输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断系统研发与应用
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总 681 期第十九期 2019 年 7 月
河南科技 Henan Science and Technology
能源与化学
输电线路和光缆多功能故障精确定位及
诊断系统研滨 3 宋高丽 2
（1. 国网河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450052；2. 河南恩湃高科集团有限公司，河南 郑州 450052； 3. 河南九域龙源电力发展集团有限公司，河南 郑州 450052）
路与光缆舞动、微风振动及外破等主要故障现象。
2 系统组成
输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断系统主 要包括 2 个部分：一是基于光纤拉曼散射的光纤分布式 温度测量系统，用于监测输电线路和光缆温度；二是基于 瑞利散射的光纤分布式测振系统，用于监测输电线路和 光缆的振动状态。
2.1 基 于 光 纤 拉 曼 散 射 的 光 纤 分 布 式 温 度 测 量 系统
1 研究背景
研究显示，近年来线路和光缆故障的原因主要包括 外破、舞动等因素［1- 。 3］ 2015 年，国网公司 500kV 线路跳 闸事件中，外力破坏达 330 次，占比 21.7%；2018 年 1 月， 国网公司系统湖北省、安徽省、江西省、湖南省等省份共 计 577 条 110kV 及以上线路出现覆冰，其中 135 条 110kV 及以上线路发生舞动，导致 33 条线路跳闸或停运。
Abstract: This paper proposed a multi-function fault location and diagnosis technology for transmission lines and op⁃ tical cables based on all-fiber testing technology. This technology can effectively identify and locate major fault phe⁃ nomena such as line and cable galloping, breeze vibration and external breakage, etc, and has the advantages of versa⁃ tility, distributed measurement, high resolution and easy installation. The effectiveness and feasibility of the method were verified by the practical application of the State Grid Key Laboratory-Power Transmission Line Galloping Pre⁃ vention and Controlling Technology Laboratory. Keywords: transmission line；fiber optic cable；all-fiber testing technology
该子系统利用了光纤受激拉曼散射的放大原理、光 纤的反斯托克斯拉曼散射波强度受光纤温度调制的原理 和光时域反射原理。
其工作流程如下，泵浦光纤激光器经过泵浦－信号 光纤波分复用器之后作信号放大处理，通过一个与 1×2 光纤双向耦合器将信号分成两部分：一部分与传感光纤 相连作为传感部分；另一部分与光纤光栅窄带反射滤波 器连接，再与高隔离度的斯托克斯散射光和反斯托克斯 拉曼散射光的滤波器连接，通过光电雪崩二极管把光信 号转换成模拟电信号之后并做放大处理，最后通过比较 器对两种电信号作比对，所得信息即为光纤内各个位置 处的温度信息。
关键词：输电线路；光缆；全光纤测试
中图分类号：TM75
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2019）19-0144-03
Development and Application of Multi-Function Fault Location
and Diagnosis System for Transmission Lines and Optical Cables
XIE Kai1 REN Pengliang2 LI Ming2 LYU Bin3 SONG Gaoli2 （1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；2.Henan Enpai Gaoke Group Co.,Ltd.， Zhengzhou Henan 450052；3.Henan Jiuyu Longyuan Electric Power Development Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）
摘 要：本文提出了一种基于全光纤测试技术的输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断技术，该技术可
有效识别、定位线路和光缆舞动、微风振动及外破等主要故障现象，具有功能多样、分布式测量、分辨率高和
安装方便的优点。通过国网重点实验室——输电线路线路舞动防治技术实验室的实际应用，验证了该方法
的有效性和可行性。
收稿日期：2019-06-01 作者简介：谢凯（1975—），男，博士，教授级高级工程师，研究方向：输电线路运维及舞动。
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第 19 期
输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断系统研发与应用
·145·
目前，输电线路和光缆在线监测技术种类较多，包括 视 频 、舞 动 、覆 冰 等 ，并 已 经 在 电 力 系 统 中 取 得 广 泛 应
用。但这些设备在大规模应用的同时也暴露出一些问 题：①功能单一；②覆盖面小（单点测量）；③精度难以保 证；④可靠性差。
随着计算机技术、传感器技术的不断发展进步，对线 路和光缆的监测技术有了进一步发展。基于拉曼散射的 分布式温度传感技术［4，5］、基于瑞利散射的相位敏感光时 域反射传感技术［6，7］等全光纤测试技术的出现，改变了通 信光缆单一的通信功能，使其进一步具有了测试功能。 本文提出了一种基于全光纤测试技术的输电线路和光缆 多功能故障精确定位及诊断技术，可有效识别和定位线
河南科技 Henan Science and Technology
能源与化学
输电线路和光缆多功能故障精确定位及
诊断系统研滨 3 宋高丽 2
（1. 国网河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450052；2. 河南恩湃高科集团有限公司，河南 郑州 450052； 3. 河南九域龙源电力发展集团有限公司，河南 郑州 450052）
路与光缆舞动、微风振动及外破等主要故障现象。
2 系统组成
输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断系统主 要包括 2 个部分：一是基于光纤拉曼散射的光纤分布式 温度测量系统，用于监测输电线路和光缆温度；二是基于 瑞利散射的光纤分布式测振系统，用于监测输电线路和 光缆的振动状态。
2.1 基 于 光 纤 拉 曼 散 射 的 光 纤 分 布 式 温 度 测 量 系统
1 研究背景
研究显示，近年来线路和光缆故障的原因主要包括 外破、舞动等因素［1- 。 3］ 2015 年，国网公司 500kV 线路跳 闸事件中，外力破坏达 330 次，占比 21.7%；2018 年 1 月， 国网公司系统湖北省、安徽省、江西省、湖南省等省份共 计 577 条 110kV 及以上线路出现覆冰，其中 135 条 110kV 及以上线路发生舞动，导致 33 条线路跳闸或停运。
Abstract: This paper proposed a multi-function fault location and diagnosis technology for transmission lines and op⁃ tical cables based on all-fiber testing technology. This technology can effectively identify and locate major fault phe⁃ nomena such as line and cable galloping, breeze vibration and external breakage, etc, and has the advantages of versa⁃ tility, distributed measurement, high resolution and easy installation. The effectiveness and feasibility of the method were verified by the practical application of the State Grid Key Laboratory-Power Transmission Line Galloping Pre⁃ vention and Controlling Technology Laboratory. Keywords: transmission line；fiber optic cable；all-fiber testing technology
该子系统利用了光纤受激拉曼散射的放大原理、光 纤的反斯托克斯拉曼散射波强度受光纤温度调制的原理 和光时域反射原理。
其工作流程如下，泵浦光纤激光器经过泵浦－信号 光纤波分复用器之后作信号放大处理，通过一个与 1×2 光纤双向耦合器将信号分成两部分：一部分与传感光纤 相连作为传感部分；另一部分与光纤光栅窄带反射滤波 器连接，再与高隔离度的斯托克斯散射光和反斯托克斯 拉曼散射光的滤波器连接，通过光电雪崩二极管把光信 号转换成模拟电信号之后并做放大处理，最后通过比较 器对两种电信号作比对，所得信息即为光纤内各个位置 处的温度信息。
关键词：输电线路；光缆；全光纤测试
中图分类号：TM75
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2019）19-0144-03
Development and Application of Multi-Function Fault Location
and Diagnosis System for Transmission Lines and Optical Cables
XIE Kai1 REN Pengliang2 LI Ming2 LYU Bin3 SONG Gaoli2 （1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052；2.Henan Enpai Gaoke Group Co.,Ltd.， Zhengzhou Henan 450052；3.Henan Jiuyu Longyuan Electric Power Development Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）
摘 要：本文提出了一种基于全光纤测试技术的输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断技术，该技术可
有效识别、定位线路和光缆舞动、微风振动及外破等主要故障现象，具有功能多样、分布式测量、分辨率高和
安装方便的优点。通过国网重点实验室——输电线路线路舞动防治技术实验室的实际应用，验证了该方法
的有效性和可行性。
收稿日期：2019-06-01 作者简介：谢凯（1975—），男，博士，教授级高级工程师，研究方向：输电线路运维及舞动。
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第 19 期
输电线路和光缆多功能故障精确定位及诊断系统研发与应用
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目前，输电线路和光缆在线监测技术种类较多，包括 视 频 、舞 动 、覆 冰 等 ，并 已 经 在 电 力 系 统 中 取 得 广 泛 应
用。但这些设备在大规模应用的同时也暴露出一些问 题：①功能单一；②覆盖面小（单点测量）；③精度难以保 证；④可靠性差。
随着计算机技术、传感器技术的不断发展进步，对线 路和光缆的监测技术有了进一步发展。基于拉曼散射的 分布式温度传感技术［4，5］、基于瑞利散射的相位敏感光时 域反射传感技术［6，7］等全光纤测试技术的出现，改变了通 信光缆单一的通信功能，使其进一步具有了测试功能。 本文提出了一种基于全光纤测试技术的输电线路和光缆 多功能故障精确定位及诊断技术，可有效识别和定位线