武汉南瑞光传感覆冰监测全天候实时告警精度高

3月初，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司(以下简称武汉南瑞)光传感覆冰监测研发团队结束了覆冰期的全天值守工作，投入到光传感覆冰监测平台2.0的功能完善提升工作中，并完成了该公司正在研发的移动巡检微应用中覆冰数据模块的开发。

2022年春节前夕，我国南方出现了大范围雨雪冰冻天气。1月28日，武汉南瑞光传感覆冰监测值班人员发现湖北一条220千伏线路的覆冰厚度超过告警阈值。值班团队启动应急预案，与运维单位联系并出具冰情报告，准确锁定线路覆冰危险区段，昼夜不间断上报覆冰厚度，并结合实时覆冰数据与气象数据提供覆冰趋势告警，协助运维单位完成除冰作业，消除覆冰隐患。

这是武汉南瑞首次利用自主研发的光传感覆冰监测平台辅助线路除冰。2012年以来，武汉南瑞在光传感监测技术方面开展创新攻关，发挥光传感技术“看得清、看得远、看得全”的优势，形成了集全线监测、全天值守、实时告警于一体的线路覆冰快速反应模式，使线路覆冰监测从以单点为主、通过图像估测、易受天气影响的方式转变为全线路覆盖、精度到档距、不受环境影响的智能化实时监控，提升了电网运维人员应对雨雪冰冻天气的能力。

探索传感方式 “量出”线路运行环境

覆冰是冬季危害输电线路安全运行的主要因素之一。“覆冰发生之时往往也是线路运行环境恶劣的时刻。”武汉南瑞防雷输电技术中心总经理李健介绍，“以图像监拍、拉力传感器为代表的传统覆冰监测装置高度依赖太阳能供电，如果遇到长时间的雨雪冰冻天气，就可能在关键时刻‘掉链子’。此外，单台设备只能监控安装点位附近线路的情况，监测结果无法代表整条线路的运行情况。这也是我们探索其他监测方式的初衷。”

2012年，武汉南瑞就组织研发团队对线路覆冰监测新技术开展调研，最终选取了光传感的技术路线。“光缆中的光信号很像一把很长的尺。”武汉南瑞光传感覆冰监测研发团队负责人郑雷介绍，“输电线路光缆的温度、应力、振动变化都会对其中传导的光信号产生影响，并让它的某种特性发生改变。抓住这些变化，研究光学变量与环境变量之间的关系，就能‘量出’整条线路处于什么样的运行环境下。”

深耕监测算法 监测结果达到高精度

如何利用“光信号”这把尺来测算线路上的覆冰有多厚?研发团队围绕光传感覆冰监测算法开展了多年的艰辛探索。

研发团队最早采用了拉曼散射测温技术，基于线路已覆冰段的温度基本不随外界气温变化这一特点，判断出线路具体覆冰的档距位置，并实现对覆冰段的定性分析。然而团队发现，这种方法一是无法定量评估覆冰厚度，二是定位的精度不足、误差较大。“这就好像用皮尺去量一粒沙的大小，所以我们很快放弃了这个方案。”郑雷说。

2014年，基于国家电网公司科技项目，研发团队转变技术路线，把主要精力投入到基于布里渊散射现象的测量方法上。这是一种能同时获取光缆温度与应力的技术，在测量精度与定位精度方面有很大提升。2015年12月，研发团队完成了首套光传感覆冰监测主机的试制，并在某220千伏线路上试点应用，实现了对长60千米线路的覆冰监测。然而在运行过程中，监测主机逐渐显现出不足：同时获取光缆的温度与应力，两种信息会相互干扰，而且光缆本身的铠装会对测量结果造成较大干扰。

研发团队软件研发工程师周赞东回忆：“测量误差始终在10%以上，仅靠优化算法很难达到要求。”团队仔细复盘后，一种常用于安防、外力破坏防范的监测技术进入了团队成员的视野——基于瑞利散射现象的振动监测。

“如果站在铁塔上顺着线路延伸的方向观察线路，会发现线路很像一个单摆，摆长会因为覆冰增重而变化，导致振动频率也跟着变化。研究振动频率变化与覆冰厚度变化之间的关系，就可以通过振动量获得线路覆冰情况了。”周赞东介绍。

要实现精确测量的目标，还有很多难关要过。历经两年的技术攻关，研发团队先后解决了光源频漂曲线畸变、相干衰落噪声抑制、光信号解析速度提升等方面的难题，于2017年10月完成了第三代光传感覆冰监测样机的研制工作。第三代光传感覆冰监测样机利用瑞利散射信号损耗较小的特性，将监测距离进一步提升至120千米，并且仅需部署于线路一端的变电站内，大幅减少了安装工作量;通过大量仿真与现场试验，将设备的空间分辨率优化到一个档距，测量误差控制在10%以下，完成了监测结果从定性、定量到高精度的跨越。

打造系统平台 实时支撑覆冰监测

光传感覆冰监测技术于2017年进入公司重点新技术推广目录，并于2019年开始在公司系统扩大应用范围。武汉南瑞从数据应用与监测服务两方面发力，继续推进覆冰监测工作。

2020年12月，武汉南瑞建成了公司首个光传感覆冰监测主站，开发完成光传感覆冰监测平台。平台具备覆冰数据、线路状态与设备状态的内网展示功能。针对各厂家数据格式不一致、无法统一接入的问题，武汉南瑞牵头发布光传感覆冰监测数据传输规约，为各厂家提供了开放、友好的接入平台。截至今年2月，光传感覆冰监测主站已完成共计39条输电线路的覆冰监测装置采集数据接入，累计存储覆冰监测数据1.6亿条。

2019年起，武汉南瑞组建专业运维团队，依托设备优势与平台优势，向运维单位实时发送线路覆冰情况，出具覆冰运行报告，提供详细到档距的覆冰情况，并结合线路情况开展覆冰风险评估，为运维单位开展线路覆冰改造提供量化依据。今年1月21日至2月23日，武汉南瑞光传感覆冰监测系统共监测到输电线路覆冰过程24次，辅助线路除冰1次，累计发送告警短信549条，发布冰情报告10份，所监测的输电线路未发生因覆冰引起的线路故障。

目前，光传感覆冰监测技术已在浙江、安徽、湖北、湖南、重庆等11个省份包括特高压线路在内的51条线路上应用，共监测以档距为单位的线路段6221个，覆盖线路总长度3500余千米。（李涛 张露心）