本發(fā)明屬于電纜領域，涉及一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術：

現(xiàn)階段，地鐵因其可靠性高、運載能力強、能夠在很短的時間運輸大量的人群等諸多優(yōu)勢正迅速發(fā)展，因地鐵完全運行在地下，列車行駛與站臺的照明都需要用電，如何對地鐵系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的供電，且在供電線路發(fā)生故障時第一時間確定故障位置進行檢修就顯得尤為重要。在地鐵供電過程中，主要應用35kv、10kv交流電纜。上述電纜主要安置于電纜溝或采用地下直埋，其在運行過程中發(fā)生故障的最直接原因是絕緣降低而被擊穿，而造成絕緣擊穿的因素主要有：外力損傷、過負荷運行、環(huán)境溫度影響以及接頭問題，總結來看電纜發(fā)生故障的原因主要是受外力與溫度影響，

現(xiàn)階段，電纜故障檢測主要是溫度檢測和防盜報警。溫度檢測中應用較為廣泛的技術有熱電偶測溫以及光纖測溫。熱電偶測溫的原理是熱電偶的電阻會隨著溫度的變化而變化，以此將溫度的信號轉換為電信號，并進行測量。熱電偶測溫結構簡單、造價低廉、技術成熟，但由于熱電偶只能進行點式測溫，無法對整條電纜線路進行溫度的在線監(jiān)測，所以具有一定的局限性。光纖具有成本低廉、不受電磁干擾、體積小重量輕、測量精度高、便于敷設等優(yōu)點，分布式光纖測溫技術利用一條光纖就可實現(xiàn)對數(shù)公里的線路進行長期監(jiān)測，現(xiàn)階段光纖測溫電纜多停留在實驗室階段，實際應用較少。現(xiàn)有的光纖測溫電纜主要對電纜的接頭處進行檢測，并將光纖敷設于電纜外部。其主要存在以下問題：

(1)地鐵電纜溫度升高主要受載流量影響，載流量升高會導致電纜多處溫度升高，只對電纜接頭部分進行測溫存在安全隱患；

(2)地鐵電纜敷設環(huán)境復雜，光纖敷設在電纜外部易對光纖物理結構造成損壞；

(3)地鐵電纜敷設溝槽多有多條電纜，光纖敷設在電纜外部所測溫度會受到其他電纜溫升影響；

(4)地鐵電纜發(fā)生彎曲，則會導致測量精度下降；

(5)不能同時實現(xiàn)測溫、防盜報警功能。

因此，需要一種新的技術方案來解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括單芯電纜、設置在單芯電纜表皮外部的一號光纖和二號光纖、同時與一號光纖和二號光纖連接的光電轉換裝置，以及與光電轉換裝置連接的計算機系統(tǒng)，所述單芯電纜表皮外部設置有至少兩個細管，以單芯電纜中心對稱設置，一號光纖和二號光纖分別放置在細管中，細管安裝于單芯電纜的保護套內。

在上述的一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述的光電轉換裝置安裝于所述單芯電纜的起始段，包括：一號光電轉換器、二號光電轉換和報警器，所述的一號光電轉換器與所述的一號光纖連接，能夠發(fā)射光信號并接收設定的散射光信號，所述的二號光電轉換器與所述的二號光纖連接，能夠發(fā)射光信號并接收設定的散射光信號；所述的一號光電轉換器與所述的報警器電連接，通過將電信號輸送至所述的報警器實現(xiàn)電纜溫升報警；所述的一號光電轉換器與所述的二號光電轉換器電連接，可將溫度信息輸送至所述的二號光電轉換器；所述的二號光電轉換器與所述的報警器電連接，通過將電信號輸送至所述的報警器實現(xiàn)電纜受力報警。

在上述的一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述的單芯電纜采取三角形敷設方式，單芯電纜包括：線芯、內屏蔽層、絕緣物質、外屏蔽層、保護套、防腐蝕層；線芯材質為銅線或鋁線；所述的絕緣物質環(huán)繞于所述的線芯和所述的內屏蔽層外部；所述的內屏蔽層環(huán)繞于所述線芯表面，與所述線芯等電位，防止所述線芯與所述絕緣物質之間發(fā)生局部放電；所述外屏蔽層環(huán)繞于絕緣物質表面，防止絕緣物質與保護套之間產(chǎn)生局部放電，所述的保護套環(huán)繞于外屏蔽層表面；至少兩個細管安裝于保護套內部，保護套的厚度大于細管的直徑，一號光纖、二號光纖分別放置于兩個細管內部。

在上述的一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述的線芯材質為銅線或鋁線，導電性能良好；所述的絕緣物質層材質為交聯(lián)聚乙烯，絕緣性能良好，所述的內屏蔽層由半導體材料構成，所述外屏蔽層由半導體材料構成，所述的保護套采用不含鹵的交聯(lián)聚乙烯阻燃材料；微型支架與所述的單芯電纜和外護套材料一致。

在上述的一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述的一號光纖與所述的二號光纖長度不可超過40千米，所測每段單芯電纜長度不得超過10千米，在所述的單芯電纜末端，所述的一號光纖與所述的二號光纖以五至六厘米的曲率半徑進行彎折，并穿過下一條單芯電纜上的細管?？赏瑫r實現(xiàn)4條所述的單芯電纜的在線監(jiān)測。

一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測方法，其特征在于：

步驟1，一號光電轉換器采用的是拉曼散射設定方式，一方面將采集到的溫升信息輸送至所述報警器，另一方面將各點溫度信息輸送至二號光電轉換器；所述的拉曼散射原理是通過采集散射光中的斯托克斯光強度和反斯托克斯光強度來反映溫度，可用如下公式推導得出：

斯托克斯散射光子頻率為：

vs＝v0-δv(0.1)

反斯托克斯散射光子散射光子頻率為：

vs＝v0+δv(0.2)

式中，δv為拉曼聲子頻率，v0為入射光子頻率；

設r(t)為上述兩種散射光強度的比值，如下式所示：

式中，h為普朗克常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，t為絕對溫度；

選取光纖始端作為參考光纖，溫度為t0，則待測溫度t為：

步驟2，二號光電轉換器采用的是布里淵散射設定方式，通過將所述的一號光電轉換器輸送的溫度信息與自身采集到的溫度與受外力信息進行差值處理，將得到的受外力信息輸送至所述報警器；所述的布里淵散射原理是通過采集光的頻率改變量，如下式所示：

δvb＝cvεδε+cvtδt(0.5)

式中δvb是布里淵頻率改變量，δε為應變量，δt為溫度變化量，對于本文采用的1550nm的光源，常溫下，布里淵應變系數(shù)一般為cvε＝0.0493mhz/με布里淵溫度系數(shù)一般為cvt＝1.2mhz/℃；

將步驟1得到的溫度代入式1.5，即可得到應變值。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：實現(xiàn)了地鐵電纜各點的溫度測定與受力檢測，采用內置光纖排除了外界干擾，將光纖安裝于地鐵電纜內部，提升了測量溫度與受力的均勻程度與準確性。同時提升了光纖的使用壽命。對地鐵電纜故障檢測、防盜報警、隧道煙霧探測提供實現(xiàn)依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的外部結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的截面圖。

圖3為本發(fā)明的敷設方式截面圖。

圖4為本發(fā)明的光纖敷設示意圖。

圖5為本發(fā)明布置隧道示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖1，本發(fā)明提供的一種光纖復合地鐵電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括單芯電纜1、一號光纖2、二號光纖3、光電轉換裝置4。所述的光電轉換裝置4安裝于所述單芯電纜1的起始段，包括：一號光電轉換器5、二號光電轉換器6和報警器7，所述的一號光電轉換器5與所述的一號光纖2連接，能夠發(fā)射光信號并接收設定的散射光信號，所述的二號光電轉換器6與所述的二號光纖3連接，能夠發(fā)射光信號并接收設定的散射光信號。所述的一號光電轉換器5與所述的報警器7電連接，通過將電信號輸送至所述的報警器7實現(xiàn)電纜溫升報警；所述的一號光電轉換器5與所述的二號光電轉換器6電連接，可將溫度信息輸送至所述的二號光電轉換器。所述的二號光電轉換器6與所述的報警器7電連接，通過將電信號輸送至所述的報警器7實現(xiàn)電纜受力報警。

請見圖2，所述的單芯電纜1采用的是三角形敷設方式，所述的單芯電纜1包括：線芯11、內屏蔽層12、絕緣物質13、外屏蔽層14、保護套15、防腐蝕層16、細管8。所述的線芯11材質為銅線或鋁線，導電性能良好。所述的絕緣物質13材質為交聯(lián)聚乙烯，絕緣性能良好，環(huán)繞于所述的線芯11和所述的內屏蔽層12外部。所述的內屏蔽層12由半導體材料構成，環(huán)繞于所述線芯11表面，與所述線芯11等電位，防止所述線芯11與所述絕緣物質13之間發(fā)生局部放電。所述外屏蔽層14由半導體材料構成，環(huán)繞于所述絕緣物質13表面，防止絕緣物質13與保護套15之間產(chǎn)生局部放電，所述的保護套15采用不含鹵的交聯(lián)聚乙烯阻燃材料。所述的細管8安裝于所述的護套15內部，所述的一號光纖2、二號光纖3放置于所述的細管8內部。

請見圖3，所述的單芯電纜1采用的是三角形敷設方式，三根所述的單芯電纜中心連線成等邊三角形。且所述的三根單芯電纜表皮緊密貼合。

請見圖4，為保證測量精度，所述的一號光纖2與所述的二號光纖3長度不可超過40千米，所測每段單芯電纜1長度不得超過10千米，在所述的單芯電纜1末端，所述的一號光纖2與所述的二號光纖3以五至六厘米的曲率半徑進行彎折，并穿過下一條單芯電纜1上的細管8。可同時實現(xiàn)4條所述的單芯電纜1的在線監(jiān)測。請見圖5，所述的煙霧報警器9每隔一定距離安裝于電纜隧道頂部，具體安裝距離需根據(jù)實際情況確定。

本實施例在使用時，實現(xiàn)了地鐵電纜各點的溫度測定與受力檢測，采用內置光纖排除了外界干擾，將光纖安裝于地鐵電纜內部，提升了測量溫度與受力的均勻程度與準確性。同時提升了光纖的使用壽命。對地鐵電纜故障檢測、防盜報警、隧道煙霧探測提供實現(xiàn)依據(jù)。

盡管本說明書較多地使用了單芯電纜1、一號光纖2、二號光纖3、光電轉換裝置4、一號光電轉換器5、二號光電轉換器6、報警器7、煙霧報警器等術語，但并不排除使用其他術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。