为了进一步推进“碳达峰碳中和”目标的实现和构建安全高效的能源体系,我国提出了新型电力系统的概念,其重要特征在于提高新能源的接入比例以及进一步提升电力系统的安全稳定性。由于我国能源分布与能源需求不平衡,且新能源大多位于“三北”地区,所以需要长距离架空输电线路进行电能输送以解决此问题,而架空输电线路由于直接暴露在野外、沿途环境复杂,很容易受到覆冰、台风和雷击等自然灾害的影响,造成线路损伤、金具疲劳,甚至导致线路断线、杆塔倒塌,严重影响线路的安全稳定运行。如果能准确的监测输电线路沿线的自然灾害情况,从而找到故障位置和线路安全的薄弱环节,就能够及时的排除故障、进行针对性的安全改建,进而提高线路安全系数。分布式光纤传感技术可以实现输电线路空间与时间连续传感,与传统监测方法相比在监测范围、安装维护方面有很大优势,在架空线路的智能感知和安全监测方面的应用前景广阔。然而目前分布式光纤传感技术在架空输电线路安全监测应用方面存在以下几点问题:一是利用分布式光纤监测线路的机制尚不清晰,在覆冰、台风和雷击等自然灾害发生时,分布式光纤可监测的温度、应变等物理量的具体变化情况不明确,缺乏理论分析和仿真研究。二是目前分布式光纤监测设备主要是利用单一参量进行监测,而自然环境往往十分复杂,在自然灾害发生时,温度、应变、振动等可能都会发生变化,应用单一参量可以监测的自然灾害有限且容易出现误报和漏报,对于此技术的工程推广应用造成较大困难。三是目前分布式光纤传感设备的传感距离有限,且长距离监测后其末端的信噪比较低,如何增加传感距离并提高长距离传感的信噪比以适应架空输电线路的监测要求是目前需要解决的关键问题。针对以上问题,本文首先介绍了布里渊散射、相位敏感性瑞利散射和前向连续光传感这三类分布式光纤传感技术的基本原理和特点,总结了温度、应变、振动和电流突变是这三类技术可监测的物理量,利用理论分析和仿真建模的方法分析了覆冰、风振和雷击时各物理量的变化情况,定性和定量的分析了各自然事件发生时光纤的温度、振动、应变和光偏振态的变化规律,论证分析了利用分布式光纤监测各类自然灾害的可行性和实施方法。其次,基于目前架空输电线路监测长距离、多参量的监测需求,设计了一套集成布里渊散射传感模块、相位敏感型瑞利散射传感模块和前向连续光传感模块的多参量分布式光纤传感系统,并通过基于掺铒放大器和分布式拉曼放大器的两级放大系统,提高了系统的监测距离,在实验室利用此设备进行了性能测试并总结了该设备的动态范围、空间分辨率、频率监测范围等性能参数。最后,利用该设备进行了线路模拟实验,并采集了线路实测数据,结果表明,该设备可以通过监测线缆的应变、温度和固有频率评估线路的覆冰情况,通过振动监测线路的风速、舞动和微风振动情况,并利用雷电流引发的光偏振态变化进行线路的雷击定位。针对相位敏感型瑞利散射数据末端振动定位信号信噪比较低的问题,提出了一种基于遗传算法-变分模态分解-相关度系数的信号去噪算法,提高了远距离振动定位信号的信噪比。在实际线路的挂网结果表明,该设备可以实时定量监测沿线的风速、温度和覆冰厚度等物理事件,并能准确定位线路受到雷击的档距,可以较全面满足架空线路安全监测的需要。