基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，包括脈沖光源、波分復用器、光電探測器、傳感光纖、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；脈沖光源與波分復用器連接，波分復用器同時與傳感光纖、光電探測器連接；光電探測器與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接；脈沖光源還與數(shù)據(jù)采集卡直接連接；脈沖光源發(fā)出脈沖發(fā)出的光脈沖經(jīng)波分復用器進傳感光纖；拉曼散射光經(jīng)波分復用器輸入到光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換和電壓放大；所述數(shù)據(jù)采集卡采集光電探測器中輸出的信號，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行存儲、分析和預警。該系統(tǒng)檢測結(jié)果準確，避免磁場、電流和應(yīng)變對傳感器的影響，能提高電纜古箏監(jiān)測效率，同時具有良好的性價比。
【專利說明】
基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電纜故障診斷領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]電力電纜廣泛地應(yīng)用于輸變電的各種環(huán)境中，而且隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市電網(wǎng)建設(shè)的不斷改造，電纜的使用量在逐年增長，將逐漸取代架空線。為滿足電力生產(chǎn)安全和國民經(jīng)濟生產(chǎn)的需要，要求埋于地下的電纜必須能夠長期連續(xù)地運行。其絕緣性直接影響電力系統(tǒng)安全可靠性，如何對電纜絕緣性進行監(jiān)控，一直是我們面臨的難題。電力電纜在高電壓、強電場、大電流和復雜環(huán)境條件下，由于銅損和介質(zhì)損耗增加導致電纜溫升，會加劇電纜絕緣老化和絕緣惡化，因此如何有效地對電纜溫度進行實時監(jiān)測，是實現(xiàn)電纜狀態(tài)在線監(jiān)測、預防事故和保障電網(wǎng)安全運行的重要手段。
[0003]輸電電纜的溫度變化在正常運行情況下是由于電流通過內(nèi)部導體而引起的。電纜介質(zhì)的熱穩(wěn)定性能與電纜溫度變化有十分密切的關(guān)系，一旦運行電纜過負荷，導體過負荷溫度將急劇上升。輸電電纜絕緣是由于多種因素共同作用發(fā)生老化，泄漏電流增加，特別是較大泄漏電流時，更使局部溫度升高；同時，如果高壓電纜內(nèi)部鏈接不緊密，導通電阻增加， 局部溫度也會增加，所以通過溫度監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)電纜絕緣故障，在故障未導致電纜連接頭爆炸、起火前采取相應(yīng)措施阻止嚴重事故的發(fā)生。
[0004]傳統(tǒng)的電纜故障監(jiān)測方法主要是根據(jù)電纜中的電流變化或局部放電信息來判斷電纜的故障信息。這些方法不易將外界干擾去除，且方法復雜，成本較高。而溫度法方法易行，且不易受強電場和大電流等外界因素影響，目前一般采用分布式光纖測量溫度來實現(xiàn)電纜故障監(jiān)測，但是直接粘貼光纖于電纜上，光線數(shù)據(jù)易受應(yīng)變影響，監(jiān)測結(jié)果不準確。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)， 檢測結(jié)果準確，避免磁場、電流和應(yīng)變對傳感器的影響，能提高電纜古箏監(jiān)測效率，同時具有良好的性價比。
[0006]為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，包括脈沖光源、波分復用器、光電探測器、傳感光纖、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng);所述脈沖光源與波分復用器連接，所述波分復用器同時與傳感光纖、光電探測器連接;所述光電探測器與數(shù)據(jù)采集卡連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接;所述脈沖光源還與數(shù)據(jù)采集卡直接連接；
[0008]所述傳感光纖有多條，其捆扎或內(nèi)敷于待測電纜上；
[0009]所述脈沖光源發(fā)出脈沖發(fā)出的光脈沖經(jīng)波分復用器中的雙向耦合器耦合進傳感光纖;入射脈沖光在光纖中傳輸時與介質(zhì)分子相互作用產(chǎn)生后向自發(fā)拉曼散射光，所述拉曼散射光經(jīng)過波分復用器中的薄膜干涉濾光片濾出Stokes光和Ant1-Stokes光，輸入到光電探測器的APD模塊中進行光電轉(zhuǎn)換和電壓放大;所述數(shù)據(jù)采集卡基于分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的工作原理采集光電探測器中輸出的信號，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；
[0010]同時，所述數(shù)據(jù)采集卡直接從所述脈沖光源中采集同步光脈沖數(shù)據(jù)，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，作為預設(shè)基準數(shù)值；
[0011]所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)存儲接收來的數(shù)據(jù)，并對接收到的溫度數(shù)據(jù)進行存儲、分析，考察溫度變化幅度與預設(shè)基準數(shù)值的差值，差值在變化范圍內(nèi)則繼續(xù)循環(huán)運行分析過程;若差值在變化范圍外在發(fā)出故障預警的同時循環(huán)運行分析過程。
[0012]優(yōu)選，所述基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)還包括光開關(guān)，所述光開關(guān)設(shè)置于傳感光纖與光電探測器之間，用于光路切換，實現(xiàn)系統(tǒng)對多條電纜進行故障監(jiān)測，進一步增強系統(tǒng)的監(jiān)測能力。
[0013]該基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點:
[0014]1)使用分布式光纖對電纜故障進行實時監(jiān)測，并能及時預警。使用的分布式光纖使用鋁合金管進行保護，并填充導熱硅膠，并將整個光纖捆扎或內(nèi)敷設(shè)于電纜上。這樣可以避免電纜應(yīng)變對光纖檢測的溫度數(shù)據(jù)的影響，相對于傳統(tǒng)分布式光纖可以獲取準確溫度信息。
[0015]2)本發(fā)明可有效監(jiān)測電纜故障，系統(tǒng)簡單易行，可以有效降低人工巡檢的勞動強度，并提高監(jiān)測效率?！靖綀D說明】
[0016]圖1為本發(fā)明基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的工作流程圖?！揪唧w實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細描述。
[0019]如圖1所示，一種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，包括脈沖光源、波分復用器、光電探測器、傳感光纖、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng);所述脈沖光源與波分復用器連接， 所述波分復用器同時與傳感光纖、光電探測器連接;所述光電探測器與數(shù)據(jù)采集卡連接，所述數(shù)據(jù)采集卡與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接;所述脈沖光源還與數(shù)據(jù)采集卡直接連接；
[0020]所述脈沖光源發(fā)出脈沖發(fā)出的光脈沖經(jīng)波分復用器中的雙向耦合器耦合進傳感光纖;入射脈沖光在光纖中傳輸時與介質(zhì)分子相互作用產(chǎn)生后向自發(fā)拉曼散射光，所述拉曼散射光經(jīng)過波分復用器中的薄膜干涉濾光片濾出Stokes光和Ant1-Stokes光，輸入到光電探測器的APD模塊中進行光電轉(zhuǎn)換和電壓放大;所述數(shù)據(jù)采集卡基于分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的工作原理采集光電探測器中輸出的信號，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；[〇〇21]同時，所述數(shù)據(jù)采集卡直接從所述脈沖光源中采集同步光脈沖數(shù)據(jù)，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，作為預設(shè)基準數(shù)值；
[0022]如圖2所示，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)存儲接收來的數(shù)據(jù)，并對接收到的溫度數(shù)據(jù)進行存儲、分析，考察溫度變化幅度與預設(shè)基準數(shù)值的差值，差值在變化范圍內(nèi)則繼續(xù)循環(huán)運行分析過程;若差值在變化范圍外在發(fā)出故障預警的同時循環(huán)運行分析過程。[〇〇23]優(yōu)選，所述基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)還包括光開關(guān)，所述光開關(guān)設(shè)置于傳感光纖與光電探測器之間，用于光路切換，實現(xiàn)系統(tǒng)對多條電纜進行故障監(jiān)測，進一步增強系統(tǒng)的監(jiān)測能力。
[0024]在本發(fā)明的一個實施例中，脈沖光源中心波長為1550nm，脈沖寬度未10ns，重復頻率為lOKHz，峰值功率未20W。波分復用器由IX 3雙向耦合器和多光束干涉型高隔離度的光學濾光片組成。輸入1550nm光，輸出1450nm和1663nm光。光開光為切換光路。光電探測器使用雪崩二極管，將光強轉(zhuǎn)換為電信號。傳感光纖外套鋁合金管，并填充導熱硅膠，然后捆扎或內(nèi)敷設(shè)于電纜上。數(shù)據(jù)采集卡采集實時的溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行存儲，并進行分析和預警。
[0025]本發(fā)明的工作原理是:光脈沖經(jīng)波分復用器中的雙向耦合器耦合進傳感光纖，當入射脈沖光在光纖中傳輸時與介質(zhì)分子相互作用產(chǎn)生后向自發(fā)拉曼散射光，電纜產(chǎn)生故障時，線纜溫度必然產(chǎn)生變化，散射光的光強隨光纖所處環(huán)境溫度的變化而變化，散射光經(jīng)過波分復用器中的薄膜干涉濾光片濾出Stokes光和Ant1-Stokes光，輸入到雙通道光電探測器APD模塊中進行光電轉(zhuǎn)換和電壓放大，然后高數(shù)數(shù)據(jù)采集卡以一定的采樣率對信號進行采集，不同的采樣時間即對應(yīng)著不同的光纖長度。數(shù)據(jù)采集卡將一次采集的數(shù)據(jù)依次存儲于特定的存儲器，當下一脈沖發(fā)出時，重復以上過程，并將數(shù)據(jù)存儲到對應(yīng)的存儲單元進行多次累加平均等數(shù)據(jù)處理，然后與系統(tǒng)中設(shè)定的電纜設(shè)定的溫度范圍及變化范圍進行判斷，并確定電纜是否處于故障狀態(tài)。
[0026]本發(fā)明提供了一種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)可以提高電纜監(jiān)測的效率，同時可以避免磁場，電流和應(yīng)變對傳感器的影響。且該系統(tǒng)簡單易行，并具有良好的性價比。
【主權(quán)項】
1.一種基于分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，其特征在于:包括脈沖光源、波分復用 器、光電探測器、傳感光纖、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng);所述脈沖光源與波分復用器連接， 所述波分復用器同時與傳感光纖、光電探測器連接;所述光電探測器與數(shù)據(jù)采集卡連接，所 述數(shù)據(jù)采集卡與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)連接;所述脈沖光源還與數(shù)據(jù)采集卡直接連接；所述傳感光纖有多條，其捆扎或內(nèi)敷于待測電纜上；所述脈沖光源發(fā)出脈沖發(fā)出的光脈沖經(jīng)波分復用器中的雙向耦合器耦合進傳感光纖； 入射脈沖光在光纖中傳輸時與介質(zhì)分子相互作用產(chǎn)生后向自發(fā)拉曼散射光，所述拉曼散射 光經(jīng)過波分復用器中的薄膜干涉濾光片濾出Stokes光和Ant1-Stokes光，輸入到光電探測 器的APD模塊中進行光電轉(zhuǎn)換和電壓放大;所述數(shù)據(jù)采集卡基于分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng) 的工作原理采集光電探測器中輸出的信號，并將其傳輸給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；同時，所述數(shù)據(jù)采集卡直接從所述脈沖光源中采集同步光脈沖數(shù)據(jù)，并將其傳輸給數(shù) 據(jù)分析系統(tǒng)，作為預設(shè)基準數(shù)值；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)存儲接收來的數(shù)據(jù)，并對接收到的溫度數(shù)據(jù)進行存儲、分析，考察溫 度變化幅度與預設(shè)基準數(shù)值的差值，差值在變化范圍內(nèi)則繼續(xù)循環(huán)運行分析過程;若差值 在變化范圍外在發(fā)出故障預警的同時循環(huán)運行分析過程。2.如權(quán)利要求1所述分布式光纖的電纜故障診斷系統(tǒng)，其特征在于:還包括光開關(guān)，所 述光開關(guān)設(shè)置于傳感光纖與光電探測器之間。
【文檔編號】G01K1/08GK105953942SQ201610340208
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】孫寶平, 侯宏生, 董學坤, 楊福君, 杜彬, 田小禾, 李雙寶
【申請人】國網(wǎng)天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司