（国网安徽省电力安庆供电公司 安徽省 246000）
摘要：近年来，随着用户对供电可靠性要求越来越高，输电线路维护日益成为供电部门主流工作内容之一。但外力破坏作为影响输电线路安全的最大隐患，由于输电线路自身存在面广、点多、线长、长期暴露野外等特点较易受到破坏，加之近年来城镇化建设、基础设施建设、采石挖矿伐木修路等人类活动日益频繁，导致由外力破坏引起的输电线路遭到破坏现象屡发不止，且破坏频率呈现多发趋势、破坏动机呈现恶性趋势，越来越成为供电部门及政府和社会必须共同关注、亟待解决的一个问题。因而本文研究了一种基于全线路外破综合监控及治理技术系统，以更好地加强对其的应用。
关键词：全线路；外破；综合监控；治理技术
输电线路外破形式主要是违章施工作业和异物外破，其共同的特点是具有隐蔽性、临时性和突发性，难以在事前预估和发现，而已有的防外破经验表明，及时的发现各类外破隐患是防治线路外破跳闸的最关键工作，越早发现越主动，越早发现越能采取对应处理措施。但现有的定期巡线、请专人蹲守等人工外破隐患监控方式存在周期长、质量不可控等不足；而传统的视频监控装置则存在供电不稳定、需要专人不间断值班、难以移机安装等弊端，有必要发展一种新型的线路外破隐患发现和监控的技术，以有效解决上述问题。
1.全线路外破处理现状
当前，各电网公司关于防外破跳闸采取的主要措施是人工巡线，对施工业主和施工人员说明线路的电压等级、保护区范围、悬挂安全警告标示牌、发出隐患通知书等措施。但是这种方式存在巡线周期长、人员劳动强度大、不易及时发现隐患等缺点。在这一背景下，视频类在线监测技术自2007年以来在全国各电网中陆续得到应用，视频监控虽是成熟技术，但需要专人值守是其最大的弊端。
2.全线路外破综合监控及治理技术研究
近年来，干涉型分布式光纤传感系统的研究在管道检测、安防监测等方面得到了广泛关注。由于基于相位调制原理，干涉信号中携带有信号信息及信号的作用位置信息，为了从中分离出信号的位置信息，提出了多种采用复合干涉结构实现定位的干涉型分布式光纤传感系统。
本项目提出了基于波分复用的干涉型分布式光纤传感方案，在系统中使用宽带光源，克服了传统的分布式光纤传感系统结构中由于激光器光源产生大量噪声的缺陷；通过3x3耦合器构造了两个独立的干涉光路，确保系统结构具有良好的稳定性；利用频谱比值定位法，解决了传统的依赖陷波点定位时对扰动信号的带宽限制问题。
2.1基于线路既有光纤传感的外破隐患感知及定位技术研究
通过比较两路相位信号的频谱特性的方法，确定扰动发生的位置，这种方法不仅消除了扰动信号幅度、频率成分变化对检测的影响，还可利用多个频率点曲线拟合的方法获得位置值，显著减小了信号处理中误差的影响，大大提高了系统的定位精度。同时，因其扰动位置的获取不依赖于扰动源激发某个特殊频率点，解决了传统的陷波点频率定位算法中的扰动信号的频率限制问题，适用性更强。
2.2站端监控主机研制及应用
为保证站端监控主机运行的稳定性，采用基于波分复用的系统结构。光源部分拟采用两个超辐射发光光源（SLD），分别产生波长为1310nm和1550nm的光。系统的外破隐患定位功能是通过在1芯光纤中分别注入不同波长的光，通过波分复用器将两种波长成份分开，分别沿着独立光纤路径到达各自的发射终端，使两个广播分别形成不同的干涉，通过比较两个干涉获得的相位信号的频谱特性，获得扰动位置信息，实现线路档距定位。站端监控主机中，3*3光纤耦合器是本系统的核心器件，可使得线路上同一扰动获得两种不同的干涉信号，从而可以比较两路相位信号的频谱特性，提高扰动定位的精度。
3.项目的理论和实践依据
本项目拟研究基于线路既有光纤振动传感的全线路外破监控技术，当某一档距下方存在大型施工车辆、爆破、异物等振动源时，能够实时判断振动源所处档距，并触发相邻位置的智能可视化监控终端进行双向拍照取证，同时向线路运维人员推送预警信息。
3.1理论依据
基于双M-Z（马赫-曾德尔）干涉原理的全线路外破监控技术可检测线路每个档距、通过塔线传递给线路既有光缆的、由地面大型施工车辆引起的高频非线性振动，由此实现对外破隐患的定位和预警。
3.1.1马赫-曾德尔光纤干涉原理
对于工程实用的马赫-曾德尔干涉仪，全都采用全光纤结构。图1表示马赫-曾德尔全光纤干涉仪的基本结构，图中，s为光源，C1和C2为3dB耦合器，D为探测器，两个臂都使用光纤，其中传感光纤长度为L+ΔL，参考光纤长度为L。其优点是体积小，且机械性能稳定。
图1马赫-曾德尔光纤干涉原理结构图
设入射光波为Ein，为了保证光源S发出的光波最终能产生干涉，光源的宽带必须满足以下要求：
（1）
其中，λ为激光光源的中心波长，λ为光源的波长带宽，∆L为传感光纤与参考光纤长度差。即光源的想干长度应大于两光纤臂长度之差，干涉仪才能产生干涉，才能起到传感的目的。
如图1，对于3dB的耦合器C1，光波沿端口1→3，2→4传输为直接耦合，沿端口1→4，2→3传播为跨接耦合，直接耦合不产生附加相位，跨接耦合产生π/2的相位滞后。根据式1，当传感光纤距耦合器C2距离为z处受到振动波f（t）作用时，探测器D接收到的经过传感光纤和参考光纤的两光波分别为：
其中，n为光纤折射率，L+△L，L分别为传感臂和参考臂的长度，π相位是由于光在耦合器中两次跨接耦合而产生的，
，表示光波在到达探测器前γ时刻受到f（t）的作用。
E1，E2干涉成的干涉光强为：
（4）
其中，△ψ为两束光的相位差，对于E1，E2而言，其相位差为：
（5）
设由于传感光纤和参考光纤长度之差引起的相位差
，其最终的干涉结果为：
（6）
由式6可知干涉输出光强中携带有振动信号作用而引起的相位信息，而且相位中的时间信息又包含与作用位置相关的时间信息γ，正是基于这个基本特征，通过对基本马赫-曾德尔干涉系统进行适当变换可以实现对外界破环行为定位的目的。
4.结语
综上所述，本项目拟开发出基于智能感知的全域外破预警及监控系统来解决上述问题。该系统由两部分组成：1）智能可视化监控终端，在已知大型工地或外破高发区段，加装多套高性价比的可视化塔上监测终端；2）对外破高发线路，利用线路既有光纤作为传感器，实现单条线路或多条串联线路外破异常振动监控及定位，可触发塔上监控终端进行实时拍照取证。该系统所构建的“线面结合、移动互联”全域外破防治技术架构，可极大降低线路外破巡检的工作强度，提升工作质量，是线路外破防治领域技术水平和管理水平的又一次提升！
参考文献：
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[3]孟海峰.东营地区电网供电可靠性的研究[D].山东大学，2016.
论文作者:甘先苗,胡枭然,单德森,余斌,齐继富
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：光纤论文; 线路论文; 马赫论文; 相位论文; 光源论文; 信号论文; 隐患论文; 《电力设备》2017年第33期论文;