知，突破多模數據融合、事件定位、風險防控等核心關鍵技術，形成“多模感知-聯合分析-精準預判技術體系，并實現工程化推廣應用。E P T C 電力技術協作平臺首創了基于電力OPGW的多參量感知技術，攻克了廣域監測與高靈敏度相互制約的難題。提出布里淵、瑞利、拉曼三種散射信號的融合處理方法，建立了多傳感信號交叉敏感模型；基于可調諧激光器在單根光纖實現了輸電線路溫度、應力、振動等的多參量感知?；陔娏陔娏PGW的多參

4、量感知技術的多參量感知技術為輸電線路高性能監測提供了“感知神經”變電站桿塔OPGW輸電線路約5km有接頭盒的桿塔OPGWOPGW探測光光信號光信號電力光纖多參量分布式光纖傳感裝置光纖光柵分立式傳感裝置1.081.0851.091.0951.11.1051.111.1151.12x 101000.10.20.30.40.50.60.70.80.91散射/反射譜布里淵電頻譜溫度或應力布里淵頻移相干瑞利散射譜溫度或應力溫度拉曼散射譜COTDR/FBGBOTDR/BOTDAROTDR1.081.0851.091.0951.11.1051.111.1151.12x 101000.10.20.30.40.

5、50.60.70.80.911.081.0851.091.0951.11.1051.111.1151.12x 101000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.081.0851.091.0951.11.1051.111.1151.12x 101000.10.20.30.40.50.60.70.80.911.081.0851.091.0951.11.1051.111.1151.12x 101000.10.20.30.40.50.60.70.80.91/光譜濾波頻率/波長變化反斯托克斯比拉曼斯托克斯建立了多傳感信號交叉敏感模型基于單根光纖實現了輸電線路的溫度、應力、振動感知E

6、P T C 電力技術協作平臺6輸電線路監測產品自主創新和國產化輸電線路監測產品自主創新和國產化 低成本的傳感裝置現場部署和應用多參量電力光纖傳感裝置時頻特征分析模塊數據采樣與邊緣計算激光器集成光學模塊 研制了多參量相干光分布式傳感裝置及光纖光柵分立式傳感裝置 監測距離從傳統的80km提升至105km，裝置成本降低60%技術成果指標項目產品進口產品國產產品分布多參量光纖傳感裝置測量距離105km 80km80kmE P T C 電力技術協作平臺多模物聯感知的輸電線路數據融合方法多模物聯感知的輸電線路數據融合方法構建了感知的”神經中樞“提出了基于多模物聯感知的輸電線路數據融合方法，攻克了多模態融合

7、數據的精準關聯分析難題。節點信用模型監測數據協作治理分析點線融合傳感器群協作算法業務傳輸通道失效風險均衡算法基于流量調度的數據采集算法業務傳輸通道失效風險度模型流量均衡模型多模監測數據時空相關性風力、溫度等基礎傳感器網絡視頻+圖像監測OPGW光纖傳感采集網視頻圖像監測數據光纖傳感數據無線傳感監測數據采集網采集網數據融合治理系統基于神經網絡的監測數據特征提取及數據分類方法基于分塊映射歸約并行計算的海量數據清洗方法基于斯皮爾曼關系因子法的多模數據融合分析方法監測元數據模型 設計了基于復雜邊緣物聯感知多模態數據時空相關性的分布式數據采集適配方法 提出了基于信用和協作的點線融合傳感器群協作算法 提出了

8、基于分塊映射歸約并行計算的海量數據清洗方法40%95%+感知數據采集效率提升E P T C 電力技術協作平臺8多模數據的輸電線路故障定位方法多模數據的輸電線路故障定位方法 構建了應對突發事件的“反射神經”提出了多模數據的輸電線路事件定位方法，攻克了在線監測與事件快速識別難題。物聯感知數據融合多模態感知數據分布式電力光纖傳感基于光纖的感知數據多模數據融合定位模型 解決利用信息相關性提高事件識別準確率和定位精度的問題頻分復用和噪聲抑制 解決測量精度、空間分辨力、測量距離等相互制約的問題業務數據和專家知識 解決感知數據與線路實體、地理位置的關聯問題多模數據融合定位模型 解決利用信息相關性提高事件識別

9、準確率和定位精度的問題業務數據和專家知識 解決感知數據與線路實體、地理位置的關聯問題 提出頻分復用和激光跳頻方法，抑制OPGW 及光器件中的瑞利噪聲 提出基于多模數據融合的定位模型，利用信息相關性，提高事件識別準確率 提出基于知識自學習的輸電線路事件融合定位方法，提高事件定位精度輸電線路風險防控系統事件快速定位秒級分鐘級 分鐘級故障定位精度1m5m10m故障識別率0.9995%90%E P T C 電力技術協作平臺9構建了輸電線路風險管控系統構建了輸電線路風險管控系統 為輸電線路風險研判提供了智慧“大腦”溫度傳感器視頻監控裝置微氣象感應器覆冰感應器桿塔振動軌跡數據感應器舞動特征感應器舞動軌跡感

10、應器微風振動特征感應器微風振動信號感應器桿塔振動感應器污穢度感應器監測元數據模型SG-CIM概念模型SG-CIM邏輯模型PMS3.0數據主題概念模型PMS3.0邏輯模型指導完善指導基礎輸電線路風險防控模型多模感知聯合分析精準預判事前多參量感知風險預警風險預警準確評估工況推演事件評估薄弱點篩選狀態評估事后快速處理數據時空關聯風險研判多模數據融合事件定位事中 構建了輸電線路物聯感知監測元數據模型，形成了對監測數據的完整規范化描述 提出了基于行為規則的輸電線路風險態勢預警技術 構建了基于多模物聯感知的輸電線路風險防控模型風險預警窗口縮短至分鐘級E P T C 電力技術協作平臺10總總 結結以中國工程

11、院孫玉院士為主任委員的鑒定委員會認為：項目成果經濟和社會效益顯著，推廣應用前景廣闊，系統和應用整體達到國際先進水平,其中基于OPGW光纖的多參量感知、輸電線路風險防控技術達國際領先水平。海外專利 1 項國內專利 40 項企業標準 12 項軟著 7 項核心論文 47 篇專著 1 部行業標準 2 項E P T C 電力技術協作平臺談談談談 關于關于OPGW的防雷、接地方面的一些研究和思考的防雷、接地方面的一些研究和思考由于OPGW光纜需作為地線使用，其本身對導電性及耐熱性有非常高的要求。而防雷接地不規范或未對OPGW光纜進行接地，導致OPGW光纜在需大電流進行泄放時，極有可能燒熔光纜鋁包鋼外層絞層

12、，嚴重時會熔斷光纜，對電力通信光傳輸系統甚至電網的安全穩定運行造成嚴重影響。E P T C 電力技術協作平臺 研究地線接地方式對防雷的影響研究地線接地方式對防雷的影響 日本為逐塔接地：日本為逐塔接地：導線對地線感應電流大導線對地線感應電流大，OPGWOPGW截面大截面大 美國美國、英國為分段式接地：英國為分段式接地：導線對地線感應電流小導線對地線感應電流小，OPGWOPGW截面小截面小 我國無我國無OPGWOPGW情況情況，地線采用分段式接地地線采用分段式接地 我國有我國有OPGWOPGW情況情況，OPGWOPGW逐塔接地逐塔接地，分流線分段分流線分段式接地式接地 雙地線接地方式差異是否導致雙地線接地方式差異是否導致OPGWOPGW屢遭雷擊斷屢遭雷擊斷股股，而分流地線更安全而分流地線更安全E P T C 電力技術協作平臺由于地線至各相導線的距離一般是不相等的，導致地線與各相導線之間的互感也不一樣，因此，盡管各相導線上的負荷電流平衡，但在地線上任然要感應出一個縱電動勢。如果地線逐塔接地，這個電動勢就要產生電流，其結果就增加了線路的電能損失。這個附加的電能損失是同負荷電流的平方和線路長度成正比，有計算表明，如果兩根地線均接地，220kV單回線路的地線損耗約為（5-10）104kwh/百公里.年，500kV單回線路約為3-5106kwh/百公里.年。E P T C 電力技術協作平臺