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钟成—基于电力光纤多参量感知的输电线路安全防护技术研究及应用.pdf

编号：138097

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钟成—基于电力光纤多参量感知的输电线路安全防护技术研究及应用.pdf

1、基于电力光纤多参量感知的输电线路安全防护技术研究与思考国网雄安新区供电公司钟成E P T C 电力技术协作平台2外破雷击覆冰鸟害大风部件故障据统计，电网大多数停电事故是由输电线路故障引起，因此对输电线路状态进行及时准确感知和风险防控，是保障电网安全运行的先决条件，也是迫切需要解决的行业重大难题。电力是国民经济和国家安全的保障，输电线路安全运行是保障电能可靠输送的基础。E P T C 电力技术协作平台OPGW技术的发展为基于多模物联的输电线路检测和风险管控提供了良好的物理条件和技术基础基于OPGW光纤的监测网监测全面覆盖风险有效防控电力行业2003年起研究输电线路监测技术单点、无线测量

2、方式线路亘长环境恶劣通信和电源问题大量无人区存在我国电力光纤总长500KV以上220KV以上95%+覆盖35KV以上150万公里100%覆盖100%覆盖E P T C 电力技术协作平台4应用问题挑战输电线路防控体系需要完善监测的物理量单一缺乏多模数据融合分析线路风险隐患定位不准打造了国产化的低成本、高精度、行之有效的实时监测及风险防控体系，保障了电网的安全可靠运行，并促进新一代电力系统的建设和发展。关键技术及创新“多模感知-联合分析-精准预判”的输电线路风险管控技术架构基于光纤复合架空地线的多参量感知技术与装置基于多模物联感知的输电线路数据融合模型多模数据的输电线路事件定位方法成果输电

3、线路风险防控体系系列多参量光纤传感装置多模物联感知数据治理系统多模物联数据融合服务组件国网河北公司组织产、学、研联合攻关团队，利用电力光纤资源，以低成本方式实现输电线路状态的多模物联感知，突破多模数据融合、事件定位、风险防控等核心关键技术，形成“多模感知-联合分析-精准预判技术体系，并实现工程化推广应用。E P T C 电力技术协作平台首创了基于电力OPGW的多参量感知技术，攻克了广域监测与高灵敏度相互制约的难题。提出布里渊、瑞利、拉曼三种散射信号的融合处理方法，建立了多传感信号交叉敏感模型；基于可调谐激光器在单根光纤实现了输电线路温度、应力、振动等的多参量感知。基于电力基于电力OPGW的多参

4、量感知技术的多参量感知技术为输电线路高性能监测提供了“感知神经”变电站杆塔OPGW输电线路约5km有接头盒的杆塔OPGWOPGW探测光光信号光信号电力光纤多参量分布式光纤传感装置光纤光栅分立式传感装置1.081.0851.091.0951.11.1051.111.1151.12x 101000.10.20.30.40.50.60.70.80.91散射/反射谱布里渊电频谱温度或应力布里渊频移相干瑞利散射谱温度或应力温度拉曼散射谱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/光谱滤波频率/波长变化反斯托克斯比拉曼斯托克斯建立了多传感信号交叉敏感模型基于单根光纤实现了输电线路的温度、应力、振动感知E

6、P T C 电力技术协作平台6输电线路监测产品自主创新和国产化输电线路监测产品自主创新和国产化低成本的传感装置现场部署和应用多参量电力光纤传感装置时频特征分析模块数据采样与边缘计算激光器集成光学模块研制了多参量相干光分布式传感装置及光纤光栅分立式传感装置监测距离从传统的80km提升至105km，装置成本降低60%技术成果指标项目产品进口产品国产产品分布多参量光纤传感装置测量距离105km 80km80kmE P T C 电力技术协作平台多模物联感知的输电线路数据融合方法多模物联感知的输电线路数据融合方法构建了感知的”神经中枢“提出了基于多模物联感知的输电线路数据融合方法，攻克了多模态融合

7、数据的精准关联分析难题。节点信用模型监测数据协作治理分析点线融合传感器群协作算法业务传输通道失效风险均衡算法基于流量调度的数据采集算法业务传输通道失效风险度模型流量均衡模型多模监测数据时空相关性风力、温度等基础传感器网络视频+图像监测OPGW光纤传感采集网视频图像监测数据光纤传感数据无线传感监测数据采集网采集网数据融合治理系统基于神经网络的监测数据特征提取及数据分类方法基于分块映射归约并行计算的海量数据清洗方法基于斯皮尔曼关系因子法的多模数据融合分析方法监测元数据模型设计了基于复杂边缘物联感知多模态数据时空相关性的分布式数据采集适配方法提出了基于信用和协作的点线融合传感器群协作算法提出了

8、基于分块映射归约并行计算的海量数据清洗方法40%95%+感知数据采集效率提升E P T C 电力技术协作平台8多模数据的输电线路故障定位方法多模数据的输电线路故障定位方法构建了应对突发事件的“反射神经”提出了多模数据的输电线路事件定位方法，攻克了在线监测与事件快速识别难题。物联感知数据融合多模态感知数据分布式电力光纤传感基于光纤的感知数据多模数据融合定位模型解决利用信息相关性提高事件识别准确率和定位精度的问题频分复用和噪声抑制解决测量精度、空间分辨力、测量距离等相互制约的问题业务数据和专家知识解决感知数据与线路实体、地理位置的关联问题多模数据融合定位模型解决利用信息相关性提高事件识别

9、准确率和定位精度的问题业务数据和专家知识解决感知数据与线路实体、地理位置的关联问题提出频分复用和激光跳频方法，抑制OPGW 及光器件中的瑞利噪声提出基于多模数据融合的定位模型，利用信息相关性，提高事件识别准确率提出基于知识自学习的输电线路事件融合定位方法，提高事件定位精度输电线路风险防控系统事件快速定位秒级分钟级分钟级故障定位精度1m5m10m故障识别率0.9995%90%E P T C 电力技术协作平台9构建了输电线路风险管控系统构建了输电线路风险管控系统为输电线路风险研判提供了智慧“大脑”温度传感器视频监控装置微气象感应器覆冰感应器杆塔振动轨迹数据感应器舞动特征感应器舞动轨迹感

10、应器微风振动特征感应器微风振动信号感应器杆塔振动感应器污秽度感应器监测元数据模型SG-CIM概念模型SG-CIM逻辑模型PMS3.0数据主题概念模型PMS3.0逻辑模型指导完善指导基础输电线路风险防控模型多模感知联合分析精准预判事前多参量感知风险预警风险预警准确评估工况推演事件评估薄弱点筛选状态评估事后快速处理数据时空关联风险研判多模数据融合事件定位事中构建了输电线路物联感知监测元数据模型，形成了对监测数据的完整规范化描述提出了基于行为规则的输电线路风险态势预警技术构建了基于多模物联感知的输电线路风险防控模型风险预警窗口缩短至分钟级E P T C 电力技术协作平台10总总结结以中国工程

11、院孙玉院士为主任委员的鉴定委员会认为：项目成果经济和社会效益显著，推广应用前景广阔，系统和应用整体达到国际先进水平,其中基于OPGW光纤的多参量感知、输电线路风险防控技术达国际领先水平。海外专利 1 项国内专利 40 项企业标准 12 项软著 7 项核心论文 47 篇专著 1 部行业标准 2 项E P T C 电力技术协作平台谈谈谈谈关于关于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光缆需作为地线使用，其本身对导电性及耐热性有非常高的要求。而防雷接地不规范或未对OPGW光缆进行接地，导致OPGW光缆在需大电流进行泄放时，极有可能烧熔光缆铝包钢外层绞层

12、，严重时会熔断光缆，对电力通信光传输系统甚至电网的安全稳定运行造成严重影响。E P T C 电力技术协作平台研究地线接地方式对防雷的影响研究地线接地方式对防雷的影响日本为逐塔接地：日本为逐塔接地：导线对地线感应电流大导线对地线感应电流大，OPGWOPGW截面大截面大美国美国、英国为分段式接地：英国为分段式接地：导线对地线感应电流小导线对地线感应电流小，OPGWOPGW截面小截面小我国无我国无OPGWOPGW情况情况，地线采用分段式接地地线采用分段式接地我国有我国有OPGWOPGW情况情况，OPGWOPGW逐塔接地逐塔接地，分流线分段分流线分段式接地式接地双地线接地方式差异是否导致双地线接地方式差异是否导致OPGWOPGW屡遭雷击断屡遭雷击断股股，而分流地线更安全而分流地线更安全E P T C 电力技术协作平台由于地线至各相导线的距离一般是不相等的，导致地线与各相导线之间的互感也不一样，因此，尽管各相导线上的负荷电流平衡，但在地线上任然要感应出一个纵电动势。如果地线逐塔接地，这个电动势就要产生电流，其结果就增加了线路的电能损失。这个附加的电能损失是同负荷电流的平方和线路长度成正比，有计算表明，如果两根地线均接地，220kV单回线路的地线损耗约为（5-10）104kwh/百公里.年，500kV单回线路约为3-5106kwh/百公里.年。E P T C 电力技术协作平台

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