一种输电线路分布式微气象监测方法与流程

本发明涉及输电线路，特别是涉及一种输电线路分布式微气象监测方法。

背景技术：

高压输电线路架设于外部自然环境中，其输电能力和性能直接受制于外部微气象，如温度、湿度、风速等，其中降雨的监测也是评估输电线路运行状态的关键因素。

申请号为201510260152.X的专利申请：一种用于输电线路的降雨型滑坡灾害预警系统和方法，提供一种用于输电线路的降雨型滑坡灾害预警系统和方法，系统包括降雨量监测系统和预警终端，通过对可能发生降雨型滑坡灾害的监测塔位进行滑坡灾害易发性的评估、监测塔位选择、降雨量监测数据采集、滑坡预警和降雨量监测数据的显示，完成对输电线路的降雨型滑坡灾害进行预警。

由于输电线路纵横延伸几十甚至几百千米，各线路路段的降雨也呈现明显的空间分布，而传统的微气象监测多采用点式的监测方法，只能反映局部区域的降雨特征，并不能反映整条输电线路全线的降雨特征，因此难以对输电线路的运行状态进行全线路评估。不利于线路技术人员实时掌握线路的环境状况，以便采取相应的措施避免出现线路运行故障。

有鉴于此，有必要提供一种输电线路分布式微气象监测方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种输电线路分布式微气象监测方法，具有监测智能化程度高、监测覆盖面广、便于自动判断识别的特点，对输电线路运行状态的监测有着重要的指导意义。

为实现此目的，本发明所采用的技术方案是：一种输电线路分布式微气象监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用布里渊光时域反射仪监测得到输电线路OPGW的温度分布T(x_i,t_m)；

步骤二、计算与数据处理单元根据多次监测获得的OPGW温度分布，计算架空线上每一监测点在时间上的温度梯度T_t(x_i,t_m)；

步骤三、计算与数据处理单元根据获得的OPGW温度空间分布，计算架空线上沿空间分布的温度梯度T_x(x_i,t_m)；

步骤四、分别设定不同雨量条件下时间温度梯度阈值T_tl和空间温度梯度阈值T_x0；

步骤五、根据输电线路全线的温度梯度分布，判断输电线路上的降雨分布信息及雨量大小信息，实现输电线路的分布式降雨监测。

作为进一步优选的，所述步骤二中，时间上的温度梯度采用以下公式计算：

式中，t_m为监测点时间，下标m为时间监测点编号；n为时间采样数；t_m+j+1-t_m+j＝△t为系统数据的时间采集间隔。

作为进一步优选的，所述步骤三中，沿空间分布的温度梯度为：

式中k为数据处理的空间采样数；x_i+j+1-x_i+j＝△x为系统的空间分辨率。

作为进一步优选的，所述步骤四和五中，降雨的雨量和降雨分布信息通过设定时间上的温度梯度阈值T_tl和空间温度梯度阈值T_x0进行判断划分。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的输电线路分布式微气象监测方法，采用布里渊光时域反射仪技术，通过监测输电线路全线的温度分布，结合实验获得的时间温度梯度阈值和空间温度梯度阈值进行分析判断便可实现输电线路的分布式降雨监测。具有监测方法智能化程度高、便于计算机进行自动分析判断降雨分布和降雨程度的特点。

附图说明

图1为本发明输电线路分布式微气象监测方法的流程示意图。

图2为本发明输电线路分布式微气象监测方法系统框架的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

参见图1至图2，本发明输电线路分布式覆冰监测方法，包括如下步骤：

步骤一、采用布里渊光时域反射仪监测得到输电线路OPGW的温度分布T(x_i,t_m)；

步骤二、计算与数据处理单元根据多次监测获得的OPGW温度分布，计算架空线上每一监测点在时间上的温度梯度T_t(x_i,t_m)；

步骤三、计算与数据处理单元根据获得的OPGW温度空间分布，计算架空线上沿空间分布的温度梯度T_x(x_i,t_m)；

步骤四、分别设定不同雨量条件下时间温度梯度阈值T_tl和空间温度梯度阈值T_x0；

步骤五、，根据输电线路全线的温度梯度分布，判断输电线路上的降雨分布信息及雨量大小信息，实现输电线路的分布式降雨监测。

随着光纤传感技术的发展和广泛应用，人们更青睐于采用光纤传感技术来实现分布式在线监测。布里渊光时域反射仪(BOTDR)是一种基于光纤布里渊散射光强(Brillouin Scattering)检测的技术，能够检测输电线路的温度和应变状态，本发明拟通过BOTDR来实现输电线路的分布式降雨在线监测。

本发明输电线路分布式降雨监测方法涉及到的设备包括：BOTDR、分布式光纤传感器以及计算与数据处理单元。所述分布式光纤传感器为光纤复合架空地线OPGW(Optical fiber composite Ground Wire)内的一根传感光纤，光纤复合架空地线的分布式光纤传感器通过变电站内的接口接入BOTDR，BOTDR与计算与数据处理单元相连。

所述BOTDR的原理为向分布式光纤传感器中发射超窄线宽激光信号，光信号再在光纤中传播时，受光纤材料的影响会产生布里渊后向散射光强信号，当光纤受温度和应变的扰动时，光纤的折射率会发生变化，从而引起扰动区域后向散射光信号发生频移变化，通过检测后向布里渊散射光的返回时间和光强就可以计算温度和应变变化点的位置和变化值。

所述的分布式光纤传感器也就是光纤复合架空地线内的单模光纤，利用光纤复合架空地线中的一根单模光纤作为传感器，监测传感器的温度和应变信息。

所述的温度和应变信息通过温度应变解耦模块实现温度应变解耦。

所述的计算与数据处理单元通过USB接口分别与BOTDR连接，接收BOTDR发送的分布式光纤传感器各空间位置上的温度和应变信息，并完成存储、管理、计算和显示信息，通过相应算法计算出输电线路分布式降雨情况，实现输电线路分布式降雨在线监测。

本发明的输电线路分布式降雨监测具体原理：高压输电线路OPGW由于线路较长，采用BOTDR对其温度的监测具时空分布特征：

T＝T(x_i,t_m)i＝0,1,2,3...S/△x (1)

式中，T为OPGW温度(℃)，x_i为沿输电线监测点的坐标，t_m为监测的时间节点，下标m为时间节点序号，S为被监测输电线线路总长(m)，△x为监测系统的空间分辨率。

输电线路上各监测点在时间上的温度梯度表述为：

式中，t_m为监测点时间，下标m为时间监测点编号；n为时间采样数；t_m+j+1-t_m+j＝△t为系统数据的时间采集间隔。

输电线路上温度分布的空间分布表述如下：

式中k为数据处理的空间采样数；x_i+j+1-x_i+j＝△x为系统的空间分辨率。

由于输电线路在降雨初期的温度变化快慢直接与雨量的大小相关，因此可根据雨量与输电线路时间上的温度梯度变化关系，设定时间温度梯度阈值，建立输电线路分布式雨量等级：

式中，T_tl为时间温度梯度阈值，下标l代表不同的雨量分级编号；R_l为雨量分级(mm/Hour)。

由于输电线路较长，因此降雨在输电线路呈现不均匀分布，需要对降雨范围进行划分，可通过分布式监测温度在空间上的温度梯度阈值来区分降雨区域和非降雨区域。当输电线路上两监测点x₁和x₂处均满足：

|T_x(x₁,t_m)|≥T_x0|T_x(x₂,t_m)|≥T_x0 x₁<x₂ (5)

|T_x(x,t_m)|<T_x0 x∈(x₁,x₂) (6)

则监测点x₁和x₂均为降雨范围边界，式中，T_x0为空间温度梯度阈值；通过空间上温度梯度的极性来判断降雨范围:

当x₁满足T_x(x₁,t_m)<0，且x₂满足T_x(x₂,t_m)>0时，则降雨范围为x₁≤x≤x₂。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。