(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 20221083873 3.7 (22)申请日 2022.07.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114923529 A (43)申请公布日 2022.08.19 (73)专利权人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区华北电力大 学 (72)发明人 马国明　王思涵　史荣斌　郭腾俊　 秦炜淇　王伟　郭陟峰　 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) (56)对比文件 CN 104596 583 A,2015.0 5.06 CN 202217535 U,2012.0 5.09 CN 113970298 A,202 2.01.25CN 1020428 85 A,201 1.05.04 WO 2005072166 A2,2005.08.11 王利 等.基 于光纤布喇格光 栅的配电变 压 器分布式温度监测方法. 《广东电力》 .2019,第32 卷(第1期),第152-157页. 审查员 王义 (54)发明名称 一种架空输电导线运行状态分布式监测的 装置及方法 (57)摘要 本发明提出一种架空输电导线运行状态分 布式监测的装置及方法， 属于输电线路状态监测 与光纤传感领域。 本发明提出的架空输电导线运 行状态分布式监测的装置， 其特征在于， 由架空 输电导线、 杆塔、 分布式光纤传感系统和信号传 输光缆组成， 其中架空输电导线中包含温度形状 传感光单元， 能够精确感知架空输电导线的温度 和应变分布。 本发明提出的架空输电线路运行状 态分布式监测的方法， 其特征在于， 利用布里渊 频移量解调、 温度分布计算、 应变分布计算、 曲 率‑挠度离散分布计算、 曲率 ‑挠度连续函数计 算、 三维形状曲线计算和风偏角 ‑弧垂计算7个步 骤实现架空输电导线运行状态的分布式监测， 精 确计算架空输电导线弧垂和风偏角。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114923529 B 2022.09.16 CN 114923529 B 1.一种架空输电导线运行状态分布式监测的装置， 由架空输电导线 （101） 、 杆塔 （102） 、 分布式光纤传感系统 （103） 和信号传输光缆 （104） 组成， 其中， 所述杆塔 （102） 用于支撑架空 输电导线 （101） ， 所述架空输电导线 （101） 通过信号传输光缆 （104） 接入分布式光纤传感系 统 （103） ， 其特征在于， 所述的架空输电导线 （101） 由铝线 （201） 、 钢线 （202） 和温度形状传感光单元 （203） 组 成， 钢线 （202） 螺旋缠绕在温度形状传感光单元 （203） 外侧， 铝线 （201） 螺旋缠绕在钢线 （202） 外侧； 所述的温度形状传感光单元 （203） 由应变传感光纤 （301） 、 碳纤维管 （302） 、 无机胶粘接 层 （303） 、 温度传感光纤 （304） 、 光纤防潮导热油膏 （305） 和通信光纤 （306） 组成， 信号传输光 缆 （104） 中的传输光纤与温度形状传感光单元 （203） 中的温度传感光纤 （304） 和应变传感光 纤 （301） 分别熔接在一 起； 所述的应变传感光纤 （301） 共有三根， 无机胶粘接层 （303） 将应变传感光纤 （301） 以 120°的角度固定在碳纤维管 （302） 的内壁， 应变传感光纤 （301） 比碳纤维管 （302） 的长度长 5mm； 所述的无机胶粘接层 （3 03） 的厚度为1m m， 弹性模量 为30Gpa； 所述的碳纤维管 （3 02） 的内径为10m m， 厚度为1.5m m； 所述的温度传感光纤 （304） 布置于温度形状传感光单元 （203） 中碳纤维管 （302） 的中心 轴线上， 比碳纤维管 （3 02） 总长度长1%； 所述的通信光纤 （306） 以温度传感光纤 （304） 为圆心， 2mm为半径对称布置在温度传感 光纤 （304） 周围； 所述的分布式光纤传感系统 （103） 对温度传感光纤 （304） 和应变传感光纤 （301） 打入探 测窄带光脉冲， 并对温度传感光纤 （304） 和应变传感光纤 （301） 上返回的布里渊背向散射光 信号进行光电转换、 信号采集和信号处 理。 2.根据权利要求1所述的一种架空输电导线运行状态分布式监测的装置， 其特征在于， 所述的光纤防潮导热油膏 （305） 组成成分和各组分含量为： 二甲基硅油70%、 高分子聚合物 10%、 稠化剂10%、 高吸水树脂 5%、 导热硅 脂4.5%和纳米级耐热颗粒0.5%。 3.根据权利要求2所述的一种架空输电导线运行状态分布式监测的装置， 其特征在于， 所述的光纤防潮导热油膏 （305） 组成成分中， 稠化剂为气相二氧化硅和苯乙烯 ‑丙烯共聚 物， 两者重量比为3:2； 所述的纳米级耐热颗粒为纳米级三氧化二铝颗粒， 直径小于50nm， 导 热率为200W/ （m·K） 。 4.根据权利要求1所述的一种架空输电导线运行状态分布式监测的装置， 其特征在于， 所述的无机胶粘接层 （303） 成分为改性水玻璃、 二氧化硅和氧化铝， 应变传递系数为0.97， 弹性模量约为3 0GPa。 5.一种应用如权利要求1所述的装置进行架空输电导线运行状态分布式监测的方法， 其特征在于， 利用布里渊频移 量解调、 温度分布计算、 应变分布计算、 曲率 ‑挠度离散 分布计 算、 曲率‑挠度连续函数计算、 三 维形状曲线计算和风偏角 ‑弧垂计算7个步骤实现架空输电 导线运行状态的分布式监测， 其中， 在布里渊频移量解调步骤中， 对分布式光纤传感系统 （103） 接收的温度传感光纤 （304） 和应变传感光纤 （301） 上返回的布里渊背向散射信号进行快速傅里叶变换， 计算傅里叶变权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114923529 B 2换后频谱的最大幅值为温度传感光纤 （304） 和应变传感光纤 （301） 上的布里渊频移沿光纤 的分布； 在温度分布计算步骤中， 根据布里渊温度 ‑频移系数1.10MHz/℃计算温度传感光纤 （304） 的温度分布； 在应变分布计算步骤中， 在应变传感光纤 （301） 的布里渊频移分布中减去由温度变化 引起的频移量， 根据布里渊应变 ‑频移系数0.0483MHz/μ ε， 分别计算三根应变传感光纤 （301） 的应变分布； 在曲率‑挠度离散分布计算步骤中， 利用三根应变传感光纤 （301） 的应变沿光纤分布， 构建三维应 变分布曲面， 构建温度形状传感光单 元 （203） 的曲率 ‑挠度离散分布函数； 在曲率‑挠度连续函数计算步骤中， 采用3次样条插值拟合法， 利用曲率 ‑挠度离散分布 函数构建温度形状传感光单 元 （203） 的曲率 ‑挠度连续 函数； 在三维形状曲线计算步骤中， 根据温度形状传感光单元 （203） 的曲率 ‑挠率连续函数重 构导线的形状， 计算架空输电导线 （101） 的三维形状曲线方程； 在风偏角 ‑弧垂计算步骤中， 根据架空输电导线 （101） 的三维形状曲线方程， 计算架空 输电导线 （101） 的风偏角和弧垂。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114923529 B 3